1、基础物理实验报告学院： 专业： 年 月 日实验名称 钢丝杨氏模量的测量姓 名 年级/班级 学 号一、实验目的 四、实验内容及原始数据二、实验原理 五、实验数据处理及结果（数据表格、现象等）三、实验设备及工具 六、实验结果分析（实验现象分析、实验中存在问题的讨论）一、实验目的1.学会用拉伸法测量杨氏模量；2.掌握光杠杆法测量微小伸长量的原理；3.学会用逐差法处理实验数据。二、实验原理任何物体（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） ，即撤去外力后形变
2、仍然存在，为不可逆过程。当外力进一步增大到某一点时，会突然发生很大的形变，该点称为屈服点，在达到屈服点后不久，材料可能发生断裂，在断裂点被拉断。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 F/S（即力与力所作用的面积之比）和应变 L/L（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E=(F/S)/(L/L)=FL/SL （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
3、量也就大。杨氏模量的大小标志了材料的刚性。通过式（1） ，在样品截面积 S 上的作用应力为 F，测量引起的相对伸长量L/L ，即可计算出材料的杨氏模量 E。因一般伸长量 L 很小，故常采用光学放大法，将其放大，如用光杠杆测量 L。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，见图 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 2 角，如图 2 所示。当 很小时，tan =L/l （2）式中 l 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
4、当镜面转动 角时，反射光线转动 2 角，由图可知式中 D 为镜面到标尺的距离， b 为从望远镜中观察到的标尺移动的距离。从（2）和（3）两式得到由此得合并（1）和（4）两式得式中 2D/l 叫做光杠杆的放大倍数。只要测量出 L、D、l 和 d（S=d/4）及一系列的 F 与 b 之后，就可以由式（5）确定金属丝的杨氏模量 E三、实验设备及工具钢丝杨氏模量的测量装置(杨氏模量测试仪 )包括：支架和金属钢丝光杠杆镜尺组四、实验内容及原始数据1.调节仪器a. 调节放置光杠杆的平台 F 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。b. 调节支架底脚螺丝，确保平台水平，调平台的上下位置，使
5、管制器顶部与平台的上表面共面。c. 光杠杆的调节，光杠杆和镜尺组是测量金属丝伸长量 L 的关键部件。光杠杆的镜面和刀口应平行。使用时刀口放在平台的槽内，支脚放在管制器的槽内，刀口和支脚尖应共面。d. 镜尺组的调节，调节望远镜、直尺和光杠杆三者之间的相对位置，使望远镜和反射镜处于同等高度，调节望远镜目镜视度圈，使目镜内分划板刻线（叉丝）清晰，用手轮调焦，使标尺像清晰。2. 测量a.砝码托的质量为 m0，记录望远镜中标尺的读数 r0 作为钢丝的起始长度。b.在砝码托上逐次加 500g 砝码（可加到 3500g） ，观察每增加 500g 时望远镜中标尺上的读数 ri，然后再将砝码逐次减去，记下对应的
6、读数 ri，取两组对应数据的平均值。3 用米尺测量金属丝的长度 L 和平面镜与标尺之间的距离 D，以及光杠杆的臂长表一 增减砝码时的标尺读数标尺读数 n/cm砝码读书/kg F/N 增F 减F平均值1 80.951n1.28 1n1.18 1n1.232 22.32 22.33 22.333 .33.44 33.48 33.464 8094n4.59 4n4.72 4n4.665 .255.82 55.38 55.606 366.79 66.48 66.64表二 钢丝直径的测量钢丝直径 md/kg5.0kg0.3平均值 d钢丝截面积2/mS上d0.292上d0.272上 0.2820.020中
7、0.288 中 0.286 中d0.2870.002下d0.280 下d0.288 下0.2840.2840.0040.0092103.6cml.9cD05.1cmk0.五、实验数据处理及结果（数据表格、现象等） n/141n/252cn/363平均值 cmn/3.43 3.27 3.18 3.29平均绝对误差 09.3)( 321 25/098.32mNnFkDSlY.51 222222 )()()( 11kudlunDulYuddl 所以 25/107.mNd则 )983(六、实验结果分析（实验现象分析、实验中存在问题的讨论）1.实验测试数据前没有事先放上去一个 2kg 的砝码，讲金属丝拉直，作为一个基准点；2.用游标卡尺在纸上测量 x 值和螺旋测微器测量读书时极易产生误差；3.测量金属丝长度是没有找准卡口；4 米尺使用是常常没有拉直，且应该注意水平测量 D，铅垂测量 L；5.在加减砝码时应该注意轻放，避免摇晃。教师评语评阅教师： 年 月 日
