大学物理实验《用拉伸法测金属丝的杨氏弹性模量》

用拉伸法测金属丝的杨氏弹性模量一、实验目的1.学会用光杠杆法测量杨氏弹性模量；2.掌握光杠杆法测量微小伸长量的原理；3.学会用逐差法处理实验数据；4.学会不确定的计算方法，结果的正确表达；5.学会实验报告的正确书写。二、实验仪器杨氏弹性模量测量仪(型号见仪器上)（包括望远镜、测量架、光杠杆、标尺、砝码）、钢卷尺（0-200cm,0.1、游标卡尺(0-150mm,0.02)、螺旋测微器(0-150mm,0.01)三、实验原理在外力作用下，固体所发生的形状变化成为形变。它可分为弹性形变和塑性形变两种。本实验中，只研究金属丝弹性形变，为此，应当控制外力的大小，以保证外力去掉后，物体能恢复原状。最简单的形变是金属丝受到外力后的伸长和缩短。金属丝长L，截面积为S，沿长度方向施力F后，物体的伸长L，则在金属丝的弹性限度内，有：FSELL我们把E称为杨氏弹性模量。如上图：2DntgxLnDxL2（02nnn）nxdFLDLnDxdFLLSFE228241四、实验内容一仪器调整1.杨氏弹性模量测定仪底座调节水平；2.平面镜镜面放置与测定仪平面垂直；3.将望远镜放置在平面镜正前方1.5-2.0m左右位置上；4.粗调望远镜：将镜面中心、标尺零点、望远镜调节到等高，望远镜上的缺口、准星对准平面镜中心，并能在望远镜上方看到尺子的像；5.细调望远镜：调节目镜焦距能清晰的看到叉丝，并先调节物镜焦距找到平面镜，然后继续调节物镜焦距并能看到尺子清晰的像；6.0n一般要求调节到零刻度。二测量7.计下无挂物时刻度尺的读数0n；8.依次挂上kg1的砝码，七次，计下7654321,,,,,,nnnnnnn；9.依次取下kg1的砝码，七次，计下'7'65'4'3'2'1,,,,,,'nnnnnnn；10.用米尺测量出金属丝的长度L（两卡口之间的金属丝）、镜面到尺子的距离D；11.用游标卡尺测量出光杠杆x、用螺旋测微器测量出金属丝直径d。三数据处理方法——逐差法1.实验测量时，多次测量的算术平均值最接近于真值。但是简单的求一下平均还是不能达到最好的效果，我们多采用逐差法来处理这些数据。2.逐差法采用隔项逐差：4)()()()(37261504nnnnnnnnn3.注：上式中的n为增重kg4的金属丝的伸长量。五、实验数据记录处理金属丝伸长量：cmAAAAAAAAA82.14)()()()(37261504cmAaSiin02.014412cmSnA05.022仪金属丝直径：mmddddddd600.06654321mmddSiin002.016612mmSnd005.022仪（注意：iA为下表中第5列数据）imi（kg）加砝码减砝码平均值iiiAAa4不确定度012301230.000.470.941.380.010.490.981.400.000.480.961.391.841.821.801.82A0.05cm456745671.832.292.773.211.852.312.753.211.842.302.763.21AAA=05.082.1cm直径未加载加满载平均值d0.600mmd上d中d下0.6010.6010.5990.5990.6010.6010.6000.600不确定度：d0.005mm0.6020.6010.5960.598ddd005.0600.0mm其他数据螺旋测微器零点读数：0.000mm;游标卡尺零点读数0.00mmD150.200.05cmL68.200.05cmx76.600.02mm结果表达E（2.040.13）11102/mN百分差：-3%~2%（以上各公式请把自己实际实验数据代入计算，仪为仪器误差值，根据实际测量所用仪器查询）2112323222/1004.21082.11060.76)10600.0(14.31020.1501020.6880.9000.488mNAxdFLDEExxddDDLLAA22222222222110.050.050.0050.0020.00522.041068.20150.200.6007.6601.82=0.1311102/mN参考值：100.2~000.20E11102/mN百分差：%2~%3%10010000.210000.21004.2~10100.210100.21004.2%10011111111111100EEEE六、实验注意事项及误差分析（此部分请同学根据自己实验情况写，勿抄袭！）一注意事项：1.光杠杆、望远镜和标尺所构成的光学系统一经调节好后，在实验过程中就不可在移动，否则，所测的数据将不标准，实验又要重新开始；2.不准用手触摸目镜、物镜、平面反射镜等光学镜表面，更不准用手、布块或任意纸片擦拭镜面；二误差分析：3.实验测数据前没有事先放上去一个kg2砝码，将金属丝拉直，作为一个基准点；4.用游标卡尺在纸上测量x值和螺旋测微器测量读数时易产生误差；5.测量金属丝长度时没有找准卡口；6.米尺使用时常常没有拉直，且应该注意水平测量D，铅垂测量L；7.在加减砝码是应该注意轻放，避免摇晃。以上数据处理方法、结果表达方式可以参考，但并非实验真实数据，请大家采用自己实验所得数据，切勿抄袭结果！