楊氏模量實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、楊氏模量實(shí)驗(yàn)報(bào)告 開展實(shí)驗(yàn)自然要寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告， 楊氏模量實(shí)驗(yàn)報(bào)告怎樣寫呢 ?那么， 下面是給大家整理收集的楊氏模量實(shí)驗(yàn)報(bào)告相關(guān)范文，僅供參考。 楊氏模量實(shí)驗(yàn)報(bào)告 1 【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?1.1.掌握螺旋測(cè)微器的使用方法。 2. 學(xué)會(huì)用光杠桿測(cè)量微小伸長(zhǎng)量。 3. 學(xué)會(huì)用拉伸法金屬絲的楊氏模量的方法。 【實(shí)驗(yàn)儀器】 楊氏模量測(cè)定儀 （包括：拉伸儀、光杠桿、望遠(yuǎn)鏡、標(biāo)尺 ），水準(zhǔn) 器，鋼卷尺，螺旋測(cè)微器，鋼直尺。 1、金屬絲與支架 （裝置見(jiàn)圖 1）：金屬絲長(zhǎng)約 0.5 米，上端被加緊 在支架的上梁上， 被夾于一個(gè)圓形夾頭。 這圓形夾頭可以在支架的下 梁的圓孔內(nèi)自由移動(dòng)。 支架下方有三個(gè)可調(diào)支腳。 這圓形的

2、氣泡水準(zhǔn)。 使用時(shí)應(yīng)調(diào)節(jié)支腳。 由氣泡水準(zhǔn)判斷支架是否處于垂直狀態(tài)。 這樣才 能使圓柱形夾頭在下梁平臺(tái)的圓孔轉(zhuǎn)移動(dòng)時(shí)不受摩擦。 2、光杠桿 （結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖 2）：使用時(shí)兩前支腳放在支架的下梁平臺(tái)三 角形凹槽內(nèi)，后支腳放在圓柱形夾頭上端平面上。 當(dāng)鋼絲受到拉伸時(shí)， 隨著圓柱夾頭下降， 光杠桿的后支腳也下降， 時(shí)平面鏡以兩前支腳為 軸旋轉(zhuǎn)。 圖 1 圖 2 圖 3 3、望遠(yuǎn)鏡與標(biāo)尺 （裝置見(jiàn)圖 3）：望遠(yuǎn)鏡由物鏡、目鏡、十字分劃 板組成。使用實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)目鏡，使看清十字分劃板，在調(diào)節(jié)物鏡使看清 標(biāo)尺。這是表明標(biāo)尺通過(guò)物鏡成像在分劃板平面上。 由于標(biāo)尺像與分 劃板處于同一平面，所以可以消除讀書時(shí)的視差 (即

3、消除眼睛上下移 動(dòng)時(shí)標(biāo)尺像與十字線之間的相對(duì)位移 )。標(biāo)尺是一般的米尺，但中間 刻度為 0。 【實(shí)驗(yàn)原理】 1、胡克定律和楊氏彈性模量 固體在外力作用下將發(fā)生形變，如果外力撤去后相應(yīng)的形變消 失，這種形變稱為彈性形變。如果外力后仍有殘余形變，這種形變稱 為塑性形變。 應(yīng)力：?jiǎn)挝幻娣e上所受到的力 (F/S)。 應(yīng)變：是指在外力作用下的相對(duì)形變(相對(duì)伸長(zhǎng)DL/L)它反映了物 體形變的大小。 用公式表達(dá)為： (1) 2、光杠桿鏡尺法測(cè)量微小長(zhǎng)度的變化 在(1)式中，在外力的F的拉伸下，鋼絲的伸長(zhǎng)量DL是很小的量。 用一般的長(zhǎng)度測(cè)量?jī)x器無(wú)法測(cè)量。在本實(shí)驗(yàn)中采用光杠桿鏡尺法。 初始時(shí)，平面鏡處于垂直狀態(tài)

4、。標(biāo)尺通過(guò)平面鏡反射后，在望遠(yuǎn) 鏡中呈像。 則望遠(yuǎn)鏡可以通過(guò)平面鏡觀察到標(biāo)尺的像。 望遠(yuǎn)鏡中十字 線處在標(biāo)尺上刻度為。當(dāng)鋼絲下降DL時(shí)，平面鏡將轉(zhuǎn)動(dòng)q角。則望 遠(yuǎn)鏡中標(biāo)尺的像也發(fā)生移動(dòng)，十字線降落在標(biāo)尺的刻度為 處。由于 平面鏡轉(zhuǎn)動(dòng) q 角，進(jìn)入望遠(yuǎn)鏡的光線旋轉(zhuǎn) 2q 角。從圖中看出望遠(yuǎn)鏡 中標(biāo)尺刻度的變化 因?yàn)?q 角很小，由上圖幾何關(guān)系得： 則： (2) 由(1)(2)得： 【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟】 1、調(diào)楊氏模量測(cè)定儀底角螺釘，使工作臺(tái)水平，要使夾頭處于 無(wú)障礙狀態(tài)。 2、放上光杠桿， T 形架的兩前足置于平臺(tái)上的溝槽內(nèi)，后足置 于方框夾頭的平面上。 微調(diào)工作臺(tái)使 T 形架的三足尖處于同一水平

5、面 上，并使反射鏡面鉛直。 3、望遠(yuǎn)鏡標(biāo)尺架距離光杠桿反射平面鏡 1.21.5m。調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡 光軸與反射鏡中心等高。調(diào)節(jié)對(duì)象為望遠(yuǎn)鏡筒。 4、初步找標(biāo)尺的像：從望遠(yuǎn)鏡筒外側(cè)觀察反射平面鏡，看鏡中 是否有標(biāo)尺的像。如果沒(méi)有，則左右移動(dòng)支架，同時(shí)觀察平面鏡，直 到從中找到標(biāo)尺的像。 5、調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡找標(biāo)尺的像：先調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡目鏡，得到清晰的十 字叉絲 ;再調(diào)節(jié)調(diào)焦手輪，使標(biāo)尺成像在十字叉絲平面上。 6、調(diào)節(jié)平面鏡垂直于望遠(yuǎn)鏡主光軸。 7、 記錄望遠(yuǎn)鏡中標(biāo)尺的初始讀數(shù) (不一定要零 )，再在鋼絲下端 掛0.320kg砝碼，記錄望遠(yuǎn)鏡中標(biāo)尺讀數(shù) ，以后依次加0.320kg,并 分別記錄望遠(yuǎn)鏡中標(biāo)尺讀數(shù)，

6、直到 7 塊砝碼加完為止， 這是增量過(guò)程 中的讀數(shù)。然后再每次減少 0.320kg砝碼，并記下減重時(shí)望遠(yuǎn)鏡中標(biāo) 尺的讀數(shù)。數(shù)據(jù)記錄表格見(jiàn)后面數(shù)據(jù)記錄部分。 n= elta;L 可知， 為光杠桿的放大倍率。適當(dāng)改變 R 和b,可以增加放大倍數(shù)，提高光杠桿的靈敏度，但這種靈敏度并非 越高越好；因?yàn)閑lta;L二elta;n成立的條件是平面鏡的轉(zhuǎn)角heta;很小 (heta；w 2.5 )，否則 tg2heta;e;2heta;。要使 heta; 4cm,這樣tg2heta;2heta;引起的誤差在允許范圍內(nèi)；而b盡量大 可以減小這種誤差。 如果通過(guò)減小 b 來(lái)增加放大倍數(shù)將引起較大誤差 稱為光杠桿

7、的放大倍數(shù),算算你的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的放大倍數(shù)。 答：以實(shí)驗(yàn)結(jié)果計(jì)算光杠桿的放大倍數(shù)為 楊氏模量實(shí)驗(yàn)報(bào)告 2 【預(yù)習(xí)重點(diǎn)】 (1) 楊氏模量的定義。 (2) 利用光杠桿測(cè)量微小長(zhǎng)度變化的原理和方法。 (3) 用逐差法和作圖法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的方法。 【儀器】 楊氏模量?jī)x (包括砝碼組、光杠桿及望遠(yuǎn)鏡 -標(biāo)尺裝置 )、螺旋測(cè)微 器、鋼卷尺。 【原理】 1)楊氏模量 物體受力產(chǎn)生的形變， 去掉外力后能立刻恢復(fù)原狀的稱為彈性形 變;因受力過(guò)大或受力時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，去掉外力后不能恢復(fù)原狀的稱為塑 性形變。物體受單方向的拉力或壓力， 產(chǎn)生縱向的伸長(zhǎng)和縮短是最簡(jiǎn) 單也是最基本的形變。設(shè)一物體長(zhǎng)為 L,橫截面積為S,沿長(zhǎng)度方

8、向 施力F后，物體伸長(zhǎng)(或縮短)了 elta;L。F/S是單位面積上的作用力， 稱為應(yīng)力， elta;L/L 是相對(duì)變形量，稱為應(yīng)變。在彈性形變范圍內(nèi)， 按照胡克 (Hooke Robert 16351703)定律，物體內(nèi)部的應(yīng)力正比于應(yīng) 變，其比值 (51) 稱為楊氏模量。 實(shí)驗(yàn)證明，E與試樣的長(zhǎng)度L、橫截面積S以及施加的外力F的 大小無(wú)關(guān)，而只取決于試樣的材料。從微觀結(jié)構(gòu)考慮，楊氏模量是一 個(gè)表征原子間結(jié)合力大小的物理參量。2)用靜態(tài)拉伸法測(cè)金屬絲的 楊氏模量 楊氏模量測(cè)量有靜態(tài)法和動(dòng)態(tài)法之分。動(dòng)態(tài)法是基于振動(dòng)的方 法，靜態(tài)法是對(duì)試樣直接加力，測(cè)量形變。動(dòng)態(tài)法測(cè)量速度快，精度 高，適用范圍

9、廣，是國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方法。靜態(tài)法原理直觀，設(shè)備簡(jiǎn) 單。 用靜態(tài)拉伸法測(cè)金屬絲的楊氏模量，是使用如圖51 所示楊氏 模量?jī)x。在三角底座上裝兩根支柱，支柱上端有橫梁，中部緊固一個(gè) 平臺(tái)，構(gòu)成一個(gè)剛度極好的支架。整個(gè)支架受力后變形極小，可以忽 略。待測(cè)樣品是一根粗細(xì)均勻的鋼絲。 鋼絲上端用卡頭A夾緊并固定 在上橫梁上，鋼絲下端也用一個(gè)圓柱形卡頭 B夾緊并穿過(guò)平臺(tái)C的中 心孔，使鋼絲自由懸掛。通過(guò)調(diào)節(jié)三角底座螺絲，使整個(gè)支架鉛直。 下卡頭在平臺(tái)C的中心孔內(nèi)，其周圍縫隙均勻而不與孔邊摩擦。圓柱 形卡頭下方的掛鉤上掛一個(gè)砝碼盤， 當(dāng)盤上逐次加上一定質(zhì)量的砝碼 后，鋼絲就被拉伸。下卡頭的上端面相對(duì)平臺(tái)C的下

10、降量，即是鋼絲 的伸長(zhǎng)量elta;L。鋼絲的總長(zhǎng)度就是從上卡頭的下端面至下卡頭的上 端面之間的長(zhǎng)度。鋼絲的伸長(zhǎng)量 elta;L是很微小的，本實(shí)驗(yàn)采用光杠 桿法測(cè)量。 3）光杠桿 光杠桿是用放大的方法來(lái)測(cè)量微小長(zhǎng)度 （或長(zhǎng)度改變量 ）的一種裝 置，由平面鏡M、水平放置的望遠(yuǎn)鏡T和豎直標(biāo)尺S組成（圖5 1）。 平面鏡M豎立在一個(gè)小三足支架上，0、Orime;是其前足，K是其后 足。K至OOrime;連線的垂直距離為b（相當(dāng)于杠桿的短臂），兩前足放 在楊氏模量?jī)x的平臺(tái)C的溝槽內(nèi)，后足尖置于待測(cè)鋼絲下卡頭的上端 面上。當(dāng)待測(cè)鋼絲受力作用而伸長(zhǎng) elta;L 時(shí)，后足尖 K 就隨之下降 elta;L，從

11、而平面鏡M也隨之傾斜一個(gè)lpha;角。在與平面鏡M相距D 處（約1 2m）放置測(cè)量望遠(yuǎn)鏡T和豎直標(biāo)尺S如果望遠(yuǎn)鏡水平對(duì)準(zhǔn) 豎直的平面鏡， 并能在望遠(yuǎn)鏡中看到平面鏡反射的標(biāo)尺像， 那么從望 遠(yuǎn)鏡的十字準(zhǔn)線上可讀出鋼絲伸長(zhǎng)前后標(biāo)尺的讀數(shù)nO和n1。這樣就 把微小的長(zhǎng)度改變量elta;L放大成相當(dāng)可觀的變化量elta;n=n 1-nO。從 圖5 2所示幾何關(guān)系看，平面鏡傾斜lpha;角后，鏡面法線0B也隨 之轉(zhuǎn)動(dòng)lpha;角，反射線將轉(zhuǎn)動(dòng)2lpha;角，有 在 Ipha;很小的條件下 tglpha嚴(yán) Ipha;tg2lpha嚴(yán)2lpha; 于是得光杠桿放大倍數(shù) (52) 在本實(shí)驗(yàn)中，D為1m2m,

12、b約為7cm，放大倍數(shù)可達(dá)3060 倍。光杠桿可以做得很精細(xì)，很靈敏，還可以采用多次反射光路，常 在精密儀器中應(yīng)用。 圖 5 2 光杠桿原理 4)靜態(tài)拉伸法測(cè)金屬絲楊氏模量的實(shí)驗(yàn)公式 由式(52)可得鋼絲的伸長(zhǎng)量 (53) 將式 (5 3)以及拉力 F=Mg(M 為砝碼質(zhì)量 )，鋼絲的截面積 S=1/4i;d2(d 為鋼絲直徑 )代入式(51)，于是得測(cè)量楊氏模量的實(shí)驗(yàn)公 式 【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】 ( 1 )檢查鋼絲是否被上下卡頭夾緊， 然后在圓柱形卡頭下面掛鉤上 掛上砝碼盤，將鋼絲預(yù)緊。 (2) 用水準(zhǔn)器調(diào)節(jié)平臺(tái)C水平，并觀察鋼絲下卡頭在平臺(tái) C的通 孔中的縫隙，使之達(dá)到均勻，以不發(fā)生摩擦為準(zhǔn)。 (

13、3) 將光杠桿平面鏡放置在平臺(tái)上，并使前足OOrime;落在平臺(tái)溝 槽內(nèi)，后足尖 K 壓在圓柱形卡頭上端面上。 同時(shí)調(diào)節(jié)光杠桿平面鏡 M 處于鉛直位置。 (4) 將望遠(yuǎn)鏡一標(biāo)尺支架移到光杠桿平面鏡前， 使望遠(yuǎn)鏡光軸與平 面鏡同高，然后移置離平面鏡約 1m 處。調(diào)節(jié)支架底腳螺絲，使標(biāo)尺 鉛直并調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡方位，使鏡筒水平對(duì)準(zhǔn)平面鏡 M。 (5) 先用肉眼從望遠(yuǎn)鏡外沿鏡筒方向看平面鏡M 中有沒(méi)有標(biāo)尺的 反射像，必要時(shí)可稍稍左右移動(dòng)支架， 直至在鏡筒外沿上方看到標(biāo)尺 的反射像。 (6) 調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡目鏡， 使叉絲像清晰， 再調(diào)節(jié)物鏡， 使標(biāo)尺成像清 晰并消除與叉絲像的視差， 如此時(shí)的標(biāo)尺讀數(shù)與望遠(yuǎn)鏡所在

14、水平面的 標(biāo)尺位置 n0 相差較大，需略微轉(zhuǎn)動(dòng)平面鏡 M 的傾角，使準(zhǔn)線對(duì)準(zhǔn) n0， 記下這一讀數(shù)。 (7) 逐次增加砝碼(每個(gè)0.36kg),記錄從望遠(yuǎn)鏡中觀察到的各相應(yīng) 的標(biāo)尺讀數(shù)nirime;(共7個(gè)砝碼)。然后再逐次移去所加的砝碼，也記 下相應(yīng)的標(biāo)尺讀數(shù)nirime;。將對(duì)應(yīng)于同一 Fi值的nirime;和nirime;求 平均，記為ni(加、減砝碼時(shí)動(dòng)作要輕，不要使砝碼盤擺動(dòng)和上下振 動(dòng))。(8)用鋼卷尺測(cè)量平面鏡 M到標(biāo)尺S之間的垂直距離D和待測(cè) 鋼絲的原長(zhǎng)L。從平臺(tái)上取 下平面鏡支架, 放在紙上輕輕壓出前后足尖的痕跡, 然后用細(xì)鉛 筆作兩前足點(diǎn)OOrime;的連線及K到OOrim

15、e邊線的垂線，測(cè)出此垂 線的長(zhǎng)度 b。 (9)用螺旋測(cè)微器測(cè)量鋼絲不同位置的直徑,測(cè) 6 次。 【數(shù)據(jù)處理】 (1) 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表格,正確記錄原始測(cè)量數(shù)據(jù)。 (2) 用逐差法計(jì)算 elta;n。 (3) 根據(jù)實(shí)驗(yàn)情況確定各直接測(cè)量量的不確定度。 (4) 計(jì)算出楊氏模量E,用誤差傳遞關(guān)系計(jì)算E的不確定度，并正 確表達(dá)出實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 (5)用作圖法處理數(shù)據(jù)： 式(5 4)可改寫成 率 k 中求出 E 值。 ，用坐標(biāo)紙作出nM關(guān)系圖，并從其斜. 【思考題】 (1) 楊氏模量的物理意義是什么 ?它的大小反映了材料的什么性質(zhì) ? 若某種鋼材的楊氏模量 E=2.0X 1011Nm-2，有人說(shuō)這種鋼材每平方 米截面能承受2