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1、为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划钢丝的杨氏模量实验报告用拉伸法测钢丝杨氏模量实验报告杨氏弹性模量测定仪；光杠杆；望远镜及直尺；千分尺；游标卡尺；米尺；待测钢丝；砝码等。【实验原理】1.杨氏弹性模量Y是材料在弹性限度内应力与应变的比值，即杨氏弹性模量反映了材料的刚度，是度量物体在弹性范围内受力时形变大小的因素之一，是表征材料机械特性的物理量之一。2.光杠杆原理伸长量l比较小，不易测准，本实验利用了光杠杆的放大原理对l进行测量。利用光杠杆装置后，杨氏弹性模量Y可表示为：式中，F是钢丝所受的力，l是钢丝的长度，L是镜面到
2、标尺间的距离，d是钢丝的直径，b是光杠杆后足到两前足尖连线的垂直距离，n是望远镜中观察到的标尺刻度值的变化量。3.隔项逐差法隔项逐差法为了保持多次测量优越性而采用的数据处理方法。使每个测量数据在平均值内都起到作用。本实验将测量数据分为两组，每组4个，将两组对应的数据相减获得4个n，再将它们平均，由此求得的n是F增加4千克力时望远镜读数的平均差值。【实验步骤】1调整好杨氏模量测量仪，将光杠杆后足尖放在夹紧钢丝的夹具的小圆平台上，以确保钢丝因受力伸长时，光杠杆平面镜倾斜。2调整望远镜。调节目镜，使叉丝位于目镜的焦平面上，此时能看到清晰的叉丝像；调整望远镜上下、左右、前后及物镜焦距，直到在望远镜中能
3、看到清晰的直尺像。3在钢丝下加两个砝码，以使钢丝拉直。记下此时望远镜中观察到的直尺刻度值，此即为n0值。逐个加砝码，每加1个，记下相应的直尺刻度值，直到n7，此时钢丝下已悬挂9个砝码，再加1个砝码，但不记数据，然后去掉这个砝码，记下望远镜中直尺刻度值，此为n7，逐个减砝码，每减1个，记下相应的直尺刻度值，直到n0。4.用米尺测量平面镜到直尺的距离L；将光杠杆三足印在纸上，用游标卡尺测出b；用米尺测量钢丝长度l；用千分尺在钢丝的上、中、下三部位测量钢丝的直径d，每部位纵、横各测一次。5.测量完毕，整理各量具和器具。【数据记录和处理】提示：标尺的平均差值n是力F=4千克力时对应的标尺变化值，F取4
4、0牛顿。把B类不确定度当作总不确定度，并取仪=/5=，则u=。度?0?23.钢丝直径d的测量。设，则A类不确定度；B类不确定；总不确定度所以，相对不确定度4.杨氏模量Y的计算。相对不确定度：总不确定度：；实验结果标准形式：【思考与讨论】1.杨氏模量是材料的机械特性之一，只要材料的成份组成一定，不论其长度和粗细如何，其值一定。2.杨氏模量是一个简接测量量，计算公式较繁杂，在计算时一定要细心，并要特别留意各简接测量量的量纲，以获得正确的结果。3.实验应在望远镜调好的条件下，先测n，依次测L、b、l，d，否则有可能在整个实验过程中实验条件(转载于:写论文网:钢丝的杨氏模量实验报告)发生变化，致使实验
5、结果不正确。大学物理仿真实验实验报告姓名：班级：学号：XX年12月10日实验名称：钢丝的杨氏模量测量实验原理任何物体在外力作用下都会发生形变。当形变不超过某一限度时，撤走外力则形变随之消失，为一可逆过程，这种形变称为弹性形变，这一极限称为弹性极限。超过弹性极限，就会产生永久形变，即撤去外力后形变仍然存在，为不可逆过程。当外力进一步增大到某一点时，会突然发生很大的形变，该点称为屈服点，在达到屈服点后不久，材料可能发生断裂，在断裂点被拉断。人们在研究材料的弹性性质时，希望有这样一些物理量，它们与试样的尺寸、形状和外加的力无关。于是提出了应力F/S和应变L/L之比的概念。在胡克定律成立的范围内，应力
6、和应变之比是一个常数，即E=(F/S)/(?L/L)=FL/S?LE被称为材料的杨氏模量，它是表征材料性质的一个物理量，仅与材料的结构、化学成分及其加工制造方法有关。某种材料发生一定应变所需要的力大，该材料的杨氏模量也就大。杨氏模量的大小标志了材料的刚性。通过式，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，故常采用光学放大法，将其放大，如用光杠杆测量L。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，见图1。当杠杆支脚随被测物上升或下降微小距离L时，镜面法线转过一个角，而
7、入射到望远镜的光线转过2角，如图2所示。当很小时，tan?=?/?式中l为支脚尖到刀口的垂直距离。根据光的反射定律，反射角和入射角相等，故当镜面转动角时，反射光线转动2角，由图可知tan2?2?=?/?式中D为镜面到标尺的距离，b为从望远镜中观察到的标尺移动的距离。从和两式得到由此得?=b2D?合并和两式得=bl2DE=2DLFSlb式中2D/l叫做光杠杆的放大倍数。只要测量出L、D、l和d及一系列的F与b之后，就可以由式确定金属丝的杨氏模量E.实验内容杨氏模量的测量仪包括光杠杆、砝码、望远镜和标尺。实验前，先要熟悉实验用的仪器，了解仪器的构造，仪器上各个部件的用途和调节方法，以及实验中要注意
8、的问题，这样就能熟练地操作仪器，顺利地进行实验。杨氏模量测量仪实验装置如图1所示，待测金属丝长约1m，上端夹紧悬挂于支架顶部，下端夹在一个金属圆柱G的底部，支架中部有一平台F，平台中一圆孔，管制器能在孔中上下移动，砝码P加在管制器下的砝码托上，金属丝受到拉力而伸长。1调节仪器调节放置光杠杆的平台F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。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。光杠杆的镜面和刀口应平行。使用时刀口放在平台的槽内，支脚放在管制器的槽内，刀口和支脚尖应共面。镜尺组的
9、调节，调节望远镜、直尺和光杠杆三者之间的相对位置，使望远镜和反射镜处于同等高度，调节望远镜目镜视度圈，使目镜内分划板刻线清晰，用手轮调焦，使标尺像清晰。2测量砝码托的质量为m0，记录望远镜中标尺的读数r0作为钢丝的起始长度。在砝码托上逐次加500g砝码，观察每增加500g时望远镜中标尺上的读数ri，然后再将砝码逐次减去，记下对应的读数ri，取两组对应数据的平均值。用米尺测量金属丝的长度L和平面镜与标尺之间的距离D，以及光杠杆的臂长。3数据处理逐差法杨氏模量的测定实验目的1.用伸长法测定金属丝的杨氏模量2.学习光杠杆原理并掌握使用方法实验原理物体在外力作用下或多或少都要发生形变，当形变不超过某一
10、限度时，撤走外力之后形变能随之消失，这种形变叫弹性形变，发生弹性形变时物体内部将产生恢复原状的内应力。设有一截面为S，长度为l的均匀棒状材料，受拉力F拉伸时，伸长了?，其单位面积截?F面所受到的拉力称为胁强，而单位长度的伸长量称为胁变。根据胡克定律，在弹性形变范围内，棒Sl状固体胁变与它所受的胁强成正比：F?ESl其比例系数E取决于固体材料的性质，反应了材料形变和内应力之间的关系，称为杨氏弹性模量。AE?4Fl2?d?上图是光杠杆镜测微小长度变化量的原理图。左侧曲尺状物为光杠杆镜，M是反射镜，d1为光杠杆镜短臂的杆长，d2为图光杠杆原理光杆杆平面镜到尺的距离，当加减砝码时，b边的另一端则随被测
11、钢丝的伸长、缩短而下降、上升，从而改变了M镜法线的方向，使得钢丝原长为l时，从一个调节好的位于图右侧的望远镜看M镜中标尺像的读数为A0；而钢丝受力伸长后，光杠杆镜的位置变为虚线所示，此时从望远镜上看到的标尺像的读数变为Ai。这样，钢丝的微小伸长量?，对应光杠杆镜的角度变化量?，而对应的光杠杆镜中标尺读数变化则为A。由光路可逆可以得知，?A对光杠杆镜的张角应为2?。从图中用几何方法可以得出：tg?d1(2)tg2?2?A(3)d2将式和(3)式联列后得：d1?A(4)2d28mgld2所以：E?，令K?2?d?Ad18gld2故：E?2?dKd1?这种测量方法被称为放大法。由于该方法具有性能稳定
12、、精度高，而且是线性放大等优点，所以在设计各类测试仪器中有着广泛的应用。实验仪器杨氏模量仪；光杆杆；螺旋测微器；游标尺；钢卷尺和米尺；望远镜。实验内容1.用2kg砝码挂在钢丝下端钢丝拉直，调节杨氏模量仪底盘下面的3个底脚螺丝，同时观察放在平台上的水准尺，直至中间平台处于水平状态为止。2.调节光杠杆镜位置。将光杆镜放在平台上，两前脚放在平台横槽内，后脚放在固定钢丝下端圆柱形套管上，并使光杠杆镜镜面基本垂直或稍有俯角，如图所示。3.望远镜调节。将望远镜置于距光杆镜2m左右处，松开望远镜固定螺钉，上下移动使得望远镜和光杠杆镜的镜面基本等高。从望远镜筒上方沿镜筒轴线瞄准光杠杆镜面，移动望远镜固定架位置
13、，直至可以看到光杠杆镜中标尺的像。然后再从目镜观察，先调节目镜使十字叉丝清晰，最后缓缓旋转调焦手轮，使物镜在镜筒内伸缩，直至从望远镜里可以看到清晰的标尺刻度为止。4.观测伸长变化。以钢丝下挂2kg砝码时的读数作为开始拉伸的基数A0，然后每加上1kg砝码，读取一次数据,这样依次可以得到A0,A1,A2,A3,A4,A5,A6,这是钢丝拉伸过程中的读数变化。紧接着再每次?,A5?,A4?,A3?,A2?,A1?,A0?，这是钢丝收缩过程中的读数变化。撤掉1kg砝码，读取一次数据，依次得到A6注意：加、减砝码时，应轻放轻拿，避免钢丝产生较大幅度振动。加砝码后，钢丝会有一个伸缩的微振动，要等钢丝渐趋平
14、稳后再读数。5.测量光杠杆镜前后脚距离d1。把光杠杆镜的三只脚在白纸上压出凹痕，用尺画出两前脚的连线，再用游标卡尺量出后脚到该连线的垂直距离6.测量钢丝直径。用螺旋测微计在钢丝的不同部位测5次，取其平均值。测量时每次都要注意记下数据，螺旋测微计的零位误差。7.测量光杠杆镜镜面到望远镜附标尺的距离d2。用钢卷尺量出光杠杆镜镜面到望远镜附标尺的距离，测量5次。8.用米尺测量钢丝原长l，测量5次。数据记录与处理1.长度的测量。2.增减重量时钢丝伸缩量的记录参考数据。3.实验结果的计算：不确定度分析：l:UA(l)?(cm),U(l)?(mm)B?U(l)?(cm)d:UA(d)?U(d)?(mm),U(d)?(mm)B?(mm)d1:UA(d1)?U(d1)?(cm),UB(d1)?(mm)?(mm)d2:UA(d2)?U(d2)?(cm),U(d)?(mm)B2?(mm)计算K值令：
