实验1拉伸法测量杨氏模量

实验 1 拉伸法测量杨氏模量 杨氏弹性模量(以下简称杨氏模量)是表征固体材料性质的重要的力学参量，它反映材料弹性形变的难易程度，在机械设计及材料性能研究中有着广泛的应用。其测量方法有静态拉伸法、悬臂梁法、简支梁法、共振法、脉冲波传输法，后两种方法测量精度较高；本实验采用静态拉伸法测量金属丝的杨氏模量，因涉及多个长度量的测量，需要研究不同测量对象如何选择不同的测量仪器。 【实验目的】 1. 学习用静态拉伸法测量金属丝的杨氏模量。 2. 掌握钢卷尺、螺旋测微计和读数显微镜的使用。 3. 学习用逐差法和作图法处理数据。 4. 掌握不确定度的评定方法。 【仪器用具】 杨氏模量测量仪（包括砝码、待测金属丝）、螺旋测微计、钢卷尺、读数显微镜 【实验原理】 1 . 杨氏模量的定义 本实验讨论最简单的形变——拉伸形变，即棒状物体(或金属丝)仅受轴向外力作用后的伸长或缩短。按照胡克定律：在弹性限度内，弹性体的应力 SF与应变 LL成正比。 设有一根原长为l，横截面积为S 的金属丝（或金属棒），在外力 F 的作用下伸长了L，则根据胡克定律有 )( LLESF （1-1） 式中的比例系数 E 称为杨氏模量，单位为Pa（或N·m –2）。实验证明，杨氏模量 E 与外力F 、金属丝的长度 L 、横截面积S 的大小无关，它只与制成金属丝的材料有关。 若金属丝的直径为d ，则241 dS，代入（1-1）式中可得 LdFLE24 （1-2） （1-2）式表明，在长度、直径和所加外力相同的情况下，杨氏模量大的金属丝伸长量较小，杨氏模量小的金属丝伸长量较大。因此，杨氏模量反映了材料抵抗外力引起的拉伸（或压缩）形变的能力。实验中，测量出LdLF、、、值就可以计算出金属丝的杨氏模量 E 。 2 . 静态拉伸法的测量方法 测量金属丝的杨氏模量的方法就是将金属丝悬挂于支架上，上端固定，下端加砝码对金属丝 F ，测出金属丝的伸长量 L，即可求出 E 。金属丝长度 L 用钢卷尺测量，金属丝直径d 用螺旋测微计测量，力 F 由砝码的重力mgF 求出。实验的主要问题是测准伸长量 L，伸长量一般很小，约 10-1mm 数量级，在本实验中用读数显微镜测量（也可利用光杠杆法或其他方法测量）。为了使测量 L更准确些，采用测量多个 L的方法以减少测量的随机误差，即在金属丝下端每加一个砝码测一次伸长位置，逐个累加砝码，逐次记录长度；通过逐差法（参考绪论）求出 L。考虑到读数显微镜物镜...