实验报告 4+
数学系06级 蔡园青 2006年4月29日 PB06001093
实验题目：用拉伸法测量钢丝杨氏模量的测量
实验目的：学会用拉伸法测定钢丝杨氏模量的方法，掌握利用光杠杆测定微
小形变的方法，在数据处理中，掌握逐差法和作图法这两种数据处理的方法。
实验原理：任何物体（或材料）在外力作用下都会发生形变。当形变不超过
某一限度时，撤走外力则形变随之消失，为一可逆过程，这种形变称为弹性形变，这一极限称为弹性极限。超过弹性极限，就会产生永久形变（亦称塑性形变），即撤除外力后形变仍然存在，为不可逆过程。
人们在研究材料的弹性性质时，希望有这样一些物理量，它们与试样的尺寸、形状和外加的力无关。于是提出了应力F/S(即力与力所作用的面积之比)和应变△L/L(即长度或尺寸的变化与原来的长度或尺寸之比)之比的概念。在胡克定律成立的范围内，应力和应变之比是一个常数，即
E=(F/S)/(△L/L)=FL/S △L （1）
E 被称为材料的杨氏模量，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。某种材料发生一定应变所需要的力大，该材料的杨氏模量也就大。杨氏模量的大小标志了材料的刚性。
通过式E=(F/S)/(△L/L)=FL/S △L 在样品截面积S 上的作用应力为F ，测量引起的相对伸长量△L/L ，即可计算出材料的杨氏模量E 。因一般伸长量△L 很小，故常采用光学放大法，将其放大，如用光杠杆测量△L 。光杠杆是一个带有可旋转的平面镜的支架，平面镜的镜面与三个足尖决定的平面垂直，其后足即杠杆的支脚与被测物接触，如图5.3.1-1。当杠杆支脚随被测物上升或下降微小距离△L 时，镜面法线转过一个θ角，而入射到望远镜的光线转过2θ角，如图5.3.1-2所示，当θ很小时，
tan /L l θθ≈=? （2）
式中l 为支脚尖到刀口的垂直距离(也叫光杠杆的臂长)，根据光的反射定律，反射角和入射角相等，故当镜面转动θ角时，反射光线转动2θ角，由图可知
t a n 22b
D
θ
θ≈= （3） 式中D 为镜面到标尺的距离，b 为从望远镜中观察到的标尺移动的距离。 从（2）和（3）两式得到
2L b l D
?= 由此得
2bl
L D
?=
（4） 全并（1）和（4）两式得
2D L F
E S l b
=
（5） 式中2/D l 叫做光杠杆的放大倍数，只要测出,,/4)D L l π2和d(S=d 及一系列的F 与b 之后，就可以由式（5）确定金属丝的杨氏模量E 。
实验器材：光杠杆，砝码，望远镜，标尺，米尺，千分尺，支架。 实验步骤：
? 调节仪器
● 调节放置光杠杆的平台F 与望远镜的相对位置，使光杠杆镜面法线与望
远镜轴线大体重合。 ● 调节支架底脚螺丝，确保平台水平，调平台的上下位置，使管制器顶部
与平台的上表面共面。 ● 光杠杆的调节，光杠杆和镜尺组是测量金属丝伸长量L ?的关键部件。刀
口放在平台的横槽内，后足尖放在管制器的沟槽内，但不得与钢丝相碰，平面镜要与平台垂直。 ● 用米尺测量金属丝的长度L 和平面镜与直尺之间的距离D ，以及光杠杆
的臂长l 。 ? 测量
● 砝码托的质量为0m ，记录望远镜中标尺的读数0r 作为钢丝的起始长度。
● 在砝码托上逐次加500g 砝码（可加到3500g ）,观察每增加500g 时望远镜
中标尺上的读数i r ，然后再将砝码逐次减去，记下对应的读数'i r ，取两组对应数据的平均值i r 。 ● 用米尺测量金属丝的长度L 和平面镜与直尺之间的距离D ，以及光杠杆
的臂长l 。 ? 数据处理
● 用千分尺测金属丝直径d ，上、中、下各测2次，共6次，然后取平均
值。
将i r 每隔四项相减，得到相当于每次加2000g 的四次测量数据，如
设
040151262373,,,b r r b r r b r r b r r =-=-=-=-并求出平均值和误差。
将测得的各量代入式（5）计算E ，并求出其误差，正确表述E 的
测量结果。
● 把式（5）改写为
2/i i i r DLF SlE MF == （6）
其中2/M DL SlE =，在一定的实验条件下，M 是一个常量，若以i r
为纵坐标，i F 为横坐标作图应得一直线，其斜率为M 的数据后可由式（7）试计算杨氏模量
2/E DL SlM = （7）
数据记录与处理:
1.钢丝长度 L 10
2.30cm 2.尖脚到刀口 l 7.150cm
3.镜面到标尺 D 126.30cm
5. i m —i r i i m i r (mm) i r '(mm) i r (mm) i i i r r b -=+4(mm)
0 m 0 20.0 20.0 20.0 55.15 1
m 0+500
33.2
33.9
33.55
54.70
2 m 0+1000 46.7 46.9 46.8 55.25
3 m 0+1500 60.6 61.5 61.05 53.9
4 m 0+2000 74.0 76.3 75.1
5 5 m 0+2500 87.2 89.3 88.25
6 m 0+3000 101.1 103.0 102.05
7 m 0+3500 115.0 115.0 115.0
作图法：F —r
10
20
30
40
0.02
0.04
0.06
0.08
0.10
0.12
r (m )
F(N)
斜率M 为： 0.00266 根据
公式:
2
112232/1021.2/00266.010150.7)10280.0(1415.30230.12630.1882m N N
m m m m m lM d DL SlM DL E ?=???????===
--π
逐差法：
由Slb
DLF
E 2=
，代入测量数据平均值，得E=2.10×11102/m N 拉力=?F 0.1958N F
F ?=0.1958/2×9.79=0.01
钢丝长度L ?=0.002m L
L
?=0.002/1.0230=0.002
镜面-标尺距离D ?=0.002m
0.002/1.26300.002D
D ?== 光杠杆臂长l ?=0.0002m 0.0002/0.07150.0028l
l
?== 伸
长量
5
4
.75i b m m = =0.62mm b σ
0.31bx mm σ=
=
= 伸长量b 不确定度
0.68() 1.20.37A U r t mm ===0.3()0.133
r B mm U r mm ?=
==
()0.38U r mm
===
直径d 不确定度
：0.68() 1.110.001170.0013A U d t mm mm ==?=
0.02()=0.0037mm 3
3
B mm
U d ?=
=
仪
()0.0039U d mm ===
2E D L l d F b E D L l d F b
???????=+++++ 0.00050.31
0.0020.0020.002820.010.28054.750.026 2.6%
=+++?++
==
故 2.6%E
E
?=，1121122.6% 2.6% 2.1010/0.0510/E E N m N m ?=?=??=?
2222222
()()()()()()()(
)()()()4()()()B B B B U D U L U l U F U E U d U b E D L l d F b
=+++++
222
2
22
()()(
)())4(
)
()()
333D L U d
F U b
D L d
F b
???=++++
222222
0.0020.0020.00390.010.38(
)()4()()()330.280354.750.00084=+++?++=
()
0.029U E E
= 11
2
()0.0610/U E N
m
=? P=0.683 最终结果：得E=(2.100.06)±×11102/m N P=0.683
思考题
1.利用光杠杆把测微小长度ΔL 变成侧b ，光杠杆的放大率为2D/L ，根据此式能否以增加D 减小l 来提高放大率，这样做有无好处？有无限度？应怎样考虑这个问题？
答： 能增加D 减小l 来提高放大率，这样做有好处。
因为将微小量扩大有利于减小误差。
这样做有限度。由于当θ大到一定程度时，就不能近似等于θtan 了。
所以应在减小误差和利用θθtan ≈，2θθ2tan ≈之间找到一个平衡点。
大连理工大学 大 学 物 理 实 验 报 告 院（系） 材料学院 专业 材料物理 班级 0705 姓 名 童凌炜 学号 200767025 实验台号 实验时间 2008 年 11 月 11 日，第12周，星期 二 第 5-6 节 实验名称 拉伸法测弹性模量 教师评语 实验目的与要求： 1. 用拉伸法测定金属丝的弹性模量。 2. 掌握光杠杆镜尺法测定长度微小变化的原理和方法。 3. 学会处理实验数据的最小二乘法。 主要仪器设备： 弹性模量拉伸仪（包括钢丝和平面镜、直尺和望远镜所组成的光杠杆装置）， 米尺， 螺旋测微器 实验原理和内容： 1. 弹性模量 一粗细均匀的金属丝， 长度为l ， 截面积为S ， 一端固定后竖直悬挂， 下端挂以质量为m 的砝码； 则金属丝在外力F=mg 的作用下伸长Δl 。 单位截面积上所受的作用力F/S 称为应力， 单位长度的伸长量 Δl/l 称为应变。 有胡克定律成立：在物体的弹性形变范围内，应力F/S 和Δl/l 应变成正比， 即 l l ?=E S F 其中的比例系数 l l S F E //?= 称为该材料的弹性模量。 性质： 弹性模量E 与外力F 、物体的长度l 以及截面积S 无关， 只决定于金属丝的材料。 成 绩 教师签字
实验中测定E ， 只需测得F 、S 、l 和即可， 前三者可以用常用方法测得， 而的数量级l ?l ?很小， 故使用光杠杆镜尺法来进行较精确的测量。 2. 光杠杆原理 光杠杆的工作原理如下： 初始状态下， 平面镜为竖 直状态， 此时标尺读数为n 0。 当金属丝被拉长以l ?后， 带动平面镜旋转一角度α， 到图中所示M’位置； 此时读得标尺读数为n 1， 得到刻度变化为 。 Δn 与呈正比关系， 且根据小量 01n n n -=?l ?忽略及图中的相似几何关系， 可以得到 （b 称为光杠杆常数） n B b l ??= ?2将以上关系， 和金属丝截面积计算公式代入弹性模量的计算公式， 可以得到 n b D FlB E ?= 2 8π（式中B 既可以用米尺测量， 也可以用望远镜的视距丝和标尺间接测量； 后者的原理见附录。） 根据上式转换， 当金属丝受力F i 时， 对应标尺读数为n i ， 则有 02 8n F bE D lB n i i +?= π可见F 和n 成线性关系， 测量多组数据后， 线性回归得到其斜率， 即可计算出弹性模量E 。 P.S. 用望远镜和标尺测量间距B ： 已知量： 分划板视距丝间距p ， 望远镜焦距f 、转轴常数δ 用望远镜的一对视距丝读出标尺上的两个读数N1、N2， 读数差为ΔN 。 在几何关系上忽略数量级差别大的量后， 可以得到 ， 又在仪器关系上， 有x=2B ， 则 ， （） 。 N p f x ?= N p f B ??=21100=p f 由上可以得到平面镜到标尺的距离B 。
2222)()()(4)()(b u n u d u R u L u Y u b n d R L +?+++=?用拉伸法测金属丝的杨氏模量 [预习思考题] 1、使用螺旋测微器的注意事项是什么？棘轮如何使用？螺旋测微器用毕还回盒内时要作何处理？ 答：使用螺旋测微器测物时，手要握螺旋测微器的绝热板部分，手上不能有汗渍；被测物接触测砧之前，应旋转棘轮，切不可拧微分套筒，否则会损伤测砧，测值也不准确。砧台夹住被测物时，听到棘轮发出“咯咯”声响，立刻停止旋转。螺旋测微器还回盒内时，要将微分筒退旋几转，使砧台间留有一定空隙，避免热胀使螺杆变形。 2、公式 Y=8FLR πd 2b △n 中哪几个量是待测量？关键是测准哪几个量？这些量都是长度量，却使用了不同的量具和方法，这是根据什么考虑的？此公式的适用条件是什么？ 答：公式中有L 、R 、d 、b 、Δn 等五个待测量。测准Δn 和d 是实验成功的关键。由Y 的不确定度传播公式： 可知，Y 的不确定度是各直接测得量的不确定度的总和，因而，一般考虑各量的不确定度按等影响原则分配，即每个直接测得量的不确定度对合成不确定度的贡献大致相同；也就是说，按照不确定度的合理分配来确定每个长度量用什么测量工具。在测量中，过高地追求某一两个量的精确度，对最后合成不确定度的影响并不大，因而无意义。比如L 和R 都大于50cm ，用米尺
，分别计算出解答提示：根据：22222)()()(4)()(b u n u d u R u L u Y u b n d R L +?+++=?二和知，。由实际测量的计算可、、、、出根号中各量：n d b u n u d u R u L u b n d R L ???2测量完全能满足要求，不必考虑选用精确度更高的仪器。公式应满足的实验条件有三：① 加负荷不能超过钢丝的弹性限度；② 光杠杆偏角θ应很小，即外力F 不能过大；③ 望远镜光轴水平，反射镜与标尺垂直于光轴。 [实验后思考题] 1、根据Y 的不确定度公式，分析哪个量的测量对Y 的测量结果影响最大。 量的测量对Ｙ的测量结果影响最大，因此测此二量尤应精细。 2、可否用作图法求钢丝的杨氏模量，如何作图？ 答：本实验不用逐差法，而用作图法处理数据，也可以算出杨氏模量。由公式 Y=8FLR πd 2b △n 可得： F= πd 2b 8LR Y △n ＝KY △n 。式中K=πd 2b 8LR 可视为常数。以荷重F 为纵坐标，与之相应的n i 为横坐标作图。由上式可见该图为一直 线。从图上求出直线的斜率，即可计算出杨氏模量。 3、怎样提高光杠杆测量微小变化的灵敏度？这种灵敏度是否越高越好？ 答：由Δn= 2R b ΔL 可知， 2R b 为光杠杆的放大倍率。适当改变R 和 b ，可以增加放大倍数，提高光杠杆的灵敏度，但这种灵敏度并非越高越好；
金属丝杨氏模量的测定实验报告 【实验目的】 1.学会用拉伸法测量杨氏模量； 2.掌握光杠杆法测量微小伸长量的原理； 3.学会用逐差法处理实验数据； 4.学会不确定度的计算方法，结果的正确表达； 【实验仪器】 YWC-1杨氏弹性模量测量仪（包括望远镜、测量架、光杠杆、标尺、砝码） 钢卷尺（0-200cm , ）、游标卡尺(0-150mm,、螺旋测微器(0-150mm, 【实验原理】 在外力作用下，固体所发生的形状变化成为形变。它可分为弹性形变和塑性形变两种。本实验中，只研究金属丝弹性形变，为此，应当控制外力的大小，以保证外力去掉后，物体能恢复原状。 最简单的形变是金属丝受到外力后的伸长和缩短。金属丝长L ，截面积为S ，沿长度方向施力F 后，物体的伸长L ?，则在金属丝的弹性限度内，有： F S E L L =? 我们把E 称为杨氏弹性模量。 如上图： ??? ????=?≈=?ααα2D n tg x L n D x L ??=??2 （02n n n -=?） n x d FLD L n D x d F L L S F E ??=?=?=228241ππ 真实测量时放大倍数为4倍，即E=2E 【实验内容】 <一> 仪器调整 1、杨氏弹性模量测定仪底座调节水平； 2、平面镜镜面放置与测定仪平面垂直； 3、将望远镜放置在平面镜正前方左右位置上；
4、粗调望远镜：将镜面中心、标尺零点、望远镜调节等高,望远镜的缺口、准星对准平面镜中心，并能在望远镜外看到尺子的像； 5、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； 6、调节叉丝在标尺cm 2±以内，并使得视差不超过半格。 <二>测量 1、 记下无挂物时刻度尺的读数0n ； 2、依次挂上100g 的砝码，8次，计下7654321,,,,,,n n n n n n n ； 3、依次取下100g 的砝码，8次，计下n 0‘，' 7'65'4'3'2'1,,,,,,'n n n n n n n ； 4、用米尺测量出金属丝的长度L （两卡口之间的金属丝）、镜面到尺子的距离D ； 5、用游标卡尺测量出光杠杆x 、用螺旋测微器测量出金属丝直径d 。 <三>数据处理方法——逐差法 1. 实验测量时，多次测量的算术平均值最接近于真值。但是简单的求一下平均还 是不能达到最好的效果，我们多采用逐差法来处理这些数据。 2. 逐差法采用隔项逐差： 4 )()()()(37261504n n n n n n n n n -+-+-+-=? 3. 注：上式中的n ?为增重400g 的金属丝的伸长量。 【实验数据记录处理】 【结果及误差分析】 1. 光杠杆、望远镜和标尺所构成的光学系统一经调节好后，在实验过程中就不可 在移动，否则，所测的数据将不标准，实验又要重新开始； 2. 不准用手触摸目镜、物镜、平面反射镜等光学镜表面，更不准用手、布块或任 意纸片擦拭镜面；
实验题目：用拉伸法测钢丝的杨氏模量5- 实验目的：掌握利用光杠杆测定微小形变的方法，在数据处理中，掌握逐差法和作图法两种数据处理的方 法 实验原理：在胡克定律成立的范围内，应力F/S 和应变ΔL/L 之比满足 E=（F/S ）/（ΔL/L ）=FL/（S ΔL ） 其中E 为一常量，称为杨氏模量，其大小标志了材料的刚性。 根据上式，只要测量出F 、ΔL/L 、S 就可以得到物体的杨氏模量，又因为ΔL 很小，直接测量 困难，故采用光杠杆将其放大，从而得到ΔL 。 实验原理图如右图： 当θ很小时，l L /tan ?=≈θθ，其中l 是光杠杆的臂 长。 由光的反射定律可以知道，镜面转过θ，反射光线 转过2θ，而且有： 故：)2(D b l L = ?，即是)2(D bl L =? 那么Slb DLF E 2= ，最终也就可以用这个表达式来确定杨氏模量E 。 实验内容： 1． 调节仪器 （1） 调节放置光杠杆的平台F 与望远镜的相对位置，使光杠杆镜面法线与望远镜轴线大体重合。 （2） 调节支架底脚螺丝，确保平台水平，调平台的上下位置，使管制器顶部与平台的上表面共面。 （3） 光杠杆的调节，光杠杆和镜尺组是测量金属丝伸长量ΔL 的关键部件。光杠杆的镜面（1）和刀口 （3）应平行。使用时刀口放在平台的槽内，支脚放在管制器的槽内，刀口和支脚尖应共面。 （4） 镜尺组的调节，调节望远镜、直尺和光杠杆三者之间的相对位置，使望远镜和反射镜处于同等高 度，调节望远镜目镜视度圈（4），使目镜内分划板刻线（叉丝）清晰，用手轮（5）调焦，使标尺像清晰。 2． 测量 （1） 砝码托的质量为m 0，记录望远镜中标尺的读数r 0作为钢丝的起始长度。 （2） 在砝码托上逐次加500g 砝码（可加到3500g ），观察每增加500g 时望远镜中标尺上的读数r i ，然 后再将砝码逐次减去，记下对应的读数r ’i ，取两组对应数据的平均值i r 。 （3） 用米尺测量金属丝的长度L 和平面镜与标尺之间的距离D ，以及光杠杆的臂长l 。 3． 数据处理 （1） 逐差法 用螺旋测微计测金属丝直径d ，上、中、下各测2次，共6次，然后取平均值。将i r 每隔四项相减，得到相当于每次加2000g 的四次测量数据，如设040r r b -=，151r r b -=，262r r b -=和373r r b -=并求出平均值和误差。 将测得的各量代入式（5）计算E ，并求出其误差（ΔE/E 和ΔE ），正确表述E 的测量结果。 （2） 作图法 把式（5）改写为 i i i MF SlE DLF r ==)/(2 （6）
用拉伸法测金属丝的杨氏弹性模量 一、 实验目的 1.学会用光杠杆法测量杨氏弹性模量； 2.掌握光杠杆法测量微小伸长量的原理； 3.学会用逐差法处理实验数据； 4.学会不确定的计算方法，结果的正确表达； 5.学会实验报告的正确书写。 二、 实验仪器 杨氏弹性模量测量仪(型号见仪器上)（包括望远镜、测量架、光杠杆、标尺、砝码）、 钢卷尺（0-200cm , 、游标卡尺(0-150mm,、螺旋测微器(0-150mm, 三、 实验原理 在外力作用下，固体所发生的形状变化成为形变。它可分为弹性形变和塑性形变两种。本实验中，只研究金属丝弹性形变，为此，应当控制外力的大小，以保证外力去掉后，物体能恢复原状。 最简单的形变是金属丝受到外力后的伸长和缩短。金属丝长L ，截面积为S ，沿长度方向施力F 后，物体的伸长L ?，则在金属丝的弹性限度内，有： F S E L L =? 我们把E 称为杨氏弹性模量。 如上图： ??? ?? ? ? =?≈=?ααα2D n tg x L n D x L ??=??2 （02n n n -=?）
n x d FLD L n D x d F L L S F E ??=?=?=2 2 8241ππ 四、 实验内容 <一> 仪器调整 1. 杨氏弹性模量测定仪底座调节水平； 2. 平面镜镜面放置与测定仪平面垂直； 3. 将望远镜放置在平面镜正前方-2.0m 左右位置上； 4. 粗调望远镜：将镜面中心、标尺零点、望远镜调节到等高，望远镜上的缺口、 准星对准平面镜中心，并能在望远镜上方看到尺子的像； 5. 细调望远镜：调节目镜焦距能清晰的看到叉丝，并先调节物镜焦距找到平面镜， 然后继续调节物镜焦距并能看到尺子清晰的像； 6. 0n 一般要求调节到零刻度。 <二>测量 7. 计下无挂物时刻度尺的读数0n ； 8. 依次挂上kg 1的砝码，七次，计下7654321,,,,,,n n n n n n n ； 9. 依次取下kg 1的砝码，七次，计下' 7'65' 4' 3' 2' 1,,,,,,' n n n n n n n ； 10. 用米尺测量出金属丝的长度L （两卡口之间的金属丝）、镜面到尺子的距离D ； 11. 用游标卡尺测量出光杠杆x 、用螺旋测微器测量出金属丝直径d 。 <三>数据处理方法——逐差法 1. 实验测量时，多次测量的算术平均值最接近于真值。但是简单的求一下平均还 是不能达到最好的效果，我们多采用逐差法来处理这些数据。 2. 逐差法采用隔项逐差： 4 ) ()()()(37261504n n n n n n n n n -+-+-+-= ? 3. 注：上式中的n ?为增重kg 4的金属丝的伸长量。 五、 实验数据记录处理
实验三拉伸法测量金属丝的模量 一、实验目的 1. 掌握用拉伸法测量金属丝弹性模量的原理和方法。 2. 学习光杠杆测量微小长度变化的原理和方法。 2、 实验原理 1.弹性模量 在外力作用下，固体所发生的形状变化称为形变。如果力较小时，一旦外力停止了作用，形变将随之消失，这种形变称为弹性形变。如果外力足够大，当停止作用时，形变不能完全消失，留下剩余的形变称之为塑性形变。当开始出现塑形形变时，表明材料达到了弹性限度。 针对连续，均匀，各向同性的材料做成的钢丝，设其长为L，横截面积为S。沿长度方向施力F后，钢丝绳伸长或缩短ΔL。单位长度的伸长量ΔL/L称为线应变，单位横截面积所受的力F/S称为正应力。根据胡克定律，在金属丝弹性限度内正应力和线应变呈正比关系。比例系数 (1)称为弹性模量，旧城杨氏模量，他表征材料本身的弹性性质。E越大的材料，要使他发生一定的相对形变所需的单位横截面积上的作用力就越大。实验表明，弹性模量E与外力F，物体的原长L和横截面积S的大小无关。仅与材料的性质有关。 为测定弹性模量E值，式中F,S,L都可以用普通仪器及一般方法测出。唯有ΔL是一个微小的变化量。很难用普通测长的仪器准确的量度。本实验将采用光杠杆方法进行准确的测量。 2.光杠杆装置 初始时，平面镜处于垂直状态。标尺通过平面镜反射后，在望远镜中呈像。则望远镜可以通过平面镜观察到标尺的像。望远镜中十字线处在标尺上刻度为。当钢丝下降L时，平面镜将转动角。则望远镜中标尺的像也发生移动，十字线降落在标尺的刻度为处。由于平面镜转动角，进入望远镜的光线旋转2角。从图中看出望远镜中标尺刻度的变化。 因为角很小，由上图几何关系得：
实验21 用拉伸法测氏模量 林一仙 1 实验目的 1）掌握拉伸法测定金属氏模量的方法； 2）学习用光杠杆放大测量微小长度变化量的方法； 3）学习用作图法处理数据。 2 实验原理 相关仪器： 氏模量仪、光杠杆、尺读望远镜、卡尺、千分尺、砝码。 2.1氏模量 任何固体在外力使用下都要发生形变，最简单的形变就是物体受外力拉伸（或压缩）时发生的伸长（或缩短）形变。本实验研究的是棒状物体弹性形变中的伸长形变。 设金属丝的长度为L ，截面积为S ，一端固定， 一端在延长度方向上受力为F ，并伸长△L ，如图 21-1，比值： L L ?是物体的相对伸长，叫应变。 S F 是物体单位面积上的作用力，叫应力。 根据胡克定律，在物体的弹性限度，物体的应力与应变成正比，即 L L Y S F ?= 则有 L S FL Y ?= （1） （1）式中的比例系数Y 称为氏弹性模量（简称氏模量）。 实验证明：氏模量Y 与外力F 、物体长度L 以及截面积的大小均无关，而只取决定于物体的材料本身的性质。它是表征固体性质的一个物理量。 根据（1）式，测出等号右边各量，氏模量便可求得。（1）式中的F 、S 、L 三个量都可用一般方法测得。唯有L ?是一个微小的变化量，用一般量具难以测准。本实验采用光杠杆法进行间接测量(具体方法如右图所示)。 2.2光杠杆的放大原理 如右图所示,当钢丝的长度发生变化时，光杠杆镜面的竖直度必然要发生改变。那么改变后的镜面和改变前的镜面必然成有一个角度差，用θ来表示这个角度差。从下图我们可以看出：
h L tg ?= θ （2） 这时望远镜中看到的刻度为1N ，而且θ201=ON N ∠，所以就有： D N N tg 0 12-= θ（3） 采用近似法原理不难得出： L h D N N N ?= -=?201（4） 这就是光杠杆的放大原理了。 将（4）式代入（1）式，并且S=πd 2 ,即可得下式： N h d F LD Y ??=π2 8 这就是本实验所依据的公式。 2.3 实验步骤 1）将待测金属丝下端砝码钩上加1.000kg 砝码使它伸直。调节仪器底部三脚螺丝，使G 平台水平。 2）将光杠杆的两前足置于平台的槽，后足置于C 上，调整镜面与平台垂直。 3）调整标尺与望远镜支架于合适位置使标尺与望远镜以光杠杆镜面中心为对称，并使镜面与标尺距离D 约为1.5米左右。 4）用千分尺测量金属丝上、中、下直径，用卷尺量出金属丝的长度L 。 5）调整望远镜使其与光杠杆镜面在同一高度，先在望远镜外面附近找到光杠杆镜面中标尺的象（如找不到，应左右或上下移动标尺的位置或微调光杠杆镜面的垂直度）。再把望远镜移到眼睛所在处，结合调整望远镜的角度，在望远镜中便可看到光杠杆镜面中标尺的反射象（不一定很清晰）。 6）调节目镜，看清十字叉丝，调节调焦旋钮，看清标尺的反射象，而且无视差。若有视差，应继续细心调节目镜，直到无视差为止。检查视差的办法是使眼睛上下移动，看叉丝与标尺的象是否相对移动；若有相对移动，说明有视差，就应再调目镜直到叉丝与标尺象无相对运动（即无视差）为止。记下水平叉丝（或叉丝交点）所对准的标尺的初读数N 0，N 0一般应调在标尺0刻线附近，若差得很远，应上下移动标尺或检查光杠杆反射镜面是否竖直。 7）每次将1.000kg 砝码轻轻地加于砝码钩上，并分别记下读数N '1、N '2、…、N i '，共做5次。 8）每次减少1.000kg 砝码，并依次记下记读数N i ''-1，N i ''-2，…、N ''0。 9）当砝码加到最大时（如6.000kg ）时，再测一次金属丝上、中、下的直径d ，并与挂1.000kg 砝码时对应的直径求平均值，作为金属丝的直径d 值。 10）用卡尺测出光杠杆后足尖与前两足尖的距离h ，用尺读望远镜的测距功能测出D （长短叉丝的刻度差乘100倍）。
大连理工大学 大学物理实验报告 院（系）材料学院专业材料物理班级0705成绩 姓名童凌炜学号200767025实验台号 实验时间2008 年11月11日，第 12 周，星期二第5-6节 教师签字 实验名称拉伸法测弹性模量 教师评语 实验目的与要求： 1.用拉伸法测定金属丝的弹性模量。 2.掌握光杠杆镜尺法测定长度微小变化的原理和方法。 3.学会处理实验数据的最小二乘法。 主要仪器设备： 弹性模量拉伸仪（包括钢丝和平面镜、直尺和望远镜所组成的光杠杆装置），米尺，螺旋测微器 实验原理和内容： 1.弹性模量 一粗细均匀的金属丝，长度为 l，截面积为S，一端固定后竖直悬挂，下端挂以质量为m 的砝码；则金属丝在外力F=mg 的作用下伸长l 。单位截面积上所受的作用力F/S 称为应力，单位长度的伸长量l/l 称为应变。 有胡克定律成立：在物体的弹性形变范围内，应力F/S 和l/l 应变成正比，即 F E l S l 其中的比例系数 F / S E l / l 称为该材料的弹性模量。 性质：弹性模量 E 与外力 F、物体的长度l 以及截面积S 无关，只决定于金属丝的材料。
实验中测定E，只需测得 F S l 和 l 即可，前三者可以用常用方法测得，而 l 的数量级 、、 很小，故使用光杠杆镜尺法来进行较精确的测量。 2.光杠杆原理 光杠杆的工作原理如下：初始状态下，平面镜为竖直状态，此时标尺读数为n0。当金属丝被拉长l 以 后，带动平面镜旋转一角度α ，到图中所示M ’位置； 此时读得标尺读数为 n1，得到刻度变化为 n n1 n0。n 与l 呈正比关系，且根据小量忽略及图中的相似几何关系，可以得到 l b （ b 称为光杠杆常数）n 2B 将以上关系，和金属丝截面积计算公式代入弹性模量的计算公式，可以得到 E 8FlB D 2b n （式中 B 既可以用米尺测量，也可以用望远镜的视距丝和标尺间接测量；后者的原理见附录。） 根据上式转换，当金属丝受力F i时，对应标尺读数为n i，则有 8lB n i D 2bE F i n0 可见 F 和 n 成线性关系，测量多组数据后，线性回归得到其斜率，即可计算出弹性模量 E。 P.S. 用望远镜和标尺测量间距 B ： 已知量：分划板视距丝间距p，望远镜焦距f、转轴常数δ 用望远镜的一对视距丝读出标尺上的两个读数N1 、N2 ，读数差为N 。在几何关系上忽略数量级差别大的量后，可以得到 x f1f N ，（ f ）。 N ，又在仪器关系上，有 x=2B，则B p 100 p2p 由上可以得到平面镜到标尺的距离 B 。
教学章节：实验7 用拉伸法测定金属丝的杨氏弹性模量 教学内容：1、讲述“用拉伸法测定金属丝的杨氏弹性模量”实验的实验原理 2、介绍实验的操作要领、数据处理等 3、指导学生进行实验操作、观察实验现象、测量并记录实验数据。教学学时：3学时 教学目的：1、使学生了解“用拉伸法测定金属丝的杨氏弹性模量”的实验原理 2、使学生学会用光杠杆法测量长度的微小变化量 3、使学生掌握本实验的仪器调节和实验数据的测量 4、使学生学会用逐差法处理实验数据 教学重点、难点： 1、光杠杆放大原理 2、实验仪器的调节 3、逐差法处理实验数据 教学方法、方式：讲解、演示、学生操作教师指导。 教学过程：（引入、授课内容、小结、作业布置等） 用拉伸法测定金属丝的杨氏弹性模量 一、引入 杨氏弹性是描述固体材料抵抗形变的能力的物理量，它与固体材料的几何尺寸无关，与外力大小无关，只决定于金属材料的性质，它的国际单位为：牛/米2（N/m2），它是表征固体材料性质的重要物理量，是选择固体材料的依据之一，是工程技术中常用的参数。杨氏弹性模量测量的常用方法： 1、万能试验机法：在万能试验机上做拉伸或压缩试验，自动记录应力和应变的关系图线，从而计算出杨氏弹性模量。 2、静态拉伸法（本实验采用此法），它适用于有较大形变的固体和常温下的测量，它的缺点是：①因为载荷大，加载速度慢，含有驰豫过程。所以它不能很真实地反映出材料内部结构的变化。②对脆性材料不能用拉伸法测量；③不能测量材料在不同温度下的杨氏弹性模量。 3、动态悬挂法：将试样（圆棒或矩形棒）用两根线悬挂起来并激发它作横向振动。在一定条件下，试样振动的固有频率取决于它的几何形状、尺寸、质量以及它的杨氏弹性模量，如果我们在实验中测出了试样在不同温度下的固有频率，就可以算出试样在不同温度下的杨氏弹性模量。此法克服了静态拉伸法的缺点，具有实用价值，是国家标准规定的一种测量方法。
清华大学实验报告 系别：航天航空学院班号：航04班姓名：张大曦（同组姓名：） 作实验日期：2011年9月28日教师评定： 实验2.1拉伸法测弹性模量 一、实验目的 （1）学习用拉伸法测量弹性模量的方法； （2）掌握螺旋测微计和读数显微镜的使用； （3）学习用逐差法处理数据。 二、实验原理 1.弹性模量及其测量方法 弹性形变范围内，正应力与线应变成正比，即 式中的比例系数 称作材料的弹性模量 利用本实验中直接测量的数据，可将上式进一步写为 测量钢丝的弹性模量的方法是将钢丝悬挂于支架上，上端固定，下端加砝码对钢丝施加力F，测出钢丝 E。 2.逐差法处理数据 该方法称为逐差法，可以减小测量的随机误差和测量仪器带来的误差。 三、实验仪器 包括支架、读数显微镜、底座、钢尺和螺旋测微计（分别用来测量钢丝长度和直径）。 四、实验步骤与注意事项 （1）调整钢丝竖直。 （2）调节读数显微镜。先粗调再细调。 （3）测量。测量钢丝长度L D，测6次，并在测量前后记录螺旋测微计的零点d各3次。
五、数据表格及数据处理 1. 测量钢丝长度L 仪器编号；钢丝长度L=mm。 得到： = mm = mm 2. 测定钢丝直径D 测定螺旋测微计的零点d 测量前____,___,____ 测量后____,____,____ mm 得到： 3. 总不确定度计算
由计算公式推导出E的相对不确定度的公式 出 结论：拉伸法可以测量钢丝的弹性模量，由于实验仪器的精密程度有限，所得的弹性模量的不确定度较大。 六、思考题解答与分析 1. 在本实验中读数显微镜测量时那些情况下会产生空程误差？应如何消除它？ 在测量中，转动手轮至标记点的过程中反转手轮会产生空程误差，在从增砝码变到减砝码手轮反转时会产生空程误差。 在测量中，应通过使手轮只向一个方向转动来消除空程误差，若是在调节某次标记线位置时，叉丝转过了标记线，则舍去这次的位移值，继续测量下一个位移值。在增减砝码手轮反转过程中，因尽量使手轮多转几圈，消除空程误差后，再进行下面的测量。 2. 从E的不确定度计算式分析哪个量的测量对E的结果的准确度影响最大？测量中应注意哪些问题？ 通过多次测量取平均值来减小误差。另外，在测量前后要记录螺旋测微计的零点各3次，来减小系统误差对测量值的影响。 八、实验感受与收获 这是我的第一次实验，心情激动但也害怕结果会误差很大。事实证明顾虑其实是多余的，认真踏实的做实验就会有收获。通过本次试验，我锻炼了动手和观察能力，也深刻地体会到实验工作的辛苦，长时间使用读数显微计会使眼睛非常疲劳。 实验2.2动力学法测弹性模量 一、实验目的 （1）学习一种更实用、更准确的测量弹性模量的方法； （2）学习用实验方法研究与修正系统误差。
用静态拉伸法测金属丝的杨氏弹性模量 材料受力后发生形变。在弹性限度内，材料的胁强与胁变（即相对形变）之比为一常数，叫弹性模量。条形物体（如钢丝）沿纵向的弹性模量叫杨氏模量。 杨氏弹性模量是描述固体材料抵抗形变能力的重要物理咼.是选左机械构件的依摒之一，是工程技术中常用的参数。 测呈材料的杨氏弹性模量有拉伸法、梁的弯曲法、振动法、内耗法等等，本实验采用静态拉伸法测上杨氏弹性模量。要求掌握利用光杠杆测左微小形变（角度）的方法。 在实验方法上，通过本实验可以看到，以对称测量法消除系统误差的思路在其它类似的测量中极具普遍意义。在实验装置上的光杠杆镜放大法，由于它的性能稳怎、精度高，而且是线性放大，所以在设计各类测试仪器中得到广泛的应用。 在数据处理上，本实验采用一种常用的逐差法，这种方法在实验中经常被使用。 一.实验目的 1.学会测量杨氏弹性模虽的一种方法； 2.掌握用光杠杆法测量微小伸长量的原理： 3.学会用逐差法处理实验数据。 二.实验仪器 杨氏模量仪、光杠杆、望远镜尺组、米尺、千分尺。 三.实验原理 1 任何固体在外力作用下都要发生形变，当外力撤除后物体能够完全恢复原状的形变称为弹性形变。如果加在物体上的外力过大，以致外力撤除后，物体不能完全恢复原状而留下剩余形变，称为塑性形变（或范性形变）。本实验只研究弹性形变。因此所加外力不宜过大。 最简单的形变是棒状物体受外力后的伸长或缩短。设钢丝截而积为S.长为厶。今沿长度方向施以外力F使棒伸长△厶。则比值F/S是单位截而上的作用力，称为应力（胁强）；比值厶是物体的相对伸长量，称为应变（胁变）.它表示物体形变的大小。根据胡克左律，在物体的弹性限度内，应力与应变成正比，即 匚=丫?兰 s L（1） 式中比例系数Y的大小，只取决于材料本身的性质，与外力F、物体原长厶及截而积S的大小无关?叫做材料的杨氏弹性模量。在材料工程中，它是一个重要的物理呈。上式可写为丫=旦 s△厶（2） 根据（2）式，测出等号右边各量后，便可算岀杨氏模量。其中氏厶和S可用一般方法测得，微小伸长量4L用一般的咼具不易准确测量。本实验采用光杠杆镜尺组进行长度微小变化的测量，这是一种非接触式的长度放大测量的方法。同时，金属线截而积可用 S =丄7rd2 测其直径〃来获得， 4 。则（2）式可写为 —4FL TTC F'L（3） 下而介绍用光杠杆法测量微小伸长SAL的方法。 光杠杆装豊包括两部分，一是光杠杆镜架，其结构如图1所示，光杠杆是一个带有可旋转的平而镜的支架，平而镜的镜而与三个足尖决左的平面垂直，其后足即杠杆的支脚与被测物接触，当杠杆支脚随被测物上升或下降微小距离△厶时，镜面法线转过一个&角，而入射到望远镜的光线转过2&角，如图2所示.当&很小时，
本科实验报告（详写）【实验目的】 1.掌握拉伸法测量金属丝弹性模量的原理和方法。 2.学习光杠杆测量微小长度的变化的原理和方法。 3.进一步学习用逐差法，作图法处理数据。 4.多种长度测试方法和仪器的使用。 【实验内容和原理】 1．测定金属丝弹性模量 假定长为L、横截面积为S的均匀金属丝，在受到沿长度方向的外力F作用下伸长?L，根据胡克定律可知，在弹性限度内，应变?L /L与外F/S成正比，即 （E称为该金属的杨氏模量）（1）由此可得：
（2） 其中F,S 和L 都比较容易测量；?L 是一个很小的长度变化量。 2．光杠杆测量微小长度变化 当金属丝受力伸长?L 时，光杠杆后脚1f 也随之下降?L ，在θ较小（即?L << b ）时，有 ?L / b = tan θθ≈ （1） 若望远镜中的叉丝原来对准竖尺上的刻度为0r ；平面镜转动后，根据广的反射定律，镜面旋转θ，反射线将旋转2θ，设这时叉丝对准新的刻度为1r 。令?n= |1r –0r |，则当2θ很小（即?n < i n ?L 。其中2D/b 称为光杠杆的放大倍数。 bl d FLD E 28π= （3） 4．为减小实验误差依次在砝码钩上挂砝码（每次1kg ，并注意砝码应交错放置整齐）。待系统稳定后，记下相应十字叉丝处读数（i=1,2，……，6）。依次减小砝码（每次1kg ），待稳定后，记十字叉丝处相应读数（i=1,2，……，6）。取同一负荷刻度尺读数平均值 2n n n ' i i i += （i=1,2, (6) 5.按逐差法处理数据的要求测量弹性模量。 计算对应3Kg 负荷时金属丝的伸长量 i 3i i n -n n +=? （i=1,2,3，） 及伸长量的平均值 3 n n 3 1 i i ∑=?= ? 将n ?，L,D,K,d 各测量结果代入（3）式，计算出待测金属丝的弹性模量及测量结果的不确定度。 22222 2)()()()(4)()(F K n d D L E E F K n d D L ?+?+??+?+?+?=?? （4） 【实验仪器】 弹性模量和泊松比的测定 弹性模量和泊松比的测定 目录 一、弹性模量和泊松比 (2) 二、弹性模量测定方法 (2) 三、泊松比测定方法 (4) 四、结论 (4) 五、参考文献 (4) 一、弹性模量和泊松比 金属材料的弹性模量E为低于比例极限的应力与相应应变的比值；金属材料的泊松比μ指低于比例极限的轴向应力所产生的横向应变与相应轴向应变的负比值（详见GB/T 10623-2008 金属材料力学性能试验术语）。 二、弹性模量测定方法 铝合金材料的弹性模量E是在弹性范围内正应力与相应正应变的比值，其表达式为： E=σ/ε 式中E为弹性模量；σ为正应力；ε为相应的正应变。 铝合金材料弹性模量E的测定主要有静态法、动态法和纳米压痕法。 1.静态法 1.1测量原理 静态法测量铝合金材料的弹性模量主要采用拉伸法，即采用拉伸应力-应变曲线的测试方法。 拉伸法是用拉力拉伸试样来研究其在弹性限度内受到拉力的伸长变形。由上式有： E=σ/ε=FL/A△L 式中各量的单位均为国际单位。 可以看出，弹性模量E是在弹性范围所承受的应力与应变之比，应变是必要的参数。因此，弹性模量E的测试实质是测试弹性变形的直线段斜率，故其准确度由应力与应变准确度所决定。 应力测量的准确度取决于试验机施加的力值与试样横截面积，此时试验机夹具与试样夹持方法也非常关键，夹具与试样要尽量同轴；应变测量的准确度要求引伸计要真实反映试样受力中心轴线与施力轴线同轴受力时所产生的应变。 由于试样受力同轴是相对的，且在弹性阶段试样的变形很小，所以为获得真实应变，应采用高精度的双向平均应变机械式引伸计。 拉伸法测量弹性模量适用于常温测量，由于拉伸时载荷大，加载速度慢， 弹性模量的定义及其相互关系 材料在弹性变形阶段，其应力和应变成正比例关系（即符合胡克定律），其比例系数称为弹性模量（Elastic Modulus ）。弹性模量的单位是GPa 。“弹性模量”是描述物质弹性的一个物理量，是一个总称，包括“杨氏模量”、“剪切模量”、“体积模量”等。所以，“弹性模量”和“体积模量”是包含关系。 一般地讲，对弹性体施加一个外界作用（称为“应力”）后，弹性体会发生形状的改变（称为“应变”），“弹性模量”的一般定义是：应力除以应变。 线应变：对一根细杆施加一个拉力F ，这个拉力除以杆的截面积S ，称为“线应力”，杆的伸长量dL 除以原长L ，称为“线应变”。线应力除以线应变就等于杨氏模量E=( F/S)/(dL/L)。 剪切应变：对一块弹性体施加一个侧向的力f （通常是摩擦力），弹性体会由方形变成菱形，这个形变的角度a 称为“剪切应变”，相应的力f 除以受力面积S 称为“剪切应力”。剪切应力除以剪切应变就等于剪切模量G=( f/S)/a 。 体积应变：对弹性体施加一个整体的压强P ，这个压强称为“体积应力”，弹性体的体积减少量(-dV)除以原来的体积V 称为“体积应变”，体积应力除以体积应变就等于体积模量: K=P/(-dV/V)。 意义：弹性模量可视为衡量材料产生弹性变形难易程度的指标，其值越大，使材料发生一定弹性变形的应力也越大，即材料刚度越大，亦即在一定应力作用下，发生弹性变形越小。弹性模量E 是指材料在外力作用下产生单位弹性变形所需要的应力。它是反映材料抵抗弹性变形能力的指标，相当于普通弹簧中的刚度。 说明：弹性模量只与材料的化学成分有关，与其组织变化无关，与热处理状态无关。各种钢的弹性模量差别很小，金属合金化对其弹性模量影响也很小。 泊松比（Poisson's ratio ），以法国数学家 Simeom Denis Poisson 为名，是横向应变与纵向应变之比值它是反映材料横向变形的弹性常数。 在材料的比例极限内，由均匀分布的纵向应力所引起的横向应变与相应的纵向应变之比的绝对值。比如，一杆受拉伸时，其轴向伸长伴随着横向收缩(反之亦然)，而横向应变 e' 与轴向应变 e 之比称为泊松比ν。 泊松比ν与杨氏模量E 及剪切模量G 之间的关系 ()()??? ? ??+=+==ννν1G 2orE 12E orG 1-G 2E 材料弹性模量的测试方法 弹性模量的测试有三种方法：静态法、波传播法、动态法。 静态法测试的是材料在弹性变形区间的应力-应变，静态法指在试样上施加一恒定的弯曲应力，测定其弹性弯曲挠度，根据应力和应变计算弹性模量。静态法属于对试样具有破坏性质的一种方法，不具有重复测试的机会，且测试精度低，测试结果波动大。另外，静态法只能对材料的杨氏模量进行测定，不能测试材料的剪切模量及泊松比。 其主要缺点是： 1.应力加载的速度会影响弹性模量的数值 2.脆性材料如陶瓷无法测量 3.不能在高温下测试.在高温下，材料发生蠕变，使得应变测试值增大。 超声波法：测试超声波在试样中的传播时间及试样长度得到纵向或横向传播速度，然后计算 物理实验报告 系别机械系班号机53 姓名丁旭阳（同组姓名）做实验日期 2006 年 10 月 19 日教师评定 2.1 拉伸法测弹性模量 一、实验目的 1、学习用拉伸法测弹性模量的方法。 2、掌握螺旋测微计和读数显微镜的使用。 3、学习用逐差法处理数据。 二、实验仪器 支架、读数显微镜、底座、钢尺、螺旋测微计、砝码 三、实验原理 物体在外力作用下都要或多或少地发生形变。当形变不超过某一限度时，撤走外力之后，形变将随之消失，这种形变称之为"弹性形变"。发生弹性形变时，物体内部产生恢复原状的内应力。弹性模量是反映材料形变与内应力关系的物理量。拉伸法是一种直接简单的测量材料弹性模量的方法。 在弹性范围内，长度L、截面积S 的金属丝，受拉力F作用后伸长了d L。F/S为正应力，d L/L为线应变。有胡克定律： 比例系数 E称作材料的弹性模量，也称为杨氏模量。使用实验中直接测量量表示，E 为： 四、实验方法与步骤 1、调整钢丝支架使它竖直。调整底座螺钉使钢丝夹具不与周围支架碰蹭。 2、调节读数显微镜。 3、加砝码测量伸长。 4、减砝码测量伸长。 5、测量钢丝直径和长度。 五、数据记录 1、测量钢丝长度L 及伸长量L δ 5 L l δ==0.263mm 0.01mm l ?=仪 l s =0.0184mm 15L l δ?=?==L L δδ+?=0.263±0.005mm 2、测量钢丝直径D 零点/d mm 测量前 -0.021 -0.019 -0.020 测量后 -0.021 -0.022 -0.022 平均值d =-0.208mm 钢丝的平均直径D =0.200mm ，D s =0.0019mm 。 螺旋测微计示值误差?仪=0.004mm 。 D ?==D D ±?=0.200±0.004mm 3、总不确定度的计算 E E ?=2 4FL E D L πδ= =237.34GPa E E E E ? ?=?=5GPa E E +?=237.3±5GPa 静态拉伸法测弹性模量实验报告 静态拉伸法测弹性模量实验报告 弹性模量（亦称杨氏模量）是固体材料的一个重要物理参数，它标志着材料对于拉伸或压缩形变的抵抗能力。作为测定金属材料弹性模量的一个传统方法，静态拉伸法在一起合理配置、误差分析和长度的放大测量等方面有着普遍意义，但这种方法拉伸试验荷载大，加载速度慢，存在弛豫过程，对于脆性材料 和不同温度条件下的测量难以实现。 1 实验原理及仪器 胡克定律指出，对于有拉伸压缩形变的弹性形体，在弹性范围内，应力F 与应变L ?成正比，即 F 式中比例系数E 称为材料的弹性模量，它是描写材料自身弹性的物理 量．改写上式则有、 (1) 可见，只要测量外力 F 、材料（本实验用金属丝）的长度L 和截面积S ，以及 金属丝的长度变化量?，就可以计算出弹性模量E 。其中，F 、S 和L 都是比较容 易测得的，唯有?很小，用一般的量具不易准确测量。本实验采用光杠杆镜尺组进行长度微小变化量L ?的测量，这是一种非接触式的长度放大测量的方法。 本实验采用的主要实验仪器有： 弹性模量仪（如图1）、光 杠杆镜尺组（如图2）、螺旋测微器、米尺、砝码等。 图1 弹性模量测量装置图2 光杠杆 图3 光杠杆放大原理 仪器调节好后，金属 丝未伸长前，在望远镜中 可看到由平面镜反射的标 尺的像，将望远镜的细叉 丝对准标尺的刻度，读出 读数为R0；将砝码加在砝 码托上后，金属丝被拉长L ，光杠杆镜面向后倾斜了α角．根据光的反射定律可知，此时在望远镜中细叉丝对准的是镜面反射后的标尺上的刻度R1，其对应的入射光和反射光的夹角为2α。设N=R1-R2，K为光杠杆的前后足之间的垂直距离，D为光杠杆镜面到标尺之间的距离，考虑到，角很小，所以有可得 用拉伸法测钢丝杨氏模量——实验报告 金属丝杨氏模量的测定实验报告 【实验目的】 1.学会用拉伸法测量杨氏模量； 2.掌握光杠杆法测量微小伸长量的原理； 3.学会用逐差法处理实验数据； 4.学会不确定度的计算方法，结果的正确表达； 【实验仪器】 YWC-1杨氏弹性模量测量仪（包括望远镜、测量架、光杠杆、标尺、砝码） 钢卷尺（0-200cm ,0.1 ）、游标卡尺(0-150mm,0.02)、螺旋测微器 (0-150mm,0.01) 【实验原理】 在外力作用下，固体所发生的形状变化成为形变。它可分为弹性形变和塑性形变两种。本实验中，只研究金属丝弹性形变，为此，应当控制外力的大小，以保证外力去掉后，物体能恢复原状。 最简单的形变是金属丝受到外力后的伸长和缩短。金属丝长L，截面积为S，沿长度方向施 力F 后，物体的伸长L ?，则在金属丝的弹性限度内，有： F S E L L =? 我们把E 称为杨氏弹性模量。 如上图： ???????=?≈=?ααα2D n tg x L n D x L ??=??2 （02n n n -=?） n x d FLD L n D x d F L L S F E ??=?=?=228241ππ 真实测量时放大倍数为4倍，即E=2E 【实验内容】 <一> 仪器调整 1、杨氏弹性模量测定仪底座调节水平； 2、平面镜镜面放置与测定仪平面垂直； 3、将望远镜放置在平面镜正前方1.5-2.0m 左右位置上； 4、粗调望远镜：将镜面中心、标尺零点、望远镜调节等高,望远镜的缺口、准星对准平面镜中心，并能在望远镜外看到尺子的像； 5、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； 6、调节叉丝在标尺cm 2 以内，并使得视差不超过半格。 <二>测量 1、 记下无挂物时刻度尺的读数0 n ； 2、依次挂上100g 的砝码，8次，计下7654321,,,,,,n n n n n n n ； 3、依次取下100g 的砝码，8次，计下n 0 ‘ ，'7'65'4'3'2'1,,,,,,'n n n n n n n ； 4、用米尺测量出金属丝的长度L （两卡口之间的金属丝）、镜面到尺子的距离D ； 5、用游标卡尺测量出光杠杆x 、用螺旋测微弹性模量和泊松比的测定
弹性模量的测定整理
实验2.1 拉伸法测弹性模量
静态拉伸法测弹性模量实验报告
用拉伸法测钢丝杨氏模量——实验报告
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