导读：杨氏模量实验报告 篇一 【预习重点】 (1)杨氏模量的定义。 (2)利用光杠杆测量微小长度变化的原理和方法。 (3)用逐差法和作图法处理实验数据的方法。 【仪器】 杨氏模量仪(包括砝码... 如果觉得还不错，就继续查看以下内容吧！
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杨氏模量实验报告 篇一
【预习重点】
(1)杨氏模量的定义。
(2)利用光杠杆测量微小长度变化的原理和方法。
(3)用逐差法和作图法处理实验数据的方法。
【仪器】
杨氏模量仪(包括砝码组、光杠杆及望远镜-标尺装置)、螺旋测微器、钢卷尺。
【原理】
1)杨氏模量
物体受力产生的形变，去掉外力后能立刻恢复原状的称为弹性形变;因受力过大或受力时间过长，去掉外力后不能恢复原状的称为塑性形变。物体受单方向的拉力或压力，产生纵向的伸长和缩短是最简单也是最基本的形变。设一物体长为L，横截面积为S，沿长度方向施力F后，物体伸长(或缩短)了δL。F/S是单位面积上的作用力，称为应力，δL/L是相对变形量，称为应变。在弹性形变范围内，按照胡克(Hooke Robert 1635—1703)定律，物体内部的应力正比于应变，其比值
(5—1)
称为杨氏模量。
实验证明，E与试样的长度L、横截面积S以及施加的外力F的大小无关，而只取决于试样的材料。从微观结构考虑，杨氏模量是一个表征原子间结合力大小的物理参量。 2)用静态拉伸法测金属丝的杨氏模量
杨氏模量测量有静态法和动态法之分。动态法是基于振动的方法，静态法是对试样直接加力，测量形变。动态法测量速度快，精度高，适用范围广，是国家标准规定的方法。静态法原理直观，设备简单。
用静态拉伸法测金属丝的杨氏模量，是使用如图5—1所示杨氏模量仪。在三角底座上装两根支柱，支柱上端有横梁，中部紧固一个平台，构成一个刚度极好的支架。整个支架受力后变形极小，可以忽略。待测样品是一根粗细均匀的钢丝。钢丝上端用卡头A夹紧并固定在上横梁上，钢丝下端也用一个圆柱形卡头B夹紧并穿过平台C的中心孔，使钢丝自由悬挂。通过调节三角底座螺丝，使整个支架铅直。下卡头在平台C的中心孔内，其周围缝隙均匀而不与孔边摩擦。圆柱形卡头下方的挂钩上挂一个砝码盘，当盘上逐次加上一定质量的砝码后，钢丝就被拉伸。下卡头的上端面相对平台C的下降量，即是钢丝的伸长量δL。钢丝的总长度就是从上卡头的下端面至下卡头的上端面之间的长度。钢丝的伸长量δL是很微小的，本实验采用光杠杆法测量。
3)光杠杆
光杠杆是用放大的方法来测量微小长度(或长度改变量)的一种装置，由平面镜M、水平放置的望远镜T和竖直标尺S组成(图5—1)。平面镜M竖立在一个小三足支架上，O、O′是其前足，K是其后足。K至OO′连线的垂直距离为b(相当于杠杆的短臂)，两前足放在杨氏模量仪的平台C的沟槽内，后足尖置于待测钢丝下卡头的上端面上。当待测钢丝受力作用而伸长δL时，后足尖K就随之下降δL，从而平面镜M也随之倾斜一个α角。在与平面镜M相距D处(约1～2m)放置测量望远镜T和竖直标尺S。如果望远镜水平对准竖直的平面镜，并能在望远镜中看到平面镜反射的标尺像，那么从望远镜的十字准线上可读出钢丝伸长前后标尺的读数n0和n1。这样就把微小的长度改变量δL放大成相当可观的变化量δn=n1-n0。从图5—2所示几何关系看，平面镜倾斜α角后，镜面法线OB也随之转动α角，反射线将转动2α角，有
在α很小的条件下tgα≈α;tg2α≈2α
于是得光杠杆放大倍数
(5—2)
在本实验中，D为1m～2m，b约为7cm，放大倍数可达30～60倍。光杠杆可以做得很精细，很灵敏，还可以采用多次反射光路，常在精密仪器中应用。
图5—2 光杠杆原理
4)静态拉伸法测金属丝杨氏模量的实验公式
由式(5—2)可得钢丝的伸长量
(5—3)
将式(5—3)以及拉力F=Mg(M为砝码质量)，钢丝的截面积S=1/4πd2(d为钢丝直径)代入式(5—1)，于是得测量杨氏模量的实验公式
【实验内容】
(1)检查钢丝是否被上下卡头夹紧，然后在圆柱形卡头下面挂钩上挂上砝码盘，将钢丝预紧。
(2)用水准器调节平台C水平，并观察钢丝下卡头在平台C的通孔中的缝隙，使之达到均匀，以不发生摩擦为准。
(3)将光杠杆平面镜放置在平台上，并使前足OO′落在平台沟槽内，后足尖K压在圆柱形卡头上端面上。同时调节光杠杆平面镜M处于铅直位置。
(4)将望远镜一标尺支架移到光杠杆平面镜前，使望远镜光轴与平面镜同高，然后移置离平面镜约1m处。调节支架底脚螺丝，使标尺铅直并调节望远镜方位，使镜筒水平对准平面镜M。
(5)先用肉眼从望远镜外沿镜筒方向看平面镜M中有没有标尺的反射像，必要时可稍稍左右移动支架，直至在镜筒外沿上方看到标尺的反射像。
(6)调节望远镜目镜，使叉丝像清晰，再调节物镜，使标尺成像清晰并消除与叉丝像的视差，如此时的标尺读数与望远镜所在水平面的标尺位置n0相差较大，需略微转动平面镜M的倾角，使准线对准n0，记下这一读数。
(7)逐次增加砝码(每个0.36kg)，记录从望远镜中观察到的各相应的标尺读数ni′(共7个砝码)。然后再逐次移去所加的砝码，也记下相应的标尺读数ni″。将对应于同一Fi值的ni″和ni′求平均，记为ni(加、减砝码时动作要轻，不要使砝码盘摆动和上下振动)。 (8)用钢卷尺测量平面镜M到标尺S之间的垂直距离D和待测钢丝的原长L。从平台上取
下平面镜支架，放在纸上轻轻压出前后足尖的痕迹，然后用细铅笔作两前足点OO′的连线及K到OO′边线的垂线，测出此垂线的长度b。
(9)用螺旋测微器测量钢丝不同位置的直径，测6次。
【数据处理】
(1)设计数据表格，正确记录原始测量数据。
(2)用逐差法计算δn。
(3)根据实验情况确定各直接测量量的不确定度。
(4)计算出杨氏模量E，用误差传递关系计算E的不确定度，并正确表达出实验结果。 (5)用作图法处理数据：
式(5—4)可改写成
率k中求出E值。
，用坐标纸作出n～M关系图，并从其斜.
【思考题】
(1)杨氏模量的物理意义是什么?它的大小反映了材料的什么性质?若某种钢材的杨氏模量E=2.01011Nm-2，有人说“这种钢材每平方米截面能承受2.01011N拉力”，这样说对吗?
(2)在用静态拉伸法测量杨氏模量的实验中，由于受力伸长过程缓慢，因而是在等温条件下进行的。而在动态法(例如音频振动法)测量时，由于拉伸、恢复、压缩、再拉伸的过程进行得极快，试样与周围环境来不及进行热交换，所以是在绝热条件下进行的。一般静态法比动态法测得的杨氏模量约低2%，你能解释其原因吗?
(3)光杠杆的放大倍数取决于2D/b，一般讲增加D或减小b可提高光杠杆放大倍数，这样做有没有限度?怎样考虑这个问题?
杨氏模量实验报告 篇二
【实验目的】
1.1.掌握螺旋测微器的使用方法。
2.学会用光杠杆测量微小伸长量。
3.学会用拉伸法金属丝的杨氏模量的方法。
【实验仪器】
杨氏模量测定仪(包括：拉伸仪、光杠杆、望远镜、标尺)，水准器，钢卷尺，螺旋测微器，钢直尺。
1、金属丝与支架(装置见图1)：金属丝长约0.5米，上端被加紧在支架的上梁上，被夹于一个圆形夹头。这圆形夹头可以在支架的下梁的圆孔内自由移动。支架下方有三个可调支脚。这圆形的气泡水准。使用时应调节支脚。由气泡水准判断支架是否处于垂直状态。这样才能使圆柱形夹头在下梁平台的圆孔转移动时不受摩擦。
2、光杠杆(结构见图2)：使用时两前支脚放在支架的下梁平台三角形凹槽内，后支脚放在圆柱形夹头上端平面上。当钢丝受到拉伸时，随着圆柱夹头下降，光杠杆的后支脚也下降，时平面镜以两前支脚为轴旋转。
图1 图2 图3
3、望远镜与标尺(装置见图3)：望远镜由物镜、目镜、十字分划板组成。使用实现调节目镜，使看清十字分划板，在调节物镜使看清标尺。这是表明标尺通过物镜成像在分划板平面上。由于标尺像与分划板处于同一平面，所以可以消除读书时的视差(即消除眼睛上下移动时标尺像与十字线之间的相对位移)。标尺是一般的米尺，但中间刻度为0。
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