物理演示实验自主设计方案

物理演示实验物理演示实验自主设计方案学生姓名00000学生学号00000选课时间5月14日14时-16时联系电话[phone]方案得分是否给与经费支持□是□否哈尔滨工程大学物理演示实验制填写说明及注意事项一、方案书须逐项认真填写，填写内容必须实事求是，表达明确严谨。二、设计方案要能很好地展示物理原理，所设计方案要求合理、可行，要具有一定的创新性和新颖性。三、凡是获得经费支持的学生，必须参加“物理演示实验仪器创新与设计大赛”。一、演示物理原理简介（可以配图说明）本实验为劈尖干涉法测杨氏模量一、杨氏模量设金属丝的原长为L，横截面积为S，沿长度方向施力F后，其长度改变△L，则金属丝单位面积上受到的垂直作用力σ=F/S称为正应力，金属丝的想对伸长量ε=ΔL/L称为线应变。在弹性范围内，由胡克定律可知物体的正应力与线应变成正比，即：E(1)LLESF(2)比例系数E即为金属丝的杨氏模量(单位：Pa或N/m²)它表征材料本身的性质，E越大的材料，要使它发生一定的相对形变所需要的单位横截面积上的作用力也越大。由式(2)可知对于直径为d的圆柱形金属丝，其杨氏模量为：LdmgLLLdmgLLSFE224/41///二、劈尖干涉法测薄片厚度如图，将两块光学平板玻璃一端叠在一起，在另一端插入细丝(或薄片)，则在玻璃板间形成一空气劈尖。当单色光垂直照射时，在空气劈尖上下两表面反射的两束光将发生干涉。例如在空气劈尖上表面的E点，设该点空气膜厚度为e，则两束光光程差为22e当Δ=(2k+1)λ/2时(k=0,1,2,…)，对应的两束光在E点消失，出现暗纹，可得2ke由式可知，k=0时，e=0，即两玻璃板交线处为零级暗条纹；k≠0时，由于空气劈尖厚度相等之处，是一系列平行于两玻璃交线的平行直线，所以其干涉条纹是一族与交线平行且间距相等的平行条纹。如在薄片处呈现k=N级暗条纹，则待测薄片厚度d为2Nd由式可知，若直接数出从劈尖端点到薄片处的干涉条纹总数N，即可直接求出d。但这一般比较困难，因此，我们采用先测量单位长度的干涉条纹数目n，再测出劈尖交线到薄片处总长度L，最后计算出N，即LnN考虑到相间干涉条纹间距较小，我们是通过测50条干涉条纹间距来求n的。设50条条纹间距为l，则ln50以某一条纹为第0条条纹，由读数显微镜读出其位置0x，再读出第50条条纹位置50x，则050xxl即，有250lLd三、测量原理测量杨氏模量核心是对微小形变ΔL的测量，由如图所示装置，可得关系yL''LdDy''LdDy即，杨氏模量''4422dDdmgLLLdmgLE二、方案实施详细技术路线（要求有配图或者照片）实验步骤(1)组建好如图所示装置；(2)测量金属丝直径d，金属丝长度L，玻璃板长度L’，玻璃板右端点与夹子水平距离D；(3)给金属丝一定预拉力m0，使数字拉力计清零；(4)使用读数显微镜，测量50条干涉条纹间距l,根据250lLd计算d0；(5)依次增大拉力，分别测出条纹间距l，计算d’,记录数据；(6)在直角坐标系下绘制△d—m图像，计算斜率，则其斜率为DdEgLL2'4。拉力计示数/kgl/md’/m(△d’=d’-d0)/m加力时减力时平均00123456注：由于知识水平所限，本报告中的公式推导及数据处理方法难免存在缺陷和错误，还请老师们不吝指出。m△dmDdEgLLd2'4三、本方案创新之处本实验将大学物理实验中，两个基础的实验——等厚干涉实验与杨氏模量实验结合起来，巧妙地将杨氏模量实验核心——对于微小形变的测量，转化为劈尖干涉中，d的微小变化的计算。通过本实验，可以使学生在理解两个实验基本原理的基础上，开拓其思想，将课本上那些知识重新整合，拼接，，，使原本枯燥的知识，迸发出新的活力。这，就是创新的本质！四、是否打算参加立项并参加“物理演示实验仪器创新与设计大赛”（如不参加请简要说明原因）□申请立项参加比赛□不申请立项课程感受及改进意见通过本学期的物理实验，我见识到了物理的魅力！通过一个个简单而巧妙地实验装置，达到实验目的，不得不为物理先贤们的智慧所折服！在这，我向老师们提一点小建议。实验前，老师们会向我们讲解一些实验操作步骤，许多老师讲的很详细。如此固然可以使我们少走不少弯路，但也剥夺了我们思考的机会！所以，我建议老师们不要把实验步骤讲得太过具体。一点拙见，还请老师斟酌。