大学物理杨氏模量实验报告

钢丝的杨氏模量 【预习重点】 （１）杨氏模量的定义。 （２）利用光杠杆测量微小长度变化的原理和方法。 （３）用逐差法和作图法处理实验数据的方法。 【仪器】 杨氏模量仪（包括砝码组、光杠杆及望远镜-标尺装置）、螺旋测微器、钢卷尺。 【原理】 １）杨氏模量 物体受力产生的形变，去掉外力后能立刻恢复原状的称为弹性形变；因受力过大或受力时间过长，去掉外力后不能恢复原状的称为塑性形变。物体受单方向的拉力或压力，产生纵向的伸长和缩短是最简单也是最基本的形变。设一物体长为Ｌ，横截面积为Ｓ，沿长度方向施力Ｆ后，物体伸长（或缩短）了 δＬ。Ｆ／Ｓ是单位面积上的作用力，称为应力，δＬ／Ｌ是相对变形量，称为应变。在弹性形变范围内，按照胡克（Ｈｏｏｋｅ Ｒｏｂｅｒｔ １６３５— １７０３）定律，物体内部的应力正比于应变，其比值 （５— １） 称为杨氏模量。 实验证明，Ｅ与试样的长度Ｌ、横截面积Ｓ以及施加的外力Ｆ的大小无关，而只取决于试样的材料。从微观结构考虑，杨氏模量是一个表征原子间结合力大小的物理参量。 ２）用静态拉伸法测金属丝的杨氏模量 杨氏模量测量有静态法和动态法之分。动态法是基于振动的方法，静态法是对试样直接加力，测量形变。动态法测量速度快，精度高，适用范围广，是国家标准规定的方法。静态法原理直观，设备简单。 用静态拉伸法测金属丝的杨氏模量，是使用如图５—１所示杨氏模量仪。在三角底座上装两根支柱，支柱上端有横梁，中部紧固一个平台，构成一个刚度极好的支架。整个支架受力后变形极小，可以忽略。待测样品是一根粗细均匀的钢丝。钢丝上端用卡头Ａ夹紧并固定在上横梁上，钢丝下端也用一个圆柱形卡头Ｂ夹紧并穿 过 平台Ｃ 的中心 孔 ，使钢丝自 由 悬 挂 。通 过 调 节 三角底座螺 丝，使整个支架铅 直。下卡头在平台Ｃ 的中心 孔 内 ，其 周 围缝 隙 均匀而不 与孔 边 摩 擦 。圆柱形卡头下方的挂 钩 上挂 一个砝 码 盘 ，当 盘 上逐 次 加上一定质 量的砝 码后，钢丝就 被 拉伸。下卡头的上端面相 对平台Ｃ 的下降 量，即 是钢丝的伸长量δＬ。钢丝的总 长度就 是从上卡头的下端面至 下卡头的上端面之间的长度。钢丝的伸长量δＬ是很 微小的，本 实验采 用光 杠 杆 法测量。 ３）光杠杆 光杠杆是用放大的方法来测量微小长度（或长度改变量）的一种装置，由平面镜Ｍ、水平放置的望远镜Ｔ和竖直标...