1、杨氏模量的测量 内容 实验目的 用伸长法测量金属丝杨氏模量了解望远镜的结构及使用方法掌握用光杠杆测量长度微小变化量的原理学习用对立影响法消除系统误差的思想方法用环差法处理数据进行测量结果的不确定度分析 实验仪器 杨氏模量测定仪螺旋测微计游标卡尺米尺砝码待测金属丝 实验原理 1 杨氏模量的物理意义 描述材料抵抗形变能力的物理量 该值越大 材料越不容易变形 式中S为金属丝横截面积 L为金属丝的长度 L为其受拉力F后的伸长量 杨式模量定义为 实验原理 金属丝横截面积S 杨式模量定义为 式中金属丝原长L可由米尺测量 钢丝直径D可用螺旋测微仪测量 外力F可由实验中钢丝下面悬挂的砝码的重力给出 而 L是一
2、个微小长度变化量 本实验利用光杠杆的光学放大作用实现对金属丝微小伸长量 L的间接测量 D为细铁丝的直径 实验原理 2 光杠杆测量长度的微小变化 杨氏模量测定仪 核心部件是光杠杆系统 由光杠杆镜架与望远镜组成 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 杨氏模量仪示意图 光杠杆常数b 光杠杆原理 光杠杆放大原理图 光杠杆放大原理图 光杠杆放大原理图 叫光杠杆放大率 光杠杆的作用在于将微小的伸长量 L放大为竖尺上的位移l l叫 L的光杠杆放大量 尺读望远镜组 测量时 望远镜水平地对准光杠杆镜架上的平面反射镜 经光杠杆平面镜反射的标尺虚象又成实象于分划板上 从两条
3、视距线上可读出标尺像上的读数 实验内容和步骤 1 调节仪器 调节光杠杆和望远镜 1 调整望远镜水平 光杠杆平面镜竖直 2 调整望远镜与光杠杆平面镜高度相同 3 沿望远镜外侧边沿上方使凹口 瞄准星 平面镜在同一直线上 左 右移动望远镜在镜子里找到竖直尺的像 若找不到 可微调镜子的角度 直到找到为止 4 旋动望远镜目镜 使十字叉丝清晰 再旋动聚焦手轮 直到看清竖直尺的像 逐次加2kg砝码 在望远镜中读计对应标尺的位置 直至10kg 然后将所加砝码逐次去掉 每次减2kg 并读取相应读数 2 观察金属丝伸长变化 实验内容和步骤 2 在钢丝上选不同部位用螺旋测微计测量D 3 测量金属丝长度l 平面镜与竖
4、尺之间的距离B 金属丝直径D 光杠杆常数b 实验内容和步骤 1 用钢卷尺测量l和B 3 取下光杠杆在展开的白纸上同时按下三个尖脚的位置 用直尺作出光杠杆后脚尖到前两尖脚连线的垂线 用游标卡尺测出b 注意事项 1 保持光学镜面清洁 不得用手触摸 镜面有灰尘时 应以软毛刷轻拭 且用毕应盖好物镜罩 2 调节望远镜时 动作要轻 且尽量不靠微动手轮瞄准目标 伸长仪及望远镜尺组应避免撞击和剧烈振动 3 应保护光杠杆刀刃 足尖及平面镜 严禁磕碰和跌落 其固定螺丝不得旋得过紧 以防平面镜变形 4 测像移过程中不得碰动仪器的任何部位 且加减砝码时动作要轻 防止砝码托摆动 以提高测量精度 数据处理 逐差法 为增加4个砝码铁丝拉伸量 l的光杠杆放大量 不确定度 一 二 三 测量结果的不确定度与相对不确定度 四 测量结果表示
