钢丝杨氏模量的测定.doc

四川大学物理实验教案
【理、工、医科】
实验名称实验二钢丝杨氏模量的测定实验
目的
及
要求1.学会用拉伸法测量杨氏弹性模量；
2.掌握用光杠杆法测微小长度；
3.学会用逐差法处理数据。

实

验

原

理测量杨氏模量有拉伸法、弯曲法、振动法、内耗法等，本实验采用拉伸法。
条件：弹性形变
杨氏模量概念及测量原理：
根据胡克定律，，比例系数为杨氏模量，表征材料本身的性质，反映材料的刚性。
由此
其中钢丝形变量△L很小（约10—1mm），无法用普通测量长度的仪器测出，采用光杠杆进行放大测量。
光杠杆
光杠杆是一个支架，下部安置三个脚，前两脚与镜面平行，后足与圆柱夹头接触，上面有可转动的平面镜。
可推得，光杠杆将微小量放大为可测的米尺位移
从而

实
验
内
容
及
提
要1.调仪器，在目镜中调出清晰的米尺像（注意教学生方法）
（1）调节支架底脚螺丝，使平台水平，夹头位于孔正中；
（2）放置好光杠杆，使镜面竖直（注意后足一定位于圆柱上，不要位于平台上或孔内）；
（3）先进行目视粗调即望远镜水平等高地对准平面镜；
移动望远镜基座，通过镜筒上方观察平面镜，看镜面中心是否有标尺的像，并且凹口及准星正对米尺像。
（4）望远镜调焦：调节物镜，看清标尺读数；调节目镜，看清叉丝。
2.测量：
（1）加减砝码测出标尺刻度值的变化（减砝码时从下往上记）；
（2）用螺旋测微计测量钢丝的直径5次；
（3）用游标卡尺单次测量光杠杆后脚到前两脚尖的垂直距离；
（4）用卷尺单次测量钢丝原长L及光杠杆镜面到标尺的垂直距离。
（5）用逐差法处理数据，写出标准式。

实
验
要
点
及
难
点
1.一定先调节支架底脚螺丝，使钢丝位于孔正中；
2.调试前先加2-3个砝码将钢丝拉直，否则加减砝码的数据相差较大。
3.调望远镜米尺的像时注意教方法。
4.签字时注意钢丝原长是否测正确（学生经常测错位置）；的读数是否正确（学生经常写错有效位数）；的大小及单位是否正确（注意要估读及观察半毫米线是否露出来），螺旋测微计零差是否记下。
5.提醒学生计算时，要清楚对应几个砝码，以便正确代入F的值；另外，视为复现性测量，只算。

思

考

题

1.本实验用了哪些原理和方法测量微小长度及处理数据？有何优点？
答：光杠杆法：光杠杆的作用是将微小量放大为标尺像的位移，放大倍数为。
逐差法：充分利用了所测数据，而且可减小测量的随机误差。
2.两根材料相同，但粗细、长度不同的钢丝，在相同的加载条件下，它们的伸长量是否一样？杨氏弹性模量是否相同？
答：伸长量不一样，但杨氏弹性模量相同，因为杨氏弹性模量只与材料本身的性质有关。
3.若有一片极薄的载玻片，如何利用杨氏模量仪测其厚度？
答：测出光杠杆后脚分别置于平台上和置于载玻片上这两种情况时标尺像的读数，计算出差值，通过公式即可知道的大小。

评
分
标
准

原理20分（若没图扣5分）；
内容和步骤10分；
实验数据的完整与准确20分；
实验数据处理35分：
（10分）(cm)
（7分）(cm)
（18分）（）
F应为4个砝码的质量。Y应为3~4位有效数字，大小约为。
分析讨论10分；
创新5分。教材
勘误
表参考
资料大学物理实验第二册谢行恕等高等教育出版社