04固体杨氏模量

固体杨氏模量的测量一、实验原理材料受力后会发生形变，在弹性限度内，材料的应力和应变之比是一个常数，叫做弹性模量，条形物体的沿纵向的弹性模量叫杨氏模量。它的大小标志了材料的刚性。LSFLLLSFE)/()/(---(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△L/L，即可计算出材料的杨氏模量E。因一般伸长量△L很小，故采用光学放大法将其放大。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△L时，镜面法线转过一个微小的θ角，而入射到望远镜的光线转过2θ角，如图所示。lLtanDb22tan在公式（1）中代入L可以得到SlbDLFE2。L为金属丝的长度，D为平面镜与直尺之间的距离，l为光杠杆的臂长，b为望远镜中所观察的到的标尺移动的距离，S为钢丝的截面积，通过测量钢丝的直径求得。二、实验内容（一）调节仪器1.调节放置光杠杆的平台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。调节支架底脚螺丝，确保平台水平，调平台的上下位置，使管制器顶部与平台的上表面共面。2．光杠杆的调节：光杠杆和镜尺组是测量金属丝伸长量l的关键部件，光杠杆的镜面和足尖(或刀口)应平行，使用时足尖(或刀口)放在平台的沟槽内，后锥形足尖放在管制器的槽中（不得与钢丝相碰），之后再调节平面镜的仰角使镜面垂直，即光杠杆镜面法线与望远镜轴线大体重合。3．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，使望远镜和光杠杆平面镜处于同等高度。要注意：按先粗调后细调的原则。利用望远镜上的准星瞄准光杠杆平面镜中的标尺像，使其能将标尺上的刻度反射到望远镜里，然后再细调。调节望远镜目镜视度圈，使目镜内分划板刻线（叉丝）清晰，再用手轮调焦使标尺像清晰。调节望远镜进行读数时要消除视差(即眼睛上下移动时，所看到的竖尺刻度像和叉丝之间应没有相对变动)。如果没有找到标尺像，请不要过急调节调焦手轮，重新瞄准光杠杆平面镜中的标尺像，重复上述调试过程。4．光杠杆、望远镜、标尺调整好以后，整个实验中防止位置变动。加减砝码要交叉轻放轻取避免晃动、倾斜，使钢丝与管制器之间发生摩擦，待钢丝（钢丝伸长时存在滞后现象）静止后(约2分钟左右)再读数。（二）测量1.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，下端止于管制器的上表面。(为什么？)2.记录望远镜中标尺的读数0r作为钢丝的起始长度。在砝码托上逐次加1kg砝码（可加到7kg）,观察每增加1kg时望远镜中标尺上的读数ir，然后再将砝码逐次减去，记下对应的读数'ir，取两组对应数据的平均值ir。((为什么？)3.用米尺测量金属丝的长度L和平面镜与直尺之间的距离D，以及光杠杆的臂长l。用千分尺测金属丝直径d，上、中、下各测2次，共6次。（三）用逐差法处理数据，并求△E/E（最大不确定度）△m=5g△L=2mm△D=2mml=0.2mm（四）选作内容：用作图法处理数据，并求△E/E（最大不确定度）三、思考题教材第一册第141页第1、2题注意事项：1.切勿直视激光光源或将激光束直射入眼！！！2.各手轮及可动部分如发生阻滞不灵现象，应立即报告老师解决。切勿过急操作损坏仪器。