文档介绍：实验简介
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。测量杨氏模量有拉伸法、梁的弯曲法、振动法、内耗法等等,本实验采用拉伸法测杨氏模量。
 
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***,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,-1。当杠杆支脚随被测物上升或下降微小距离△L时,镜面法线转过一个角,而入射到望远镜的光线转过角,-2所示,当很小时,
(2)
 
式中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,故当镜面转动角时,反射光线转动角,由图可知
(3)
式中为镜面到标尺的距离,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
由此得
(4)
全并(1)和(4)两式得
(5)
式中叫做光杠杆的放大倍数,只要测出及一系列的与之后,就可以由式(5)确定金属丝的杨氏模量。
 
实验重点
n        学会用拉伸法测定杨氏模量。
n        掌握机械和光学放大原理, 利用光杠杆测定微小形变的方法。
n        如何调节仪器,使尽快通过望远镜找到尺子的像。
n        正确测量钢丝的长度. 要注意两端点, 应是两端夹点。
n        掌握两种数据处理的方法: 逐差法和作图法。
 
实验仪器
杨氏模量测量仪包括支架、待测金属钢丝、上端夹具、管制器、支架底脚螺丝、平台、水平泡、砝码、光杠杆、望远镜和直尺、米尺、千分尺。
 
实验内容
n        调节仪器
l        调节放置光杠杆的平台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。
l        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。
l        光杠杆的调节,光杠杆和镜尺组是测量金属丝伸长量的关键部件。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。