大学物理实验《用伸长法测定金属丝的杨氏模量》
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用拉伸法测量金属丝的杨氏模量实验报告《用拉伸法测量金属丝的杨氏模量实验报告》
嘿,朋友们!今天我来给大家讲讲我做的这个超有趣的用拉伸法测量金属丝杨氏模量的实验!(就像我们要探索一个神秘的宝藏一样刺激!)
实验开始前,那根金属丝乖乖地躺在那儿,仿佛在等待着我们去揭开它的秘密呢。
(这不就像一个等待被唤醒的小战士嘛!)我和小伙伴们可兴奋了,都迫不及待地想开始。
我们小心地把金属丝安装在实验装置上,这过程就好像在给它打扮一样,得特别仔细。
(就跟给宝贝穿衣服一样不能马虎呀!)然后,慢慢给它施加拉力,看着它一点点被拉长,哇,那种感觉真奇妙!(这就像看着小树苗一点点长大一样神奇!)
在测量数据的时候,我们可是全神贯注,眼睛瞪得大大的,生怕错过一点。
(那认真的样子,就像侦探在寻找关键线索呢!)每一个数据都感觉好重要啊!“哎呀,这个数字读对了没?”我还时不时问小伙伴。
经过一番努力,终于测得了所有的数据。
这时候大家都特别有成就感。
(就像打了一场大胜仗一样开心!)
分析数据的时候,才发现这里面可藏着大学问呢。
就好像解开一道复杂的谜题一样。
(哎呀,原来这里面有这么多门道啊!)
这次实验,让我对杨氏模量有了更深刻的理解,也让我感受到了科学实验的魅力。
(真的太棒啦!)以后我还要多做这样的实验,探索更多的科学奥秘呢!(大家也快来试试呀!)。
用伸长法测定金属丝的杨氏模量(静态法)一.目的要求1.用伸长法测定金属丝的杨氏模量;2.了解望远镜的结构及使用方法;3.掌握用光杠杆测量微小长度变化量的方法;4.学习用对立影响法消除系统误差的思想方法;5.用环差法处理数据;*6.用作图法处理数据;*7.用最小二乘原理处理数据。
二.原理若长l 、截面积S 均匀的金属丝或棒,在其长度方向上受到作用力F 而伸长l ∆,则据虎克定律:在弹性限度内,胁强S F /与协变l l /∆成正比,即:ll E S F ∆⋅= (8.1) 式(8.1)中比例系数E 即为该金属材料的杨氏模量。
将式(8.1)改写为:lS Fl E ∆= (8.2) 式(8.2)中,F 、S 及l 比较容易测量,由于金属的杨氏模量一般较大,因此,l ∆是一个微小的长度变化,很难用普通测量长度的仪器将它测准。
因此,实验装置的主要部分就是为了解决这个微小长度变化量的测量。
光杠杆和望远镜尺组为其测量提供了方便。
三.仪器用品杨氏模量测定仪、千分尺、游标卡尺、米尺及照明光源等。
杨氏模量测定仪(图8-1)主要包括伸长仪、光杠杆和望远镜尺组三个部分。
1. 伸长仪如图8-1所示,它是一双立柱三角支架,由固定螺钉固定着待测金属丝,待测金属丝的下端与小圆柱连接,小圆柱穿过载物平台的中心孔,其下端悬挂砝码托。
当金属丝受力伸长时,小圆柱能在圆孔中无摩擦地下移。
载物平台上放置光杠杆,光杠杆前端两个足尖(或刀片)被置于载物平台的沟槽内,后端的一个足尖被置于和待测金属丝连在一起的小圆柱上,并随之升降。
地脚螺丝用以调节立柱铅直,铅直度可由铅垂线或靠目测判断。
2.光杠杆和望远镜尺组(1)光杠杆结构如图8-2所示。
直立的平面反射镜通过两个紧固螺丝安装在底盘的一端,底盘下固定着两个前足尖(或刀刃)被置于伸长仪载物平台的“V”形槽中,另一端为后足尖,后足尖应与两个前足尖构成等腰三角形,该等腰三角形的高b 称为光杠杆常数。
松开臂长调节螺丝(图中未表示出),可以根据需要改变光杠杆常数。
杨氏模量的测定(伸长法)实 验 目 的1.用伸长法测定金属丝的杨氏模量2.学习光杠杆原理并掌握使用方法实 验 原 理物体在外力作用下或多或少都要发生形变,当形变不超过某一限度时,撤走外力之后形变能随之消失,这种形变叫弹性形变,发生弹性形变时物体内部将产生恢复原状的内应力。
设有一截面为S ,长度为l 的均匀棒状(或线状)材料,受拉力F 拉伸时,伸长了δ,其单位面积截面所受到的拉力S F称为胁强,而单位长度的伸长量l δ称为胁变。
根据胡克定律,在弹性形变范围内,棒状(或线状)固体胁变与它所受的胁强成正比:F E S lδ= 其比例系数E 取决于固体材料的性质,反应了材料形变和内应力之间的关系,称为杨氏弹性模量。
24FlE d πδ=(1)上图是光杠杆镜测微小长度变化量的原理图。
左侧曲尺状物为光杠杆镜,M 是反射镜,1d 为光杠杆镜短臂的杆长,2d 为光杆杆平面镜到尺的距离,当加减砝码时,b 边的另一端则随被测钢丝的伸长、缩短而下降、上升,从而改变了M 镜法线的方向,使得钢丝原长为l 时,从一个调节好的位于图右侧的望远镜看M 镜中标尺像的读数为0A ;而钢丝受力伸长后,光杠杆镜的位置变为虚线所示,此时从望远镜上看到的标尺像的读数变为i A 。
这样,钢丝的微小伸长量δ,对应光杠杆镜的角度变化量θ,而对应的光杠杆镜中标尺读数变化则为ΔA 。
由光路可逆可以得知,A ∆对光杠杆镜的张角应为θ2。
从图中用几何方法可以得出:1tg d δθθ≈=(2)2tg22Ad θθ∆≈=(3) 将(2)式和(3)式联列后得:122d A d δ=∆ (4) 所以:2218mgld E d Ad π=∆,令A K m ∆= 故:2218gld E d Kd π= 这种测量方法被称为放大法。
由于该方法具有性能稳定、精度高,而且是线性放大等优点,所以在设计各类测试仪器中有着广泛的应用。
实 验 仪 器杨氏模量仪;光杆杆;螺旋测微器;游标尺;钢卷尺和米尺;望远镜(附标尺)。
一、实验目的1. 了解杨氏模量的概念和意义;2. 掌握用拉伸法测量金属丝杨氏模量的原理和方法;3. 学会使用实验仪器进行测量,并学会数据处理和误差分析;4. 培养实验操作能力和科学思维。
二、实验原理杨氏模量(E)是描述材料弹性性能的物理量,定义为材料在弹性形变时,单位应力所引起的单位应变。
其计算公式为:E = σ / ε其中,σ为应力,ε为应变。
应力是指单位面积上的力,应变是指单位长度的形变量。
本实验采用拉伸法测量金属丝的杨氏模量。
在实验过程中,对金属丝施加一定的拉力,使其产生弹性形变。
通过测量金属丝的伸长量和所受拉力,根据上述公式计算出杨氏模量。
三、实验仪器与材料1. 金属丝:直径约为1mm,长度约为100mm;2. 拉伸仪:用于施加拉力;3. 量角器:用于测量金属丝的伸长角度;4. 标尺:用于测量金属丝的伸长量;5. 计算器:用于计算数据。
四、实验步骤1. 将金属丝固定在拉伸仪上,确保金属丝与拉伸仪的轴线一致;2. 将金属丝的另一端固定在支架上,确保支架与拉伸仪的轴线一致;3. 调整量角器,使其与金属丝轴线垂直;4. 拉伸金属丝,使其产生弹性形变;5. 记录金属丝的伸长角度和伸长量;6. 重复上述步骤,进行多次实验,以确保数据的准确性;7. 根据实验数据,计算金属丝的杨氏模量。
五、数据处理与结果分析1. 计算金属丝的应力:σ = F / S其中,F为拉力,S为金属丝的横截面积。
2. 计算金属丝的应变:ε = ΔL / L其中,ΔL为金属丝的伸长量,L为金属丝的原始长度。
3. 根据实验数据,计算金属丝的杨氏模量:E = σ / ε4. 分析实验结果,与理论值进行比较,讨论误差来源。
六、实验结论通过本次实验,我们成功测量了金属丝的杨氏模量。
实验结果表明,金属丝的杨氏模量与理论值基本吻合。
在实验过程中,我们学会了使用拉伸法测量金属丝的杨氏模量,掌握了数据处理和误差分析的方法。
同时,本次实验也提高了我们的实验操作能力和科学思维。
拉伸法测金属丝的杨氏模量实验报告一、实验目的1、学会用拉伸法测量金属丝的杨氏模量。
2、掌握光杠杆放大原理和测量微小长度变化的方法。
3、学会使用游标卡尺、螺旋测微器等测量长度的仪器。
4、学习数据处理和误差分析的方法。
二、实验原理杨氏模量是描述固体材料抵抗形变能力的物理量。
假设一根粗细均匀的金属丝,长度为\(L\),横截面积为\(S\),在受到外力\(F\)作用下伸长了\(\Delta L\)。
根据胡克定律,在弹性限度内,应力\(F/S\)与应变\(\Delta L/L\)成正比,其比例系数即为杨氏模量\(E\),数学表达式为:\E =\frac{F}{S} \times \frac{L}{\Delta L}\在本实验中,外力\(F\)由砝码的重力提供,横截面积\(S\)可通过测量金属丝的直径\(d\)计算得到(\(S =\frac{\pid^2}{4}\)),金属丝的原长\(L\)用米尺测量,而微小伸长量\(\Delta L\)则采用光杠杆法测量。
光杠杆装置由光杠杆、望远镜和标尺组成。
光杠杆是一个带有三个尖足的平面镜,前两尖足放在平台的沟槽内,后尖足置于金属丝的测量端。
当金属丝伸长(或缩短)\(\Delta L\)时,光杠杆的后尖足随之升降\(\Delta L\),从而带动平面镜转动一个角度\(\theta\)。
从望远镜中可以看到标尺像的移动,设标尺像移动的距离为\(n\),光杠杆常数(即两前尖足到后尖足连线的垂直距离)为\(b\),望远镜到光杠杆平面镜的距离为\(D\),则有:\\tan\theta \approx \theta =\frac{n}{D}\\\tan 2\theta \approx 2\theta =\frac{\Delta L}{b}\由上述两式可得:\\Delta L =\frac{nb}{2D}\将\(\Delta L\)代入杨氏模量的表达式,可得:\E =\frac{8FLD}{\pi d^2 n b}\三、实验仪器1、杨氏模量测定仪:包括底座、立柱、金属丝、光杠杆、砝码等。
⼤学物理实验⽤拉伸法测⾦属丝的杨⽒弹性模量⼤学物理实验⽤拉伸法测⾦属丝的杨⽒弹性模量 Prepared on 22 November 2020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:我们把E 称为杨⽒弹性模量。
如上图:=?≈=?ααα2D n tg xL n D x L ??=2 (02n n n -=?)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 。
伸长法测金属杨氏模量(范文4篇)以下是网友分享的关于伸长法测金属杨氏模量的资料4篇,希望对您有所帮助,就爱阅读感谢您的支持。
《伸长法测金属杨氏模量范文一》拉伸法测金属杨氏模量实验目的: ①调节光系统,使之处于正常工作状态②测出钢丝随负载的变化率③将有关参量代入公式求出杨氏模量实验原理:根据胡克定律有ζ截面积为S =14=E ε, 其中E 为比例系数,若金属原长为L ,直径为d, 2πd ∆L因为∆F ,L,d 。
比较容易测量,但是∆L 十分微小,不易测量,因此可以在拉力∆F 作用下,长度伸长∆L ,因此E =πd ,4∆FL2。
利用光杠杆系统来测量。
光杠杆系统主要有平面镜,T 刑支架以及前后支脚,设钢丝为伸长时标尺的读数为n 1,钢丝伸长∆L 时标尺的读数为钢丝夹下降∆L , 平面镜法线偏转θ上E =8LBg⨯∆m ∆n角综n 2刻度为n =n 2-n 1,πd b2。
实验仪器:光杠杆、带小平台的立柱、带钢丝夹的砝码的被测钢丝、游标卡尺、千分尺、望远镜及标尺实验步骤:㈠选择测量工具其中l 和B 用卷尺,d 用千分尺,b 用游标卡尺测量,△m 用标准砝码,△n 用尺读望远镜测量,前四个量是直接测量的,后两个是双变量测量,目的是要m 对n 的变化率,根据上述内容绘制数据表。
㈡根据几何光学的原理来调节望远镜,光杠杆和标尺之间的位置。
1 望远镜、平面镜、标尺的位置要自习调节,使标尺在平面镜的像处在望远镜的视场中,以变能在望远镜中看到标尺的像。
2 望远镜的光轴与平面镜的法线平行,标尺要竖直。
㈢对望远的调节1调节目镜,看清划板。
2调节物镜,是目标成像在分划板上,这里的“目标”是指钢丝再砝码盘上加载,测出m 与n 的对应关系数据处理:实验装置常数测量表根据以上的数据可以绘制如下的图像:直线的方程为m =5. 1158n -23. 2994,因此∆m ∆n=5. 1158∆n =∆n 1+∆n 2+∆n 3+∆n 4+∆n 55=0. 9654cm∆m =5kg__22__22_2S (∆n ) =(∆n 1-∆n) +(∆n 2-∆n ) +(∆n 3-∆n ) +(∆n 4-∆n ) +(∆n 5-∆n )5⨯(5-1)=0. 026-UA=S (∆n ) =0. 026u B =ins3=0. 0577u-∆n=U A +U B =0. 06322E =8lBg ∆mπd b ∆n11=3. 649052278⨯10根据E 的不确定度传递公式可得:-c(E )-=((-nE∆n)2=0. 07-U--=2UC -(E )=0. 14E E因此扩展不确定度为U E=0. 51⨯101111综上结果表达式是 E =(3. 65±0. 51)⨯10Nm2不确定度为1位有效数字-0.5分注意事项:Ⅰ加砝码,测出n 随m 的变化,然后减砝码,测出-m 与n 的关系,n 与你n 有可能不同,去二者的平均值即可,采用反正向测量取平均值的办法是为了消除弹性形变的滞后效应带来的系统误差,测量之前,砝码盘上需要加适量的砝码将钢丝拉直Ⅱ加减砝码时轻拿轻放,钢丝的晃动容易使光杠杆的位置变化。
用拉伸法测金属丝的杨氏模量材料在外力作用下产生形变,其应力与应变的比值叫做弹性模量,它是反映材料抵抗形变能力的物理量,杨氏模量是固体材料的纵向弹性模量,是选择机械构件的依据之一,也是工程技术中研究材料性质的常用参数。
测定弹性模量的方法很多,如拉伸法、振动法、弯曲法、光干涉法等,本实验采用拉伸法测定金属丝的杨氏弹性模量,研究拉伸正应力与应变之间的关系。
本实验所涉及的微小长度变化量的测量方法−−光杠杆法,其原理广泛应用在许多测量技术中。
光杠杆装置还被许多高灵敏的测量仪器(如冲击电流计和光电检流计等)所采用。
【实验目的】1. 掌握用拉伸法测金属丝的杨氏模量及进一步熟悉千分尺、望远镜的使用。
2. 学会用光杠杆测微小长度的变化量。
3. 学会用逐差法处理实验数据。
【实验仪器】杨氏模量测定仪、尺读望远镜、千分尺、游标卡尺、钢卷尺、标尺、砝码若干。
【实验原理】物体在外力作用下或多或少都要发生形变,当形变不超过某一限度时,撤走外力之后形变能随之消失,这种形变叫弹性形变,发生弹性形变时物体内部将产生恢复原状的内应力。
设有一截面为S ,长度为L 0的均匀棒状(或线状)材料,受拉力F 拉伸时,伸长了L Δ,其单位面积截面所受到的拉力SF 称为正应力,而单位长度的伸长量L LΔ称为应变。
根据胡克定律,在弹性形变范围内,柱状(或线状)固体正应力与它所受的应变成正比:εσE =其比例系数E 取决于固体材料的性质,反应了材料形变和内应力之间的关系,称为杨氏弹性模量。
其单位为2/m N ,是表征材料抗应变能力的一个物理量。
柱状体受外力作用时的形变量L ∆,柱状体的长度L ,截面积S ,作用力F ,满足胡克定律:LS FLE ∆=(1)图 11、反射镜2、与钢丝相连的夹套组件I3、中托板4、标尺5、望远镜由于一般L ∆很小,常采用光杠杆放大法进行测量,图1为其原理图。
初始时,镜面M 的法线正好是水平的,假设是理想状态,n 0是反射镜M 的法线。
大学物理实验金属杨氏模量实验报告一、实验目的1、学会用伸长法测量金属丝的杨氏模量。
2、掌握用光杠杆放大原理测量微小长度变化的方法。
3、学会用逐差法处理实验数据。
二、实验原理1、杨氏模量的定义杨氏模量是描述固体材料抵抗形变能力的物理量。
对于一根长度为L、横截面积为 S 的金属丝,在受到沿长度方向的拉力 F 作用时,伸长量为ΔL。
根据胡克定律,在弹性限度内,应力与应变成正比,即:\F/S = Y \times \Delta L/L\其中,Y 为杨氏模量。
2、光杠杆放大原理光杠杆是一个带有可旋转平面镜的支架。
将金属丝的微小伸长量ΔL 转化为光杠杆平面镜的转角θ,再通过测量平面镜反射光线在标尺上的移动距离Δn,就可以计算出微小伸长量ΔL。
根据几何关系,有:\\Delta L = b \times \Delta n / 2D \其中,b 为光杠杆前后脚的距离,D 为平面镜到标尺的距离。
三、实验仪器杨氏模量测量仪、光杠杆、望远镜、直尺、砝码、螺旋测微器、游标卡尺等。
四、实验步骤1、调整仪器(1)将杨氏模量测量仪的底座调水平,使金属丝竖直。
(2)调整光杠杆平面镜与平台垂直,望远镜与平面镜等高,并使望远镜水平对准平面镜。
2、测量金属丝长度 L用直尺测量金属丝的长度,重复测量三次,取平均值。
3、测量金属丝直径 d用螺旋测微器在金属丝的不同位置测量直径,共测量六次,取平均值。
4、测量光杠杆前后脚距离 b用游标卡尺测量光杠杆前后脚的距离,测量一次。
5、测量平面镜到标尺的距离 D用直尺测量平面镜到标尺的距离,测量一次。
6、加砝码测量依次增加砝码,每次增加相同质量,记录对应的标尺读数。
7、减砝码测量依次减少砝码,记录对应的标尺读数。
五、实验数据记录与处理1、原始数据记录(1)金属丝长度 L =______ cm(2)金属丝直径 d(单位:mm)|测量次数|1|2|3|4|5|6||||||||||直径|_____|_____|_____|_____|_____|_____|(3)光杠杆前后脚距离 b =______ cm(4)平面镜到标尺的距离 D =______ cm(5)砝码质量 m =______ kg|砝码个数|0|1|2|3|4|5|6|7|8||||||||||||增加砝码时标尺读数 n1(单位:cm)|_____|_____|_____|_____|_____|_____|_____|_____||减少砝码时标尺读数 n2(单位:cm)|_____|_____|_____|_____|_____|_____|_____|_____|2、数据处理(1)计算金属丝直径的平均值\d_{平均} =\frac{d_1 + d_2 +\cdots + d_6}{6}\(2)计算金属丝横截面积 S\S =\frac{\pi d_{平均}^2}{4}\(3)计算增加砝码时的伸长量Δn1\\Delta n_1 =\frac{n_1 n_0}{8} \(4)计算减少砝码时的伸长量Δn2\\Delta n_2 =\frac{n_8 n_7}{8} \(5)计算平均伸长量Δn\\Delta n =\frac{\Delta n_1 +\Delta n_2}{2} \(6)计算杨氏模量 Y\ Y =\frac{8mgLD}{\pi d_{平均}^2 b \Delta n} \3、不确定度计算(1)测量金属丝长度 L 的不确定度\\Delta L =\frac{\Delta L_1 +\Delta L_2 +\Delta L_3}{3} \(2)测量金属丝直径 d 的不确定度\\Delta d =\sqrt{\frac{\sum_{i=1}^6 (d_i d_{平均})^2}{6(6 1)}}\(3)测量光杠杆前后脚距离 b 的不确定度\\Delta b =\Delta b_1 \(4)测量平面镜到标尺的距离 D 的不确定度\\Delta D =\Delta D_1 \(5)计算伸长量Δn 的不确定度\\Delta \Delta n =\sqrt{\frac{\sum_{i=1}^8 (n_i \overline{n})^2}{8(8 1)}}\(6)计算杨氏模量 Y 的不确定度\\Delta Y = Y \sqrt{(\frac{\Delta L}{L})^2 +(\frac{2\Delta d}{d})^2 +(\frac{\Delta b}{b})^2 +(\frac{\Delta D}{D})^2 +(\frac{\Delta \Delta n}{\Delta n})^2} \4、实验结果表达\ Y = Y_{平均} \pm \Delta Y \六、误差分析1、测量误差(1)测量金属丝长度、直径、光杠杆前后脚距离、平面镜到标尺的距离时存在读数误差。
用伸长法测杨氏模量实验报告一、实验目的:1.用伸长法测定金属丝的杨氏模量。
2.了解望远镜尺组的结构及使用方法。
3.掌握用光杠杆方法原理测量微小长度变化量的方法。
4.学习用对立影响法消除系统误差的思想方法。
5.学习用环差法处理数据。
6.学习用作图法处理数据。
7.用最小二乘法处理数据。
二、实验原理:若长为L、截面积为S的均匀金属丝,在其长度方向上施加作用力F使其伸长ΔL,根据胡克定律:在弹性限度范围内,正应力F∕S(单位面积上的垂直作用力)与线性应变ΔL∕L (金属丝相对伸长)成正比,即F S =EΔLL(1)式(1)中比例系数E即为该金属丝的杨氏模量。
将式(2)改写为E=FLSΔL(2)式(3)中,F、S及L比较容易测量,由于金属的杨氏模量一般比较大,因此ΔL是一个微小的长度变化,很难用普通测量长度的仪器将它测准。
放大法是一种应用十分广泛的测量技术,我们将本次实验中接触到机械放大、光放大等放大测量技术。
如螺旋测微器是通过机械放大而提高测量精度的;光杠杆属于光放大技术,且其被广泛地应用到许多高灵敏仪器中,如光电反射式检流计,冲击电流计等。
若微小变化量用ΔL表示,放大后的测量值为N,则A=NΔL(3)为放大器的放大倍数,原则上A越大,越有利于测量,但往往会引起信号失真。
三、实验用具:杨氏模量测定仪、螺旋测微器、游标卡尺、钢卷尺等。
B款杨氏模量测定仪:金属丝上下两端用钻头夹具夹紧,上短固定于双立柱的横梁上,下端钻头夹得连接拉杆穿过固定平台中间的套孔与一放大结构相连,杠杆放大比例为1:10,即加100g的砝码相当于加1000g的砝码,在载物台上放置一个可将微小伸长放大的光学元件——光杠杆,两者结合实现二次放大。
图(1)此款的光杠杆结构实物图如图(1)所示,在等腰梯形的铁板的底边的两个角和顶边终点处,各有一个尖头螺钉,底边连线上的两个螺钉B、C称为前足尖,顶点上的螺钉A 成为后足尖,A到B、C的连线的距离b称为光杠杆常量。
实验九用伸长法测定金属丝的杨氏模量(以及对该实验改进方案的模型元件图)
【实验目的】
1. 用伸长法测定金属丝的杨氏模量。
2. 学习光杠杆原理并掌握使用方法。
3. 练习用逐差法处理数据。
F,
1)
器无法测量。
在本实验中采用光杠杆镜尺法测量。
如图1所示,光杠杆是一块平面镜直立的装在一个三足底
板上。
三个足尖f1,f2,f3构成一个等腰三角形。
f1,f2为等腰
三角形的底边。
f3到这底边的垂直距离(即距离三角形底边上
的高)记为b。
如果f1,f2在一个平台上,而f3下降∆L,那么
平面镜将绕f1,f2转动θ。
图1
如图2所示,初始时,平面镜处于垂直状态。
标尺通过平面镜反射后,在望远镜中成像。
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n0处。
当f3下
降∆L时,平面镜将绕f1,f2转θ角。
则望远镜中标尺的像也发生移动,十字线降落在标尺刻
n
线的垂直距离即为b。
2.调节杨氏模量测定仪和尺读望远镜
(1) 用实验室准备的水平仪放置在平台上,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。
A :钢丝悬挂端
B :钢丝
C :光杠杆
D :凹槽
E :钢丝夹紧端
F :砝码
G :支架底角螺丝
(6) 观测标尺时眼睛正对望远镜,不得忽高忽低引起视差。
3.关于Y 的测量:
(1) 挂好金属丝后,加上砝码托及1~2㎏砝码,将线拉直。
(2) 安装尺度望远镜并调节好,从望远镜中的水平丝,读出直尺的数值为n 0。
(3) 逐次增加一定质量的砝码,相应的望远镜读数为n 1、n 2、n 3、…,至少加6次砝码。
(4) Y 值的计算(用逐差法)
E C B
D A
J
H
I
K
光杠杆
【数据处理】
1. 金属丝的原长L =45cm 光杠杆常数 b =7.21cm D =106.6cm
2. 表2 测钢丝直径数据表
3. 表3 记录加外力后标尺的读数
其中i n 是每次加1kg 砝码后标尺的读数, )(2
/i i i n n n += (两者的平均)
【注意事项】
1.光杠杆、望远镜和标尺所构成的光学系统一经调好后,在实验过程中就不可再移动。
否则,数据无效,实验应从头做起。
2.在金属丝上测直径,容易使线折弯,最好在备用线上测量。
【思考题】
1.仪器调节的步骤很重要,为在望远镜中找到直尺的象,事先应作好哪些准备,试说明操作程序。
2.材料相同,但粗细、长度不同的两根钢丝,它们的杨氏模量是否相同?
3.是否可以用作图法求杨氏模量?如果以协强为横轴,协变为纵轴作图,图线应是什么形状?
②把B类不确定度当作总不确定度,并取Δ仪=0.1/5=0.2mm,则u(Δn)=0.12mm。
b
B
度�0�2
3.钢丝直径d的测量。
;
度。
4.杨氏模量Y的计算
相对不确定度:
总不确定度:;
实验结果标准形式:
并。