文档介绍：实验钢丝杨氏模量的测量【实验目的】1、学会用拉伸法测定杨氏模量。2、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。3、如何调节仪器,使尽快通过望远镜找到尺子的像。4、,应是两端夹点。5、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。【实验原理】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。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(即力与力所作用的面积之比)和应变(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(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。通过式在样品截面积上的作用应力为,测量引起的相对伸长量,即可计算出材料的杨氏模量。因一般伸长量很小,故常采用光学放***,将其放大,如用光杠杆测量。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,如图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2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、、和()及一系列的与之后,就可以由式(5)确定金属丝的杨氏模量。(6)(7) (8)此外根据公式(5)可以写成: (9)【实验内容及步骤】测量钢丝的杨氏模量1、调节仪器1)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。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。2、测量1)用米尺测量金属丝的长度以及光杠杆的臂长。读出平面镜与直尺之间的距离D。记录在原始数据处。2)用千分尺测金属丝直径,上、中、下各测2次,共6次,,记录在表1中,然后取平均值。3)500g砝码与砝码托的质量记为,此时望远镜中标尺的读