文档介绍：山东大学实验报告课程名称: ?大学物理实验实验名称: 金属丝杨氏弹性模量的测定学院: 机械工程学院专业: 车辆工程班级: 车辆( 1 )班报告人: 学号: 同组者: 学号: 实验地点: 实验楼 734 实验时间: 2013-11-1 实验报告提交时间: 2013-11-15 一、摘要弹性模量是描述材料形变与应力关系的重要特征量是工程技术中常用的一个参数。在实验室施加的外力使材料产生的变形相当微小,难以用肉眼观察,同时过大的载荷又会使得材料发生塑形变形,所以要通过将微小变形放大的方法来测量。本实验通过光杠杆将外力产生的微小位移放大,从而测量出杨氏弹性模量, 具有较高的可操作性。二、实验目的(1) 学****静态拉伸法测金属丝的杨氏模量。( 2)掌握用光杠杆法测量微小长度变化的原理和方法。( 3)利用有效的多次测量及相应处理方法来减小误差。三、实验器材杨氏模量测量仪、光杠杆、望远镜尺组、米尺、游标卡尺、螺旋测微计。四、实验原理一、杨氏弹性模量设金属丝的原长 L,横截面积为 S,沿长度方向施力 F后,其长度改变Δ L, 则金属丝单位面积上受到的垂直作用力 F/S 称为正应力,金属丝的相对伸长量Δ L/L 称为线应变。实验结果指出,在弹性范围内, 由胡克定律可知物体的正应力与线应变成正比,即 L LYS F??(1) 则LL SFY??(2) 比例系数 Y 即为杨氏弹性模量。在它表征材料本身的性质,Y 越大的材料, 要使它发生一定的相对形变所需要的单位横截面积上的作用力也越大。Y 的国际单位制单位为帕斯卡,记为 Pa ( 1 Pa =1 2mN ; 1 GPa = 910 Pa )。本实验测量的是钢丝的杨氏弹性模量,如果钢丝直径为 d ,则可得钢丝横截面积 S 4 2dS ??则(2)式可变为 Ld FL Y?? 24?( 3) 可见,只要测出式(3)中右边各量, 就可计算出杨氏弹性模量。式中 L (金属丝原长)可由米尺测量, d (钢丝直径),可用螺旋测微仪测量, F(外力)可由实验中钢丝下面悬挂的砝码的重力 F= mg 求出,而Δ L是一个微小长度变化(在此实验中,当 L≈1m时, F每变化1k g相应的ΔL约为 mm )。因此,本实验利用光杠杆的光学放大作用实现对钢丝微小伸长量Δ L的间接测量。二、光杠杆测微小长度变化的原理实验所用的杨氏模量测量仪,如图 1 所示。仪器底部是一个三脚架,其上有两立柱,架脚上有调节螺丝,用于调整立柱的铅直。待测金属丝的上端被夹紧固定于立柱上端的横梁中间。立柱上有可沿柱移动的平台, 其上有一孔洞,一夹紧金属丝下端的夹子穿过该孔,并可上下移动,夹子的下端接一砝码托。光杠杆是由一平面反射镜及三足支架构成,同样在图中可以看到,望远镜尺组由望远镜、标尺及支架组成。 1- 金属丝 2- 光杠杆 3- 平台 4- 挂钩 5- 砝码 6- 三角底座 7- 标尺 8- 望远镜图1 杨氏模量仪示意图实验进行时,将待测金属丝的上端夹紧固定于杨氏模量测量仪立柱上端的横梁中间,置望远镜尺组距光杠杆反射镜面 ~2m 处,使望远镜对准反射镜, 从望远镜中能看到米尺在反射镜中的像。测量时,以望远镜分划线为准线,读出米尺的刻度,记为 0R 。将砝码置于砝码托上时,金属丝被拉长 L?,使置于平台 C孔中的夹子上的光杠杆后足随之下降,使镜面后仰 i?