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大学物理杨氏模量实验报告

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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...

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