杨氏模量的测量

1 杨氏模量的测量 【实验目的】 1．1．掌握螺旋测微器的使用方法。 2．学会用光杠杆测量微小伸长量。 3．学会用拉伸法金属丝的杨氏模量的方法。 【实验仪器】 杨氏模量测定仪（包括：拉伸仪、光杠杆、望远镜、标尺），水准器，钢卷尺，螺旋测微器，钢直尺。 1、金属丝与支架（装置见图 1 ）：金属丝长约 0.5米，上端被加紧在支架的上梁上，被夹于一个圆形夹头。这圆形夹头可以在支架的下梁的圆孔内自由移动。支架下方有三个可调支脚。这圆形的气泡水准。使用时应调节支脚。由气泡水准判断支架是否处于垂直状态。这样才能使圆柱形夹头在下梁平台的圆孔转移动时不受摩擦。 2、光杠杆（结构见图 2）：使用时两前支脚放在支架的下梁平台三角形凹槽内，后支脚放在圆柱形夹头上端平面上。当钢丝受到拉伸时，随着圆柱夹头下降，光杠杆的后支脚也下降，时平面镜以两前支脚为轴旋转。 图 1 图 2 图 3 3、望远镜与标尺（装置见图 3）：望远镜由物镜、目镜、十字分划板组成。使用实现调节目镜，使看清十字分划板，在调节物镜使看清标尺。这是表明标尺通过物镜成像在分划板平面上。由于标尺像与分划板处于同一平面，所以可以 2 消除读书时的视差（即消除眼睛上下移动时标尺像与十字线之间的相对位移）。标尺是一般的米尺，但中间刻度为0。 【实验原理】 1、胡克定律和杨氏弹性模量 固体在外力作用下将发生形变，如果外力撤去后相应的形变消失，这种形变称为弹性形变。如果外力后仍有残余形变，这种形变称为塑性形变。 应力：单位面积上所受到的力（F/S）。 应变：是指在外力作用下的相对形变（相对伸长 L/L）它反映了物体形变的大小。 用公式表达为：24FLFLYSLdL (1) 2、光杠杆镜尺法测量微小长度的变化 在（1）式中，在外力的F的拉伸下，钢丝的伸长量 L是很小的量。用一般的长度测量仪器无法测量。在本实验中采用光杠杆镜尺法。 初始时，平面镜处于垂直状态。标尺通过平面镜反射后，在望远镜中呈像。则望远镜可以通过平面镜观察到标尺的像。望远镜中十字线处在标尺上刻度为0x 。当钢丝下降 L时，平面镜将转动 角。则望远镜中标尺的像也发生移动，十字线降落在标尺的刻度为ix 处。由于平面镜转动 角，进入望远镜的光线旋转 2 角。从图中看出望远镜中标尺刻度的变化0nnni 。 因为 角很小，由上图几何关系得： bLtan Rn2tan2 3 则：nRbL2 （2） ...