光杠桿鏡尺法測定鋼絲的楊氏彈性模量課件

1、光杠桿鏡尺法測定鋼絲的楊氏彈性模量背景介紹楊氏模量(Youngs modulus)是表征在彈性限度內(nèi)物質(zhì)材料抗拉或抗壓的物理量，它是沿縱向的彈性模量。1807年因英國醫(yī)生兼物理學(xué)家托馬斯 楊(Thomas Young, 1773-1829) 所得到的結(jié)果而命名。根據(jù)胡克定律，在物體的彈性限度內(nèi)，應(yīng)力與應(yīng)變成正比，比值被稱為材料的楊氏模量，它是表征材料性質(zhì)的一個物理,楊氏模量的大小標(biāo)志了材料的剛性。 楊氏模量的測定對研究金屬材料、光纖材料、半導(dǎo)體、納米材料、聚合物、陶瓷、橡膠等各種材料的力學(xué)性質(zhì)有著重要意義，還可用于機械零部件設(shè)計、生物力學(xué)、地質(zhì)等領(lǐng)域。科學(xué)家介紹 托馬斯楊 托馬斯楊（Thoma

2、s Young，17731829）英國物理學(xué)家、考古學(xué)家、醫(yī)生，光的波動說的奠基人之一。1773年6月13日生于米爾弗頓，1829年5月10日在倫敦逝世。楊自幼天資過人，14歲就通曉拉丁、希臘、法、意、希伯萊、波斯、阿拉伯等多種語言，一生在物理、化學(xué)、生物、醫(yī)學(xué)、天文、哲學(xué)、語言、考古等廣泛的領(lǐng)域作了大量工作。1801年楊通過著名的楊氏雙縫實驗，首先引入干涉概念論證了波動說，又利用波動說解釋了牛頓環(huán)的成因和薄膜的彩色。他還第一個測量了7種顏色光的波長。實驗?zāi)康?學(xué)習(xí)利用光杠桿測定長度量微小 變化的方法。 學(xué)習(xí)用逐差法處理實驗數(shù)據(jù)。原理和方法 一根鋼絲所受的應(yīng)力 和應(yīng)變 成正比，可以寫成 （1）

3、 比例系數(shù)E 稱為鋼絲的楊氏彈性模量，量綱是Nm-2(Pa)。 在實驗中，F(xiàn) 等于砝碼所受的重力；鋼絲長度很容易用直尺測量；鋼絲的截面積S 也很容易測量，只要測得鋼絲的直徑d，就能很容易地計算得到鋼絲的截面積S。 （2） 只有鋼絲的伸長量L為一個不易測量的小量，在實驗中我們是采用光杠桿來測量L的。楊氏模量的測量原理圖LB 直尺望遠(yuǎn)鏡目鏡物鏡x0 xi鋼絲砝碼盤L2x物鏡調(diào)節(jié)旋紐光杠桿b 根據(jù)幾何關(guān)系，很容易由y可以得到L。（3）稱為光杠桿的放大率。兩個支點“力”點將關(guān)系式（2）、（3）及F=mg 代入（1）式，就可以得到楊氏模量的計算公式儀器和器材 楊氏模量測定儀、光杠桿、望遠(yuǎn)鏡和直標(biāo)尺、米尺

4、、游標(biāo)卡尺、螺旋測微儀等。望遠(yuǎn)鏡和直標(biāo)尺楊氏模量測定儀其它儀器和器材調(diào)節(jié)底角螺絲，使氣泡居中氣泡底角螺絲實驗內(nèi)容1.調(diào)整測量系統(tǒng)望遠(yuǎn)鏡鏡筒和光杠桿鏡面等高； 望遠(yuǎn)鏡上側(cè)目測平面鏡中直尺； 調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡，看清望遠(yuǎn)鏡中叉絲 及標(biāo)尺度。 直尺望遠(yuǎn)鏡目鏡物鏡鋼絲砝碼盤物鏡調(diào)節(jié)旋紐光杠桿地面移動望遠(yuǎn)鏡支架，在望遠(yuǎn)鏡上側(cè)能看到平面鏡中直尺。瞄準(zhǔn)平面鏡，調(diào)節(jié)目鏡、物鏡，看清望遠(yuǎn)鏡中叉絲和平面鏡中直尺刻度。準(zhǔn)星物鏡準(zhǔn)星目鏡物鏡調(diào)焦掄調(diào)節(jié)目鏡看清叉絲 調(diào)節(jié)物鏡看清標(biāo)尺刻度2.測量加上初始負(fù)載（兩塊砝碼），拉直鋼絲，逐次加上一定質(zhì)量的砝碼，再逐次減去砝碼，記錄 xi、xi多次測量鋼絲直徑d (610次)，單次測量B、b、L。經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，最后得到 YY。b兩個支點“力”點數(shù)據(jù)處理及誤差分析數(shù)據(jù)處理：逐差法 實驗中單個砝碼m=1Kg。如果采用多次測量，一次加1塊，加7次，得到數(shù)據(jù)x0.x1.x2x7， 取平均后得到 從上式可以看到，一方面實驗數(shù)據(jù)沒有得到充分的利用。另一方面，砝碼加得太多，可能會對鋼絲產(chǎn)生永久性破壞。采用逐差法就可以避免上述情況的發(fā)生逐差法可以求得誤差分析：誤差傳遞 直接測量的物理量x；d；B；b；L 的誤差必然會引起楊氏模量Y 的誤差。實驗中要求計算直接測量量的標(biāo)準(zhǔn)偏差，再運用誤差傳遞公式計算楊氏模量的標(biāo)準(zhǔn)偏差，寫出最后結(jié)Yy。 d： d1、d2d10