1、,拉伸法测杨氏弹性模量,主讲教师：陶灵平,今日提问:,1、什么是杨氏模量？2、什么是光杠杆？为什么要用光杠杆放大？3、为什么要用逐差法处理数据？4、如何维护钢丝的平直状态, ,避免测量直径时使伸长部分扭折。5、做本实验时，加挂本底砝码的作用是什么？这样做会不会影响测量结果？,背景介绍,杨氏模量(Youngs modulus)是表征在弹性限度内物质材料抗拉或抗压的物理量，它是沿纵向的弹性模量。1807年因英国医生兼物理学家托马斯 杨(Thomas Young, 1773-1829) 所得到的结果而命名。根据胡克定律，在物体的弹性限度内，应力与应变成正比，比值被称为材料的杨氏模量，它是表征材料性质
2、的一个物理,杨氏模量的大小标志了材料的刚性。,杨氏模量的测定对研究金属材料、光纤材料、半导体、纳米材料、聚合物、陶瓷、橡胶等各种材料的力学性质有着重要意义，还可用于机械零部件设计、生物力学、地质等领域。,科学家介绍托马斯 杨,托马斯 杨（Thomas Young，17731829）,英国物理学家、考古学家、医生，光的波动说的奠基人之一。1773年6月13日生于米尔弗顿，1829年5月10日在伦敦逝世。杨自幼天资过人，14岁就通晓拉丁、希腊、法、意、希伯莱、波斯、阿拉伯等多种语言，一生在物理、化学、生物、医学、天文、哲学、语言、考古等广泛的领域作了大量工作。1801年杨通过著名的杨氏双缝实验，首
3、先引入干涉概念论证了波动说，又利用波动说解释了牛顿环的成因和薄膜的彩色。他还第一个测量了7种颜色光的波长。,主要内容,实验目的,掌握用拉伸法测量金属丝杨氏模量的方法学习游标卡尺、螺旋测微器等常用长度测量仪器的使用理解光杠杆测量长度微小变化的原理学会用逐差法处理数据对测量结果进行不确定度分析了解利用对称测量法消除系统误差。,:应变,假设一根横截面积为S,长为L的材料,在大小为F 的力的拉伸下,伸长了L则:,:应力,应力和应变的比成为杨式模量,本实验目标： 钢丝的杨氏模量,1、杨氏模量：描述材料抵抗形变能力的物理量，该值越大，材料越不容易变形。是工程设计的重要参数。,实验原理和仪器,2、钢丝杨氏模
4、量的测量方法：,实验原理和仪器,思考:为什么d 要用 螺旋测微仪量,L 由米尺测量?,实验原理和仪器,根据式（1）和（2），有,如上图，有,实验原理和仪器,实验原理和仪器,光杠杆的光学放大原理,实验原理和仪器,实验原理和仪器,螺旋测微器零点修正值,修正后读数=直接读数-零点修正值,实验原理和仪器,螺旋测微器零点修正值,修正后读数=直接读数-零点修正值,实验原理和仪器,钢丝直径: 单位：cm,实验原理和仪器,尺读望远镜组：,测量时，望远镜水平地对准光杠杆镜架上的平面反射镜，经光杠杆平面镜反射的标尺虚象又成实象于分划板上，从两条视距线上可读出标尺像上的读数。,实验原理和仪器,显微镜测量微小长度变化
5、,在杨氏模量实验测量仪悬垂的金属丝下端连着一个十字架叉丝板，用显微镜进行测量时，就是通过显微镜的刻划板与十字叉丝的横线的关系测出来的。,1.87mm,十字叉丝,实验原理和仪器,1、支架调整,（1）调节平台固定螺丝，使平台与金属丝方形活动夹高度一致。,（2）调节底座螺丝，使平台上方孔与金属丝方形活动夹脱离接触，使之处于自由悬挂状态,实验内容和步骤,2、光杠杆和尺读望远镜调节,（1）放置光杠杆，使两前足尖置于平台凹槽种，后足尖撘在金属丝方形活动夹上，注意不要碰到金属丝。,（2）调节镜面竖直。打开标尺照明灯，从与镜面等高处水平方向观察，以能否看到标尺像作为判断镜面竖直的标准。,（3）使尺读望远镜正对
6、光杠杆前11.5m。,实验内容和步骤,（4）调整望远镜与光杠杆平面镜高度相同。,（5）沿望远镜外侧边沿上方使凹口、瞄准星面镜在同一直线上，左、右移动望远镜在镜子里找到竖直尺的像;若找不到,可微调镜子的角度,直到找到为止。,（6）旋动望远镜目镜,使十字叉丝清晰;再旋 动聚焦手轮,直到看清竖直尺的像。,实验内容和步骤,3、观察金属丝伸长变化并记录相应数据,（1）仪器调好后，此时未加砝码，从望远镜记下十字叉丝横线对准的标尺刻度值。,（2）根据实验要求，依次增加砝码，记录相应的标尺刻度值。,（3）根据对称测量法，依次减少砝码，记录相应的标尺刻度值。,实验内容和步骤,（4）用卷尺测量金属丝长度L 和镜面
7、到标尺的距离D。,（5）在钢丝上选取不同部位，用螺旋测微器测量金属丝直径d。,（6）取下光杠杆在展开的白纸上同时按下三个尖脚的位置，用直尺作出光杠杆后脚尖到前两尖脚连线的垂线，用游标卡尺测出b。,实验内容和步骤,1、各单次测量数据记录与处理,实验数据和处理,2、金属丝直径数据记录与处理,仪器误差限,仪器零点修正值,实验数据和处理,3、望远镜标尺读数记录与处理,单个砝码质量,实验数据和处理,不确定度保留一位有效数字，采用“非零全入法”。平均值，采用“统计性四舍五入法”，即“四舍余五入，整五凑偶入”。,实验数据和处理,1、光杠杆测量微小长度变化量的原理是什么？有什么优点？,2、根据实验所得数据，计算出所用的光杆的放大倍数，如何增大光杠杆的放大倍数以提高光杠杆测量微小长度变化量的灵敏度？,3、如望眼镜光轴与水平面夹角为，平面镜与铅垂面的夹角为，那么微小长度变化量测量有无影响？若有影响，如何修正？,思考题,1、实验系统调好后，一旦开始测量Ri，在实验过程中不能对系统的任何一部分进行调整，否则，所有数据将重新再测。,2、加减砝码时要轻拿轻放，系统稳定后才能读取刻度尺，读数过程中不要按压桌面。,3、光杠杆后脚尖不能接触钢丝。,注意事项,4、注意维护钢丝的平直状态,在钢丝两端夹点外测量直径,避免伸长部分扭折。,
