大学物理仿真实验VIP免费

大学物理仿真实验钢丝杨氏模量测定姓名：学号：学院：班级：实验日期：年月日一、实验名称：钢丝杨氏模量测定二、实验目的：1．测量钢丝杨氏模量；2．掌握利用光杠杆测定微小形变的方法；3．采用逐差法和作图法得出测量结果，掌握这两种数据处理的方法。三、实验仪器：支架和金属钢丝，光杠杆，镜尺组四、实验原理：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/S△L（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ΔL/L，即可计算出材料的杨氏模量E。因一般伸长量ΔL很小，故常采用光学放大法，将其放大，如用光杠杆测量ΔL。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。当杠杆支脚随被测物上升或下降微小距离ΔL时，镜面法线转过一个θ角，而入射到望远镜的光线转过2θ角。当θ很小时，Ø≈tanØ=△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，故当镜面转动θ角时，反射光线转动2θ角tan2Ø≈2Ø=b/D（3）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△L/l=b/(2D)（4）由此得△L=bl/(2D)（5）合并（1）和（4）两式得E=2DLF/(Slb)（6）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=Πdd/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。五、实验内容1．调节仪器（1）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。（2）调节支架底脚螺丝，确保平台水平（为什么？），调平台的上下位置，使管制器顶部与平台的上表面共面。（3）光杠杆的调节，光杠杆和镜尺组是测量金属丝伸长量ΔL的关键部件。光杠杆的镜面（1）和刀口（3）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。（4）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（4），使目镜内分划板刻线（叉丝）清晰，用手轮（5）调焦，使标尺像清晰。2．测量（1）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。（2）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，记下对应的读数r’i，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。六、数据处理数据记录发码数标尺读数逐差加砝码减砝码标尺读数11.201.151.18N11.1122.202.302.25N21.1033.393.403.40N31.1344.454.394.42平均值1.9455.605.615.6166.666.616.6477.927.927.92l=4.05cm,D=115.18cm,L=99.74cm,d=0.293mm计算杨氏模量E=2DLF/(Slb)E=2.13*10E12七、注意事项（1）调节平台的高低，使管制器顶部与平台的上表面共面。调节时用手小心托住平台防止光杠杆倾跌。调节光杠杆的臂长，并使光杠杆镜面法线与望远镜在同一水平面上。（2）调节支架底脚螺丝使仪器平正，以水平仪上的水平泡居中为准。（3）调整望远镜及标尺的位置、首先沿镜简的轴线方向，通过准星，观察反射镜内是否有标尺的象，如果看不到标尺象，则可左右移动望远镜底座，或松开手轮，调整望远镜，直至反射镜内出现标尺的象为止。（4）测量钢丝长度，应注意两端点的位置，上端起于夹钢丝的两个半圆柱的下表面，下端止于管制器的下表面。（5）光杠杆放在工作平台上，刀口放在平台的横槽内，后足尖放在管制器的沟槽内，但不得与钢丝相碰，光杠杆的平面镜要与平台垂直。（6）光杠杆、望远镜标尺调整好后，整个实验中防止位置变动。加取砝码要轻取轻放，待钢丝不动时再观测读数。观察标尺时眼睛正对望远镜，不得忽高忽低引起视差。（7）调整好光杠杆和镜尺组之后，整个实验过程都要防...