Readme 1、 实验内容： 本实验的内容分成两部分：实验内容 A 在 403 室、实验内容 B 在 408 室 2、 怎么分小组？ 前一半同学为 A 组，第一次完成实验内容 A，另一半为 B 组，第一次完成 实验 内容 B，一周后对调 若这组同学 10 人，则不分小组，第一次在 403 室，第二次在 408 室 实验设备 1 人 1 套 3、 怎么预习本实验？ 给出重要的原理图、公式，简述实验原理 ，通常一页纸 4、 怎么操作？ 本实验的注意事项和操作技巧较多，关键的要点有： （ 1） 勿碰金属丝（一进门就将书包等物放在桌旁的地上，以免挂断细丝）； （ 2） 本实验 操作中 设置了若 干 现场见证点（ W 点） ，完成相应操作后，请报告教师，以便进行现场确认； （ 2）静下心来，边思考，边动手 5、 怎么处理数据？ 对内容 A 只需当堂计算细丝直径， 对内容 B 要求 处理标 “ ” 号的部分 6、 关于实验报告 两周 只 写一份报告，这份报告应包含： 1 份预习报告、 2 份经签字的实验原始数据、 1 份 内容 B 的 数据处理。
测量康铜丝的杨氏模量和泊松比 一、 基本原理 1、金属丝的杨氏模量与泊松比 杨氏模量是材料的重要力学参数，反映了材料抵抗形变能力的大小拉力 F与丝的原始横截面 A 之比定义为应力，伸长量 L 与丝的原始长度 L 之比定义为纵向线应变在弹性范围内，应力与应变满足胡克定律： FLEAL (1) 其中 E 为材料的杨氏模量 ，用砝码拉伸金属丝提供 F， A 的测量方法见附录 1 式 （ 1） 中只考虑了材料的微小纵向应变，忽略了横向变化横向变化量 d与丝的原始横向长度 d 之比定义为横向线应变在实践中，纵向拉伸应变还会导致横向收缩应变实验表明，在材料弹性范围内，横向线应变 dd/ 与纵向线应变 LL/ 之比为常数： dL (2) (2)式中的负号表示纵向拉伸导致横向收缩， μ 为横向变形系数或称泊松比 式（ 2） 中的 d 太小， 因此 本实验 无法直接测量 μ ，但可通过非平衡电桥测量金属丝经拉伸后的微小电阻变化 而 间接 得到 2、非平衡电桥 非平衡电桥与传感器配合使用，可测量温度、应力、位移等物理量。
图 1 为非平衡电桥的原理图，其中电阻箱 R1、 R2、 R3 为电桥的三个臂，电阻箱 R4 与金属丝电阻 Rs 串联构成第四臂， R0 为电位器， C 是滑动头当电桥平衡时： 3124sRRR R R 任意桥臂阻值变化时，电桥将偏离平衡位置金属丝受到拉伸引起电阻变化 sR ，当 R4+Rs 的相对阻值变化量小于 1%时，桥电压 Ug（即 D、 E 之间的电压）与该桥臂的电阻变化量近似满足线性关系： 44AC sgsURU RR （ 3） 即将电阻的微小变化量转化成直流电压信号进行测量 本实验的研究对象为康铜丝 图 1 非平衡电桥 二、 待研究的问题 1、 测量康铜丝的杨氏模量； 2、 忽略 拉伸过程中康铜丝电阻率的变化，利用非平衡电桥测量康铜丝相关物理量的变化，进而计算其泊松比 三、 实验仪器 序号 设备名称 数量 1 康铜 丝（已焊接两根导线） 1 2 木支架（已装配电位器、开关、电桥盒等） 1 3 卷尺（最大允差 2.0mm） 1 4 JCD3 型读数显微镜（最大允差 0.015mm） 1 5 读数显微镜垫块 1 6 ZX38A/10 型交直流电阻箱（ 0.1 级） 1 7 KEITHLEY 台式万 用表（使用方法见附录） 1 8 低压钠灯（双线平均波长 =0.5893m）及电源 1 9 钠灯木垫块 1 10 直流稳压电源 (~1.5V) 1 11 玻璃片 2 12 砝码托盘（品质标注于底部） 1 13 增砣砝码（ 100 克） 10 14 LED 灯 1 15 导线 8 四、 实验内容与要求 第一周： 前一半同学在 403 完成实验内容 A， 后一半同学在 408 室完成 实验内容 B，一周后对调 。
实验内容 A： 1、调整螺栓，使木支架平衡，康铜丝与桌面平行，距桌面 77mm （ W 点） 2、 托盘上放置 2 个砝码， 利用所给设备搭建一套干涉法测量康铜丝直径的装置，看到干涉条纹后，请报告教师，确认干涉条纹的效果 （ W 点） 要求： 干涉条纹清晰，与劈尖顶端保持平行 3、 以 读数显微镜 主尺 刻度 为参考，每 个区域 10mm，将劈尖分成 5 个区域 观察 并 定性记录 5 个 区域 的 干涉条纹 清晰度 的 变化 （ W 点） 4、 测量康铜丝的直径 d（实验原理参考附录 1） （ 1）要求测量直径 d 的相对不确定度小于 1.0%，请设计实验方案 设计要求：给出各参数的极限不确定度，说明用什么工具测量 （ 2）根据设计方案测量 数据，共测 3 组 （ 劈尖长度只测一次 ） （ 3）计算康铜丝的直径 d 注意： （ 1） 读数显微镜较沉重，搬运时若有困难，请向老师求助，以免摔坏仪器； （ 2） 调节读数显微镜时要特别小心，避免碰触康铜丝； （ 3） 钠灯不能频繁开关，关闭钠灯电源后要等 5 分钟才能再次点亮 5、 整理仪器，将两端的高度调节螺栓调乱 ，钠灯放置于支架 中央区域 。
思考题 1、 为了提高测量 康铜 丝 直径的精度，应测什么区域的条纹？ 2、解释不同区域干涉条纹清晰度的变化 实验内容 B 1、自己设计方案，测量康铜丝的有效长度 2、测量康铜丝的杨氏模量 E 和 泊松比 μ 1）设计实验方案，给出相关公式； 2） 按图 1 连接电路， 其中 R1=R2=R3=51.00， 用 KEITHLEY 台式万用表 （操作说明见附录） 监测 gU 和 分压 UAC，其中 UAC 取 0.3~0.5V； （ W 点） 3） 调节变阻箱 R4， 使电桥平衡； （ W 点） 4） 调整读数显微镜 观察焊点的位置 （ W 点） ， 根据设计方案 进行实验测量 ； 5）求康铜丝的杨氏模量 E（合肥地区重力加速度 2/795.9 smg ） 6） 求 康铜丝的泊松比 μ 注意： （ 1） 尽量减小焊接的导线对康铜丝的应力作用，以免影响测量； （ 2） 接通开关后，仪器设备需要预热 10 分钟以使读数稳定； （ 3） 加砝码时要轻，以免拉断康铜丝； （ 4） 每次加砝码后，等 1 分钟再读数，以使读数相对稳定； （ 5） 读数时操作者应位于两焊点的中间区域，以免干扰 gU ； （ 6） 本实验中 mVU g 020.0 即可视为电桥平衡。
3、 待 gU 示数稳定后，分别朝康铜丝上的两个焊接点哈 气，并观察桥电压 gU 的读数变化 1）描述哈气时读数的变化； 2）上述现象由什么效应产生？ 4、整理仪器，将两端的高度调节螺栓调乱 思考题 1、 式（ 3） 中 的 UAC 只有 在 电桥 调 平衡 后才能 测量 准确 ，为什么？ 附录 1：干涉法测细丝直径 参见右图，设劈尖长度为 l，康铜丝直径为 d当单色光垂直照射劈尖时，会产生等厚干涉现象，当扫描 n 条亮纹（或暗纹）时读数显微镜移动 ln，则由几何关系有： nnllndlnld22附录 2：读数显微镜操作说明 1、 目镜及锁紧螺钉 2、 标尺 3、 调焦手轮 4、 45° 半反镜 5、 测微鼓轮 6、 基线 7、 工作台 8、 反光镜旋轮 附录 3： 直流稳压电源 的使用说明 1. 输出 /输入转换开关：打到左侧； 2. 固定文件位开关： 3.6V 檔； 3. 电源电压输出：电压输出接口（标 OUTPUT）； 4. 实验中输出电压： 1.0~1.5V（调电压调节旋钮） 附录 4： KEITHLEY 台式万用表 的操作说明 将表笔香蕉插头插入 1000V 电压输入端，开启左下角的电源按钮后，KEITHLEY 台式万用表通常就能正常工作，按几次“ Digit”按钮，使测量精度切换到 0.001mV 即可。
如果窗口未显示“ mV DC”字样，请按照 以下步骤操作： 1、 按图 1 接好电路； 2、 按“ DCV”按钮以显示直流电压； 3、 按“ AUTO” 按钮自动选择量程； 4、 若要测“ V”直流信号，按“ Digits”按钮，使测量精度切换到 0.001mV。