大學(xué)物理實(shí)驗(yàn) 報(bào)告實(shí)驗(yàn)21 教案

是物體的相對伸長，叫應(yīng)變。

是物體單位面積上的作用力，叫應(yīng)力。YFLSL（1）

物理實(shí)驗(yàn)教案是物體的相對伸長，叫應(yīng)變。

是物體單位面積上的作用力，叫應(yīng)力。YFLSL（1）

實(shí)驗(yàn)名稱：用拉伸法測楊氏模量指導(dǎo)老師：林一仙時(shí)間：2007/2008學(xué)年第一學(xué)期1目的1）掌握拉伸法測定金屬楊氏模量的方法；2）學(xué)習(xí)用光杠桿放大測量微小長度變化量的方法；3）學(xué)習(xí)用作圖法處理數(shù)據(jù)。2儀器楊氏模量儀、光杠桿、尺讀望遠(yuǎn)鏡、卷尺、卡尺、千分尺、砝碼。3實(shí)驗(yàn)原理3.1楊氏模量任何固體在外力使用下都要發(fā)生形變，最簡單的形變就是物體受外力拉伸（或壓縮）時(shí)發(fā)生的伸長（或縮短）形變。本實(shí)驗(yàn)研究的是棒狀物體彈性形變中的伸長形變。設(shè)金屬絲的長度為L，截面積為S，一端固定，一端在延長度方向上受力為F，并伸長△L，如圖21-1，比值：LLFS根據(jù)胡克定律，在物體的彈性限度內(nèi)，物體的應(yīng)力與應(yīng)變成正比，即FLSL則有

Y

（1）式中的比例系數(shù)Y稱為楊氏彈性模量（簡稱楊氏模量）。實(shí)驗(yàn)證明：楊氏模量Y與外力F、物體長度L以及截面積的大小均無關(guān)，而只取決定于物體的材料本身的性質(zhì)。它是表征固體性質(zhì)的一個(gè)物理量。根據(jù)（1）式，測出等號右邊各量，楊氏模量便可求得。（1）式中的F、S、L三個(gè)量都可用一般方法測得。唯有L是一個(gè)微小的變化量，用一般量具難以測準(zhǔn)。本實(shí)驗(yàn)采用光杠桿法進(jìn)行間接測量(具體方法如右圖所示)。3.2光杠桿的放大原理

1

Lh

，所以就有：ND

2Dh

8LDFdLh

，所以就有：ND

2Dh

8LDFd（2）

1

0（4）2（3）

hN的長度發(fā)生變化時(shí)，光杠桿鏡面的豎直度必然要發(fā)生改變。那么改變后的鏡面和改變前的鏡面必然成有一個(gè)角度差，用θ來表示這個(gè)角度差。從右圖我們可以看出：tg

這時(shí)望遠(yuǎn)鏡中看到的刻度為，而且210tg2

采用近似法原理不難得出：NNNL10這就是光杠桿的放大原理了。將（4）式代入（1）式，并且Sπd2,即可得下式

Y

這就是本實(shí)驗(yàn)所依據(jù)的公式。4教學(xué)內(nèi)容1）調(diào)節(jié)儀器底部三腳螺絲，使G平臺水平。2）將光杠桿的兩前足置于平臺的槽內(nèi)，后足置于C上，調(diào)整鏡面與平臺垂直。3）調(diào)整望遠(yuǎn)鏡使其與光杠桿鏡面在同一高度，并調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡大致水平。再調(diào)整標(biāo)尺與望遠(yuǎn)鏡的支架（左右移動）于合適位置使標(biāo)尺與望遠(yuǎn)鏡以光杠桿鏡面中心為對稱，并使鏡面與標(biāo)尺距離D約為1.5米左右。4）在望遠(yuǎn)鏡外面附近找到光杠桿鏡面中標(biāo)尺的象（如找不到，應(yīng)上下移動標(biāo)尺的位置或微調(diào)光杠桿鏡面的垂直度）。再把望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)動到眼睛所在處，調(diào)節(jié)在望遠(yuǎn)鏡的物鏡調(diào)焦旋鈕，便可看到光杠桿鏡面和鏡框（不一定很清晰）。稍稍調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡的高度和角度，使望遠(yuǎn)鏡中能看到整個(gè)鏡面。5）調(diào)節(jié)目鏡，看清十字叉絲，調(diào)節(jié)調(diào)焦旋鈕，看清標(biāo)尺的反射象，而且無視差。若有視差，應(yīng)繼續(xù)細(xì)心調(diào)節(jié)目鏡，直到無視差為止。檢查視差的辦法是使眼睛上下移動，看叉絲與標(biāo)尺的象是否相對移動；若有相對移動，說明有視差，就應(yīng)再調(diào)目鏡直到叉絲與標(biāo)尺象無相對運(yùn)動（即無視差）為止。記下水平叉絲（或叉絲交點(diǎn)）所對準(zhǔn)的標(biāo)尺的初讀數(shù)N0，N0

2

每次將1.000kg砝碼輕輕地加于砝碼鉤上，并分別記下讀每次將1.000kg砝碼輕輕地加于砝碼鉤上，并分別記下讀數(shù)N1、

每次減少1.000kg砝碼，并依次記下記讀數(shù)Ni1，Ni2，…、N0。當(dāng)以上步驟完成之后，把砝碼加到1.000kg，測出金屬絲上、中、下的

用卡尺測出光杠桿后足尖與前兩足尖的距離h，用尺讀望遠(yuǎn)鏡的測距功桿反射鏡面是否豎直。6）N2、…、Ni，共做6次。7）8）直徑d’，再把砝碼加到6.000kg測出金屬絲上、中、下的直徑d’’,并求平均值，作為金屬絲的直徑d值。9）能測出D（長短叉絲的刻度差乘100倍）。如下圖所示：

10）用圖解法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定測量結(jié)果及測量不確定度。5實(shí)驗(yàn)教學(xué)組織及教學(xué)要求講解原理，測量要求，測量的注意事項(xiàng)；讓學(xué)生自行操作；檢查數(shù)據(jù)，并要求整理。6實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重點(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn)：掌握用光杠桿法測量微小變化量的方法；難點(diǎn)：微小測量量的裝置調(diào)整。7實(shí)驗(yàn)中容易出現(xiàn)的問題1）光杠桿及鏡尺系統(tǒng)一經(jīng)調(diào)好，中途不得再任意變動，否則所測數(shù)據(jù)無效。2）加、減砝碼要細(xì)心，須用手輕輕托住砝碼托盤，不得碰動儀器；而且需待鋼絲伸縮穩(wěn)定后方可讀數(shù)。夾鋼絲的圓體有時(shí)會與平臺接觸過緊，導(dǎo)致無法被拉動，讀數(shù)不會變化，此時(shí)需要轉(zhuǎn)動圓體，使它處于能自由伸縮的位置。3）在測量鋼絲伸長量過程中，不可中途停頓而改測其他物理量（如d、L、D等），否則若中途受到另外干擾，則鋼絲的伸長（或縮短）值將發(fā)生變化，導(dǎo)致誤差增大。8實(shí)驗(yàn)參考數(shù)據(jù)

3

N

次F(*9.8N)Ni(加，Ni(減，d(1kg)d(6kg)L(cm)D(cm)H(cm)N序cm)cm)11.0000-0.05-0.020.4420.44098.001507.84222.0001.381.651.520.4650.460——————33.0002.902.952.920.4380.455——————44.0004.304.454.38————55.0005.725.905.81————66.0007.12——7.12————距離D統(tǒng)一用望遠(yuǎn)鏡來測量；測d之前要先檢查儀器的零點(diǎn)誤差。9實(shí)驗(yàn)結(jié)果檢查方法N是等量變化的；卡尺最后一位是偶數(shù)；如果沒有修正千分尺的誤差有可能造成數(shù)據(jù)錯(cuò)誤；測D的方法決定它的有效數(shù)字的個(gè)數(shù)。10課堂實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)檢查題目實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，?shí)驗(yàn)儀器，實(shí)驗(yàn)涉及的物理量和主要的計(jì)算公式，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、主要步驟，及注意事項(xiàng)，記錄數(shù)據(jù)表格（三線格）。11思考題1）本實(shí)驗(yàn)為什么用不同儀器來測定各個(gè)