杨氏模量实验讲解及数据处理.ppt

1、杨氏模量的测量杨氏模量的测量杨氏模量的测量杨氏模量的测量基础实验3内内 容容实验目的实验目的1实验仪器实验仪器2实验原理实验原理3实验内容和步骤实验内容和步骤4数据记录和处理数据记录和处理5实验目的实验目的v用伸长法测量金属丝杨氏模量用伸长法测量金属丝杨氏模量v了解望远镜的结构及使用方法了解望远镜的结构及使用方法v掌握用光杠杆测量长度微小变化量的原理掌握用光杠杆测量长度微小变化量的原理v学习用对立影响法消除系统误差的思想方法学习用对立影响法消除系统误差的思想方法v用环差法处理数据用环差法处理数据v进行测量结果的不确定度分析进行测量结果的不确定度分析实验仪器实验仪器杨氏模量测定仪杨氏模量测定仪螺

2、旋测微计螺旋测微计游标卡尺游标卡尺米尺米尺砝码砝码待测金属丝待测金属丝 实验原理实验原理1 1、杨氏模量的物理意义杨氏模量的物理意义：描述材料抵抗形变能：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。力的物理量，该值越大，材料越不容易变形。式中式中S S 为金属丝横截面积：为金属丝横截面积：L为金属丝的长度为金属丝的长度 L为其受拉力为其受拉力F后的伸长量后的伸长量应变应变杨式模量定义为：杨式模量定义为：实验原理实验原理金属丝横截面积金属丝横截面积S S：杨式模量定义为：杨式模量定义为：式中金属丝原长式中金属丝原长L可由米尺测量，可由米尺测量，钢丝直径钢丝直径D可用可用螺旋测微仪测

3、量，外力螺旋测微仪测量，外力F可由实验中钢丝下面悬挂的可由实验中钢丝下面悬挂的砝码的重力给出，而砝码的重力给出，而L是一个微小长度变化量，本是一个微小长度变化量，本实验利用实验利用光杠杆的光学放大作用光杠杆的光学放大作用实现对金属丝微小实现对金属丝微小伸长量伸长量 L L 的间接测量。的间接测量。D为细铁丝的为细铁丝的直径直径 实验原理实验原理2 2、光杠杆测量长度的微小变化光杠杆测量长度的微小变化：杨氏模量测定仪：杨氏模量测定仪：核心部件是核心部件是光杠杆光杠杆系统系统（由光杠杆镜（由光杠杆镜架与望远镜组成）。架与望远镜组成）。1-1-金属丝金属丝 2-2-光杠杆光杠杆 3-3-平台平台 4

4、-4-挂钩挂钩 5-5-砝码砝码 6-6-三角底座三角底座 7-7-标尺标尺 8-8-望远镜望远镜 杨氏模量仪示意图杨氏模量仪示意图光杠杆常数光杠杆常数 b光杠杆原理光杠杆原理bf1f2f3BbL光杠杆放大原理图光杠杆放大原理图BbL光杠杆放大原理图光杠杆放大原理图BbL光杠杆放大原理图光杠杆放大原理图 叫光杠杆放大率叫光杠杆放大率光杠杆的作用在于将微小的伸长量光杠杆的作用在于将微小的伸长量 L放大为竖放大为竖尺上的位移尺上的位移l。l 叫叫L 的的光杠杆放大量光杠杆放大量 尺读望远镜组：尺读望远镜组：测量时，望远镜水平测量时，望远镜水平地对准光杠杆镜架上地对准光杠杆镜架上的平面反射镜，经光的

5、平面反射镜，经光杠杆平面镜反射的标杠杆平面镜反射的标尺虚象又成实象于分尺虚象又成实象于分划板上，从两条视距划板上，从两条视距线上可读出标尺像上线上可读出标尺像上的读数。的读数。实验内容和步骤实验内容和步骤1 1、调节仪器：、调节仪器：调节光杠杆和望远镜：调节光杠杆和望远镜：（1 1）调整望远镜水平）调整望远镜水平,光杠杆平面镜竖直光杠杆平面镜竖直（2 2）调整望远镜与光杠杆平面镜高度相同）调整望远镜与光杠杆平面镜高度相同（3 3）沿望远镜外侧边沿上方使凹口、瞄准星、）沿望远镜外侧边沿上方使凹口、瞄准星、平面镜在同一直线上，左、右移动望远镜平面镜在同一直线上，左、右移动望远镜 在镜子里找到竖直尺

6、的像在镜子里找到竖直尺的像;若找不到若找不到,可可 微调镜子的角度微调镜子的角度,直到找到为止。直到找到为止。（4 4）旋动望远镜目镜）旋动望远镜目镜,使十字叉丝清晰使十字叉丝清晰;再旋再旋 动聚焦手轮动聚焦手轮,直到看清竖直尺的像。直到看清竖直尺的像。逐次加逐次加1 1个砝码，在望远镜中读计对应标个砝码，在望远镜中读计对应标尺的位置，直至尺的位置，直至6 6个砝码；然后将所加砝个砝码；然后将所加砝码逐次去掉（每次减码逐次去掉（每次减1 1个），并读取相应个），并读取相应读数。读数。2 2、观察金属丝伸长变化、观察金属丝伸长变化实验内容和步骤实验内容和步骤(2)(2)在钢丝上选不同部位用螺旋测

7、微计测量在钢丝上选不同部位用螺旋测微计测量D;D;3 3、测量金属丝长度、测量金属丝长度l、平面镜与竖尺之间的距离、平面镜与竖尺之间的距离B，金属丝直径，金属丝直径D，光杠杆常数，光杠杆常数b。实验内容和步骤实验内容和步骤(1)(1)用钢卷尺测量用钢卷尺测量l l和和B;B;(3)(3)取下光杠杆在展开的白纸上同时按下三个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，用游标卡尺测出两尖脚连线的垂线，用游标卡尺测出b.b.注意事项注意事项 1保持光学镜面清洁，不得用手触摸，镜面有保持光学镜面清洁，不得用手触摸，镜

8、面有灰尘时，应以软毛刷轻拭，且用毕应盖好物镜罩；灰尘时，应以软毛刷轻拭，且用毕应盖好物镜罩；2调节望远镜时，动作要轻，且尽量不靠微调节望远镜时，动作要轻，且尽量不靠微动手轮瞄准目标，伸长仪及望远镜尺组应避免撞动手轮瞄准目标，伸长仪及望远镜尺组应避免撞击和剧烈振动；击和剧烈振动；3应保护光杠杆刀刃、足尖及平面镜，严禁应保护光杠杆刀刃、足尖及平面镜，严禁磕碰和跌落；其固定螺丝不得旋得过紧，以防平磕碰和跌落；其固定螺丝不得旋得过紧，以防平面镜变形；面镜变形；4测像移过程中不得碰动仪器的任何部位，测像移过程中不得碰动仪器的任何部位，且加减砝码时动作要轻，防止砝码托摆动，以提且加减砝码时动作要轻，防止砝码托摆动，以提高测量精度。高测量精度。数据处理逐差法数据处理逐差法加砝码加砝码减砝码减砝码平均值平均值为增加为增加4个砝码铁丝拉伸量个砝码铁丝拉伸量l的的光杠杆放大量光杠杆放大量不确定度不确定度一一.二二.三三.测量结果的不确定度与相对不确定度测量结果的不确定度与相对不确定度:四四.测量结果表示测量结果表示:课后作业课后作业:思考题思考题 1.2.3