楊氏模量(世紀(jì)中科版)ppt課件.ppt

,金屬楊氏彈性模量的測定,世紀(jì)中科版,1,前言,楊氏模量是工程材料重要的物理性能參數(shù)，也是選擇工程材料的一個重要依據(jù)。,楊氏模量材料抵抗彈性形變的能力,測量方法：靜態(tài)拉伸法、共振法、簡支梁法、懸臂梁法、脈沖波傳輸法等。本實驗拉伸法，涉及長度微小變化測量。,2,實驗?zāi)康?1、了解楊氏模量的物理概念，學(xué)會測量楊氏彈性模量的一種實驗方法。2、掌握用光杠桿放大測量長度微小變化的方法。3、學(xué)會用逐差法處理數(shù)據(jù)。,4、學(xué)習(xí)間接不確定度計算及結(jié)果表達,3,實驗原理,一、楊氏模量,眾所周知，物體在外力作用下將發(fā)生形變。當(dāng)去除外力，物體能恢復(fù)原來形狀的形變彈性形變.,棒狀或絲狀物體在軸向外力作用下的彈性形變拉伸形變。,實驗證明，彈性范圍內(nèi)，拉伸形變遵守胡克定律：,4,F/S單位截面上的垂直作用力（正應(yīng)力或脅強），L/L物體相對伸長（線應(yīng)變或脅變）。,比例系數(shù)Y材料的楊氏模量（反抗拉伸形變的能力），不同質(zhì)材料Y不同。于是,（直徑為d的金屬絲）,5,本實驗用光杠桿測量(筆試考點),二、光杠桿放大原理,光杠桿系統(tǒng)由光杠桿反射鏡、測量望遠鏡及標(biāo)尺組成.,6,光杠桿固定在三角支架上的并可繞水平軸轉(zhuǎn)動的小平面鏡。,測量望遠鏡、標(biāo)尺,光杠桿是如何實現(xiàn)長度微小變化的測量的？,7,基本原理：,通過平面鏡反射將長度的微小變化轉(zhuǎn)化成測量光線光點相對于參考標(biāo)尺的移動，來完成測量。,8,與杠桿類似！,9,1,2,鋼絲上端固定，下端被圓柱夾柱，加載，伸長,后足下移,10,1,2,根據(jù)幾何關(guān)系得：,兩個三角形！,11,1,2,微小伸長轉(zhuǎn)換放大成N測量。,12,三、測金屬絲楊氏模量實驗裝置,金屬絲上端固定，下端于圓柱夾中。夾柱可穿過固定平臺孔上下自由移動。圓柱下端金屬絲掛砝碼。,加載，金屬絲伸長，光杠桿后足下移，望遠鏡中標(biāo)尺讀數(shù)變化。,13,ZKY-YM型數(shù)顯轉(zhuǎn)鏡式楊氏模量儀,數(shù)字拉力計,哪些變化？,14,b=光杠杠常數(shù)即水平卡座長度（游標(biāo)卡尺測）+小螺旋測微計讀數(shù)（調(diào)成整毫米數(shù)如5mm,后腿要在夾具上）,儀器2,儀器1,b=水平卡座長度（游標(biāo)卡尺測），無小螺旋測微計。,15,數(shù)字拉力計,施力螺母,顯示拉力Mkg,測出六個量計算楊氏模量：,16,四.系統(tǒng)誤差及消減,（1）避免金屬絲假伸長,鋼絲自由懸掛不可能拉緊，開始加載會伴有假伸長。,方法：測量前預(yù)先加力，拉緊鋼絲。,（2）消除伸長滯后效應(yīng)誤差,鋼絲加外力要經(jīng)過一段時間才達到穩(wěn)定伸長即滯后效應(yīng)。引起誤差。如何減小該誤差？,方法：每次加力后應(yīng)等一段時間（ZKY-YM型：顯示器數(shù)字穩(wěn)定）再讀數(shù)；加載與減載，讀數(shù)平均。,為什么？,17,（3）儀器調(diào)整不當(dāng)引起誤差,（4）鋼絲銹蝕或長期受力產(chǎn)生金屬疲勞。,導(dǎo)致應(yīng)力集中或塑性形變。及時更換鋼絲。,（5）載荷不準(zhǔn)確,望遠鏡偏離水平；支架不鉛直。,數(shù)字拉力計視值誤差取,砝碼銹蝕,18,五.其他測量誤差及估算,L上下夾具間鋼絲長度。卷尺始端于金屬絲上夾頭下表面即橫梁上表面，另一端于平臺上表面。測量時卷尺與鋼絲不嚴(yán)格平行，誤差可估算2-3mm.,D光杠桿反射鏡轉(zhuǎn)軸至標(biāo)尺的距離。卷尺始端于標(biāo)尺表面，另一端于垂直卡座上表面。鋼卷尺與支架軸線不嚴(yán)格平行，誤差可估算2-3mm.,d鋼絲直徑。千分尺測，應(yīng)將測點均勻分布在上中下各個位置。儀器誤差取0.004mm.,19,b光杠桿腿長(光杠桿動足到反射鏡轉(zhuǎn)的距離)(水平卡座長度)。游標(biāo)卡尺測，儀器誤差0.02mm.,實驗器材,楊氏模量儀（支架、光杠桿、標(biāo)尺，金屬絲）；望遠鏡；數(shù)字拉力計；量具盒子（鋼卷尺，游標(biāo)卡尺，螺旋測微計）；,20,實驗內(nèi)容及步驟,一、調(diào)整楊氏模量儀支架,保證夾頭夾緊金屬絲，反射鏡轉(zhuǎn)動靈活。,1.接線：拉力傳感信號線接入數(shù)字拉力計，DC連接線連接拉力計電源和背光源。,2.打開拉力計電源開關(guān)，預(yù)熱10min。背光源點亮，標(biāo)尺清晰。拉力器面板顯示金屬絲拉力。3.旋轉(zhuǎn)施力螺母，給金屬絲加預(yù)拉力2-3kg,拉直金屬絲。,21,二、調(diào)整望遠鏡,1.望遠鏡正對光杠桿中心（望遠鏡前沿與平臺板邊緣距離在30cm內(nèi)）；側(cè)面看望遠鏡軸線平行；調(diào)節(jié)支架上三個螺釘，從目鏡中看到明亮的黃光。,2.調(diào)節(jié)目鏡，使十字叉絲清晰；調(diào)節(jié)調(diào)焦手輪，看黃色標(biāo)尺清晰。,調(diào)焦手輪,目鏡,22,3.調(diào)節(jié)支架螺釘，使十字叉絲橫線與標(biāo)尺刻度線平行，讀數(shù)不超過3.5cm（以免后面加載讀數(shù)超出標(biāo)尺量程）；水平移動支架，使十字縱線對齊標(biāo)尺中心。,三、測量,（1）各載荷下的標(biāo)尺讀數(shù),加載，依次增加1kg，分別記下讀數(shù)。,初始載荷下標(biāo)尺讀數(shù),每增加1kg載荷的標(biāo)尺讀數(shù),（旋轉(zhuǎn)施力螺母）,23,數(shù)分鐘后，再依次減載1kg，分別記錄讀數(shù),每減少1kg載荷的標(biāo)尺讀數(shù),注意：實驗中不再調(diào)望遠鏡，施力螺母不要回旋。金屬絲最大拉力不超過12公斤。,（2）其他量測量,卷尺測金屬絲長。,卷尺測。,游標(biāo)卡尺測量光杠桿腿長（水平卡座長度）。,螺旋測微計測金屬絲直徑，不同位置測6次以上。,24,實驗記錄與數(shù)據(jù)處理,一、實驗記錄（1）鋼絲直徑測量數(shù)據(jù)表格；（2）加卸載荷標(biāo)尺讀數(shù)記錄表格；（3）D、L、b測量記錄表格,二、用逐差法處理N數(shù)據(jù),三、計算楊氏模量平均值、不確定度，表達測量結(jié)果。,為什么要用逐差法處理數(shù)據(jù)？（緒論）,如何計算不確定度？,（間接測量）,25,各直接測量量不確定度計算,26,兩邊取對數(shù)微分得（間接測量）：,相對不確定度,27,Y=（2.10.3）1011Pa,舉例：,數(shù)據(jù)處理要有較詳細的計算過程，中間結(jié)果的不確定度可以多取一位。最后結(jié)果不確定度取一位。注意結(jié)果的有效數(shù)字修約規(guī)則和測量結(jié)果的正確表達。,計算錯誤或測量錯誤,28,1.鋼絲直徑測量數(shù)據(jù),1,2,3,4,5,6,測次,2.D、L、b測量記錄,被測量,量具名稱,分度值,儀器誤差,測量讀數(shù),附,29,物理實驗教學(xué)中心,3.標(biāo)尺讀數(shù)記錄,載荷/kg,0,1,2,3,4,5,6,7,加載,減載,標(biāo)尺讀數(shù),逐差值,4kg,次數(shù),2.000,3.000,4.000,5.000,6.000,7.000,8.000,9.000,注意隨時檢查測量數(shù)據(jù)是否有問題！,30,3.標(biāo)尺讀數(shù)記錄,載荷/kg,0,1,2,3,4,5,加載,減載,標(biāo)尺讀數(shù),逐差值,3kg,次數(shù),5.000,6.000,7.000,8.000,9.000,10.000,實驗報告須重新畫表格，原始數(shù)據(jù)貼在報告上,31,注意事項,1.實驗時保證實驗桌不震動金屬絲最大拉力不超過12公斤。忽動光杠桿連接件。2.實驗完畢，旋松施力螺母，關(guān)閉拉力計。3.增減載荷過程中，載荷相同時，讀數(shù)基本相同，否則要尋找原