实验题目用拉伸法测定钢丝的杨氏模量
一、实验目的
2. 学会用光杠杆测量微小伸长量的方法。
3. 学会用逐差法处理数据。
二、实验器材
YMC-1型杨氏模量测定仪、 JWI-1型望远镜直横尺、卷尺、螺旋测
微计
三、实验原理
物体在外力作用下所发生的形状和大小的变化称为形变。形变可分为弹
性形变和范性形变两类。如果外力在一定限度内,当外力撤去后,物体能恢复
到原来的形状和大小,这种形变称为弹性形变,如果加在物体上的外力过大以
致于外力撤去后,物体不能恢复原状,而留下剩余形变,这种形变称为范性形
变。在本实验中只研究弹性形变。
L纵向拉伸是弹性形变最简单的一种, 如图所示,设金属丝原长为,横0
F截面积为S,当在长度方向施加外力F时,其伸长(或缩短) ΔL 。 比值是S
,L金属丝单位面积上的作用力,称为协强,它决定了物体的形变,比值为金L0
属丝的相对伸长,称为协变,它
表
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示物体相对形变的大小,按照胡克定律,在
F,L弹性限度内,协强与协变成正比,即,或改写为: ,YSL0
FF,L.SY,, ----------(1) ,LS,,LL
比例系数Y称为杨氏模量。它是表征材料性质的一个物理量,仅与材料的结构、
化学成分及其加工制造方法有关。在国际单位制中,杨氏摸量的单位为牛
,2米顿.
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本实验采用拉伸法测定杨氏模量。
光杠杆装置及放大原理
小平面镜M连同直尺、望远镜共同构成光杠杆装置,它可把微小长度变化放大。
n为M法线方向水平时,望远镜中看到的直尺上的相应刻度 ,
n为当钢丝因悬挂重物而下降ΔL,导致M的法线方向改变α角时,从望远镜1
中看到的直尺上的相应刻度。
—平面镜M后一个支点到前两个支点的距离 b
—镜面到尺面的距离 D
本实验的放大倍数:几十倍,为1至2米;为5至8厘米. Db
S n 2
n ?n 1
M M’ α α 0α nα ?L
b D
图 光杠杆原理图
nn,n,10,Ltg2,,,由图则有: tg,,;bDD
tg2,,2,因为α角很小,故有: tg,,,;
nn,n,10,L2,,, ?,,; bDD
bb,,最后得:,L,,n,n,n -----------(2) 102D2D
,n2D 放大倍数为 ,,Lb
F,L.FL2LDF由前实验装置分析: Y,,,bS,,LbS(n,n)10S(n,n)102D
12F,Mg又:S,,d; 4
,n,n,n令: 10
2
28LDMgMgLD则: -------------(3) Y,,21,db,n2b,,d,,n4
四、实验步骤
1.调整杨氏弹性模量仪的支架底角螺旋H,使支架铅直,然后加重一个钩码(不
记入作用力F内)将钢丝拉直,测量钢丝长度L。
2.调节光杠杆装置。(1)粗调:将镜面中心、标尺零点、望远镜调节等高,望
远镜上的缺口、准星对准平面镜中心,并能在望远镜外看到尺子的像;(2)细调 :调节物镜焦距能看到尺子清晰的像,调节目镜焦距能清晰的看到叉丝。
n3.开始时望远镜中标尺的读数 ,记下每增加400g砝码
记录
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一次标尺读数,0
n则标尺读数依次为 n、n~ ,直到增加了8个钩码为止。 812
'''nnn4.依次减少钩码,每次减400g ,分别记录各次所对应的标尺读数 、~。1875.在不同位置对钢丝直径d测6次,并测量标尺到镜面的距离D及光杠杆后支点到前两个支点的垂直距离b
拉伸法测杨氏模量记录表
mm单位:
,,nnnn=(+)/2 =(+)/2 nn平均aabbab
增减增减值 n- ,n,n增 减 平均增 减 平均值ba(400g) (400g) ,n ,,nnnn 值 nnaabbab
1 5 2 6 3 7 4 8
mm单位: 光杠杆至标尺距离 钢丝长度 光杠杆尖端至镜面 钢丝直径
bd d d d d d DL123456
五、数据处理
1. 逐差法:一般用于自变量等间隔测量且其测量误差可以略去情况下的
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数据处理。
优点是:充分利用各个测量数据,减小测量误差和扩大测量范围。
应用的一般条件是:处理等间隔线性变化的测量数据。 2. 取同一负荷下标尺读数的平均值n、n、n、n、n、n、n、n、n。用012345678
,逐差法算出平均值并求出
标准
excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载
差。 ,n,n
,,,,,,,,n,n,n,n,n,n,n,n51627384,n,4
2222,,,,,,,,,,,,,,,,n,n,,n,n,n,,n,n,n,,n,n,n,,n51627384,,n4
8MgLD3. 将所测数据代入即可求得金属丝的杨氏模量。?n为四Y,2,db,n
4,0.4kg个砝码的重力M=引起的伸长量。
4. 计算相对误差E, r
222222,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,mdnbYLDE,,,,,,, ,,,,,,,,,,,,rmLbDYdn,,,,,,,,,,,,,
,,E,Y,再根据求出标准差 YrY
Y,Y,结果表达:?(单位) Y
其中:
d,d,d,d,d,d123456d= 6
222222d,d,d,d,d,d,d,d,d,d,d,d()()()()()()123456,, d6
4
,m,0.5%,,,,0.5mm,,3mmbLmD
注意事项
、充分重视光杠杆的粗调。
2、增减砝码时要轻放轻取,以防冲击和摆动,应等标尺稳定后才可读数。标
尺读数若在零点两侧,应区分正负。 3、因砝码的重心不在其几何中心,所以要正确摆放砝码,以保证钢丝上悬
挂的砝码串的稳定。
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