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1、用用拉伸法测定钢丝的杨氏模量拉伸法测定钢丝的杨氏模量物理实验中心物理实验中心一一. .胡克定律胡克定律 在外力作用下，固体所发生的形状变化称为形变。在外力作用下，固体所发生的形状变化称为形变。弹性形变：外力撤除后，物体能完全恢复原状的形变。弹性形变：外力撤除后，物体能完全恢复原状的形变。 范氏形变：外力较大，撤除后物体不能完全恢复原状，而留下剩余形变。范氏形变：外力较大，撤除后物体不能完全恢复原状，而留下剩余形变。 本实验只研究弹性形变。最简单的弹性形变是棒状物体受外力后的拉本实验只研究弹性形变。最简单的弹性形变是棒状物体受外力后的拉长和缩短。设物体的原长为长和缩短。设物体的原长为L L，横截
2、面积为横截面积为S S，当在长度方向施加外力当在长度方向施加外力F F时，其伸长时，其伸长( (或缩短或缩短) ) LL 。 按照胡克定律按照胡克定律, ,在弹性限度内，在弹性限度内， 物体的协强物体的协强(F/S(F/S应力应力) )与协变与协变( (L/LL/L应变应变) )成正比。成正比。实实 验验 原原 理理二二. .杨氏模量杨氏模量 条形物体（如钢丝）沿纵向的弹性模量叫杨氏模量。条形物体（如钢丝）沿纵向的弹性模量叫杨氏模量。 本实验采用拉伸法测定杨氏模量。本实验采用拉伸法测定杨氏模量。比例系数比例系数 称为杨氏模量。称为杨氏模量。 杨氏模量是表征材料性质的物理量，仅与材料的结构、杨氏
3、模量是表征材料性质的物理量，仅与材料的结构、化学成分及其加工制造方法有关。化学成分及其加工制造方法有关。三三. .光杠杆装置及放大原理光杠杆装置及放大原理 小平面镜小平面镜MM连同直尺、望远镜共同构成光杠杆装置，它可把微小长度变化放大。连同直尺、望远镜共同构成光杠杆装置，它可把微小长度变化放大。 n n0 0为为MM法线方向水平时，望远镜中看到的直尺上的相应刻度。法线方向水平时，望远镜中看到的直尺上的相应刻度。(n0)(n1)RMMbLD DaaaaCC n n1 1为当为当钢丝因悬挂重物而下降钢丝因悬挂重物而下降LL，导致导致MM的法线方向改变的法线方向改变角时，从望远镜中角时，从望远镜中看
4、到的直尺上的相应刻度。看到的直尺上的相应刻度。b 平面镜平面镜M后一个支点到前两个支点的距离后一个支点到前两个支点的距离 R镜面到尺面的距离镜面到尺面的距离 因为因为角很小，故有：角很小，故有： 则有：则有：最后得：最后得：本实验的放大倍数本实验的放大倍数:几十几十倍倍,R为为1至至2米米;b为为5至至8厘米厘米.则：则：又：又：令：令：由前实验装置分析：由前实验装置分析：实实 验验 内内 容容1.1.调调整整杨杨氏氏弹弹性性模模量量仪仪的的支支架架底底角角螺螺旋旋H H，使使支支架架铅铅直直（由由支支架架的的铅铅锤锤或或水水平平气气泡泡来来确确定定），然然后后加加重重2 2千千克克（不不记记
5、入入作作用用力力F F内内）将将钢钢丝丝拉拉直，测量钢丝长度直，测量钢丝长度L L。2.2.调节光杠杆装置。调节光杠杆装置。 （1 1）粗调）粗调 （2 2）细调）细调 3.3.记记下下开开始始时时望望远远镜镜中中标标尺尺的的读读数数 ，然然后后每每增增加加500500g g砝砝码码记记录录一一次次标标尺尺读读数数，则则标标尺尺读读数数依依次次为为 ， ，- - ， ，直直到到增增加加了了50005000g g为止。为止。 4.4.依依次次减减少少砝砝码码，每每次次减减500500g g ，分分别别记记录录各各次次所所对对应应的的标标尺尺读读数数 ， ，直到，直到 。5.5.在在不不同同位位置
6、置对对钢钢丝丝直直径径D D测测6 6次次，并并测测量量标标尺尺到到镜镜面面的的距距离离R R及及光光杠杠杆杆后支点到前两个支点的垂直距离后支点到前两个支点的垂直距离b b。注注 意意 事事 项项 充分重视光杠杆的粗调。充分重视光杠杆的粗调。 增减砝码时要轻放轻取，以防冲击和摆动，增减砝码时要轻放轻取，以防冲击和摆动，应等标尺稳定后才可读数。标尺读数若在零应等标尺稳定后才可读数。标尺读数若在零点两侧，应区分正负点两侧，应区分正负。 因砝码的重心不在其几何中心，所以要正因砝码的重心不在其几何中心，所以要正确摆放砝码，以保证钢丝上悬挂的砝码串的确摆放砝码，以保证钢丝上悬挂的砝码串的稳定。稳定。1钢丝直径（用螺旋测微器测量：仪器误差 零点误差）2钢丝的伸长量列(用列表法处理)3.计算杨氏模量的不确定度
