拉伸法測(cè)量金屬絲的彈性模量

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上實(shí)驗(yàn)三 拉伸法測(cè)量金屬絲的模量一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 掌握用拉伸法測(cè)量金屬絲彈性模量的原理和方法。2. 學(xué)習(xí)光杠桿測(cè)量微小長(zhǎng)度變化的原理和方法。2、 實(shí)驗(yàn)原理 1.彈性模量 在外力作用下，固體所發(fā)生的形狀變化稱為形變。如果力較小時(shí)，一旦外力停止了作用，形變將隨之消失，這種形變稱為彈性形變。如果外力足夠大，當(dāng)停止作用時(shí)，形變不能完全消失，留下剩余的形變稱之為塑性形變。當(dāng)開始出現(xiàn)塑形形變時(shí)，表明材料達(dá)到了彈性限度。 針對(duì)連續(xù)，均勻，各向同性的材料做成的鋼絲，設(shè)其長(zhǎng)為L(zhǎng)，橫截面積為S。沿長(zhǎng)度方向施力F后，鋼絲繩伸長(zhǎng)或縮短L。單位長(zhǎng)度的伸長(zhǎng)量L/L稱為線應(yīng)變，單位橫截面積所受的力F

2、/S稱為正應(yīng)力。根據(jù)胡克定律，在金屬絲彈性限度內(nèi)正應(yīng)力和線應(yīng)變呈正比關(guān)系。比例系數(shù) (1)稱為彈性模量，舊城楊氏模量，他表征材料本身的彈性性質(zhì)。E越大的材料，要使他發(fā)生一定的相對(duì)形變所需的單位橫截面積上的作用力就越大。實(shí)驗(yàn)表明，彈性模量E與外力F，物體的原長(zhǎng)L和橫截面積S的大小無(wú)關(guān)。僅與材料的性質(zhì)有關(guān)。 為測(cè)定彈性模量E值，式中F,S,L都可以用普通儀器及一般方法測(cè)出。唯有L是一個(gè)微小的變化量。很難用普通測(cè)長(zhǎng)的儀器準(zhǔn)確的量度。本實(shí)驗(yàn)將采用光杠桿方法進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量。2.光杠桿裝置 初始時(shí)，平面鏡處于垂直狀態(tài)。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

3、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)閝角很小，由上圖幾何關(guān)系得： 則： （2） 由（1）（2）得： （3）三、實(shí)驗(yàn)器材彈性模量測(cè)定儀（包括：拉伸儀、光杠桿、望遠(yuǎn)鏡、標(biāo)尺），水平儀，鋼卷尺（5M），螺旋測(cè)微器（0.01mm），游標(biāo)卡尺（X=0.05），臺(tái)燈，砝碼（1Kg）若干四、實(shí)驗(yàn)步驟1. 調(diào)彈性模量測(cè)定儀底角螺釘，使鋼絲位于平臺(tái)圓孔中間且能上下自由移動(dòng)。使工作臺(tái)水平。2. 放上光杠桿，T形架的兩前足置于平臺(tái)上的溝槽內(nèi)。使鏡面與金屬

4、絲平行，將望遠(yuǎn)鏡置于光杠桿前1.5m2.0m處。3. 使直尺和金屬絲平行。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。移動(dòng)望遠(yuǎn)鏡使標(biāo)尺與望遠(yuǎn)鏡幾乎對(duì)稱的分布在反射鏡兩側(cè)。利用望遠(yuǎn)鏡上的瞄準(zhǔn)器，使望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)反射鏡，調(diào)節(jié)鏡面使通過(guò)鏡筒上方能從反射鏡中看到標(biāo)尺像。4. 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。以消除叉絲橫線與直尺刻度間的視差。5. 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1kg砝碼，待系統(tǒng)穩(wěn)定后，記錄望遠(yuǎn)鏡中標(biāo)尺讀數(shù)，以后依次加1kg，并分別記錄望遠(yuǎn)鏡中標(biāo)尺讀數(shù)，直到6塊砝碼加完為止.這是增量過(guò)程

5、中的讀數(shù)。然后再每次減少1kg砝碼，并記下減重時(shí)望遠(yuǎn)鏡中標(biāo)尺的讀數(shù)。（以消除彈性形變滯后效應(yīng)的影響）取同一負(fù)荷刻度尺的度數(shù)平均值 6. 根據(jù)待測(cè)長(zhǎng)度的特征，應(yīng)綜合運(yùn)用多種測(cè)量長(zhǎng)度的工具的方法，正確選擇實(shí)驗(yàn)室提供的測(cè)量?jī)x器。用卷尺測(cè)量平面鏡與標(biāo)尺之間的距離D，鋼絲長(zhǎng)度L，用游標(biāo)卡尺測(cè)量光杠桿K值（把光杠桿在紙上按一下，留下三點(diǎn)的痕跡，連成一個(gè)等腰三角形。作其底邊上的高，即可測(cè)出K）。用螺旋測(cè)微器測(cè)量鋼絲直徑d。7. 用逐差法處理數(shù)據(jù)。計(jì)算對(duì)應(yīng)3Kg負(fù)荷時(shí)金屬絲的伸長(zhǎng)量 （i=1,2,3，）及伸長(zhǎng)量的平均值將，L,D,K,d各量結(jié)果代入（3）式，計(jì)算出待測(cè)金屬絲的彈性模量。5、 數(shù)據(jù)記錄與處理 標(biāo)

6、尺最小分度：1mm 千分尺最小分度：0.01mm 鋼卷尺最小分度：1mm 測(cè)得鋼絲的直徑 d=0.67mm平面鏡與標(biāo)尺之間的距離 D=161.50cm 光杠桿臂長(zhǎng) k=7.036cm 鋼絲長(zhǎng)度 L=52.20cm 另外，實(shí)驗(yàn)測(cè)得的標(biāo)尺讀數(shù)如下：表一 外力mg與標(biāo)尺讀數(shù)序號(hào)i01234567m（kg）01234567加砝碼(cm)7.357.096.205.705.154.714.404.00減砝碼(cm)7.407.096.185.625.154.624.354.00(cm)7.3757.0906.1905.6605.1504.6654.3754.000表二 的逐差法處理序號(hào)I0123(cm)-2.225-2.425-1.815-1.660-2.031(cm)-0.194-0.3940.2160.371=0.564計(jì)算彈性模量： =6、 討論分析1. 實(shí)驗(yàn)測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)，由于砝碼的搖晃使得金屬絲沒有絕對(duì)靜止，讀數(shù)時(shí)存在隨機(jī)誤差。2. 測(cè)量金屬絲直徑時(shí)，金屬絲并不是嚴(yán)格的圓柱體，可能存在橢圓形，故測(cè)出的直徑存在系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差。3. 測(cè)量D時(shí)米尺沒有拉水平，測(cè)量L時(shí)米尺沒有鉛垂導(dǎo)致誤差存在。用卷尺測(cè)量時(shí)由于時(shí)差導(dǎo)致結(jié)果偏差可能較大。4. 平臺(tái)上的圓柱形卡頭