文档介绍：南昌大学物理实验报告

课程名称: 大学物理实验
实验名称: 金属丝杨氏模量的测定
学院: 机电工程学院专业班级: 能源与动力工程152
学生姓名: 王启威学号: 5902615035
实验地点: 106 座位号:
实验时间: 第九周星期一下午4点开始

一、实验目的:
,掌握“光杠杆镜”测量微小长度变化的原理.
“对称测量”消除系统误差.
.
、作图法处理数据.
二、实验原理:
物体在外力作用下或多或少都要发生形变,当形变不超过某一限度时,撤走外力之后形变能随之消失,这种形变叫弹性形变,发生弹性形变时物体内部将产生恢复原状的内应力。  设有一截面为S,长度为L的均匀棒状(或线状)材料,受拉力F拉伸时,伸长了d,其单位面积截
面所受到的拉力F/S称为应力,而单位长度的伸长量d/L称为应变。根据胡克定律,在弹性形变范围内,棒状(或线状)固体应变与它所受的应力成正比: F/S=E(d/L) 其比例系数E取决于固体材料的性质,反应了材料形变和内应力之间的关系,称为杨氏弹性模量。
    E=FL/Sd                  (1)         

上图是光杠杆镜测微小长度变化量的原理图。左侧曲尺状物为光杠杆镜,M是反射镜,b为光杠杆镜短臂的杆长,2d为 光杆杆平面镜到尺的距离,当加减砝码时,b边的另一端则随被测钢丝的伸长、缩短而下降、上升,从而改变了M镜法线的方向,使得钢丝原长为L时,从一个调节好的位于图右侧的望远镜看M镜中标尺像的读数为n0;而钢丝受力伸长后,光杠杆镜的位置变为虚线所示,此时从望远镜上看到的标尺像的读数变为n1。这样,钢丝的微小伸长量d,对应光杠杆镜的角度变化量θ,而对应的光杠杆镜中标尺读数变化则为Δn。由光路可逆可以得知,Δn对光杠杆镜的张角应为2θ。从图中用几何方法可以得出:
tanθ≈θ=d/b      (2)           
tan2θ≈2θ=|n1-n0| /D=Δn/D          (3) 
将(2)式和(3)式联列后得: 
d=(b/2D) Δn (4)
式(4)中的2D/b叫做光杠杆镜的放大倍数,由于D>>b,所以Δn>>d,从而获得对微小量的线性放大,提高了d的测量精度。
这种测量方法被称为放***。由于该方法具有性能稳定、精度高,而且是线性放大等优点,所以在设计各类测试仪器中有着广泛的应用。
三、实验仪器:
杨氏模量仪、螺旋测微器、游标卡尺、钢卷尺、望远镜(附标尺)
四、实验内容和步骤:
,调节杨氏模量仪底盘下面的3个底脚螺丝,同时观察放在平台上的水准尺,直至中间平台处于水平状态为止。  
。将光杆镜放在平台上,两前脚放在平台横槽内,后脚放在固定钢丝下端圆柱形套管上(注意一定要放在金属套管的边上,不能放在缺口的位置),并使光杠杆镜镜面基本垂直或稍有俯角。
。将望远镜置于距光杆镜2m左右处,松开望远镜固定螺钉,上下移动使得望远镜和光杠杆镜的镜面基本等高。从望远镜筒上方沿镜筒轴线瞄准光杠杆镜面,移动望远镜固定架位置,直至可以看到光杠杆镜中标尺的像。然后再从目镜观察,先调节目镜使十字叉丝清晰,最后缓缓旋转调焦手轮,使物镜在镜筒内伸缩,直至从望远镜里可以看到清晰的标尺刻度为止。 
。以钢丝下挂2kg砝码时的读数作为开始拉伸的基数0A,然后每加上1kg砝码,读取一次数据,这样依次可以得到0123456,,,,,,AAAAAAA,这是钢丝拉伸过程中的读数变化。紧接着再每次撤掉1kg砝码,读取一次数据,依次得到6543210,,,,,,AAAAAAA¢¢¢¢¢¢¢,这是钢丝收缩过程中的读数变化。注意:加、减砝码时,应轻放轻拿,避免钢丝产生较大幅度振动。加(或减)砝码后,钢丝会有一个伸缩的微振动,要等钢丝渐趋平稳后再读数。 
。把光杠杆镜的三只脚在白纸上压出凹痕,用尺画出两前脚的连线,再用游标卡尺量出后脚到该连线的垂直距离 
。用螺旋测微计在钢丝的不同部位测5次,取其平均值。测量时每次都要注意记下数据,螺旋测微计的零位误差。 
。用钢卷尺量出光杠杆镜镜面到望远镜附标尺的距离,测量5次。 
,测量5次。
五、实验数据与处理:
(1)长度的测量(表1)。
表1 数据表
金属丝的直径:螺旋测微计的零位误差_____-(mm);示值误差___±(mm)
测