大學物理實驗示范報告(以楊氏模量實驗為例)

1、.一.預習報告拉伸法測金屬絲的氏模量實驗目的1、掌握用光杠桿法測量微小長度變化的原理和方法；2、學會用逐差法處理數據；3、學習合理選擇儀器，減小測量誤差。實驗原理根據胡克定律，在彈性限度，其應力F/S L/L F E LSL本實驗的最大載荷是 10kg，E 稱為氏彈性模量。光杠桿測微原理，圖 11 光杠桿原理由于 很小， 消去 角，就可得：L x(A ) E8FLD式中 L 為金屬絲2D1d21A 0 為光杠桿后足至前兩足直線的垂直距離 為增加一個砝碼的重量mg）,A1-A0 是增加一個砝碼后由于屬絲伸長在望遠鏡中刻度的變化量。4.實驗儀器表1實驗儀器型號與主要技術參數儀器名稱靜態(tài)氏模量儀卷尺

2、螺旋測微器游標卡尺儀器型號YMC2m0-25mm0-150 mm主要技術參數1.8m2mm0.01mm0.02 mm1 / 5實驗容用拉伸法測量金屬（碳鋼）絲的氏模量須知 加減砝碼要輕放輕取，并等穩(wěn)定后再讀數。10kg。為止。使用望遠鏡讀數時要注意避免視差。注意維護金屬絲的平直狀態(tài)，在用螺旋測微器測其直徑時勿將它扭折。預習思考題回答d 和L 分析它們測量誤差對總誤差的貢獻大小。D 較長m 數量級，用米尺量可得5L 量即可；X 48cm4（X；d 0.60.8mm 3Y d d 應在金L 約為0.20.6mm，利用光杠桿法放大2D4050倍，A 約為13cm，是造X定性、視差、讀數誤差等，光學系

3、統(tǒng)相對位置的不正，也會引起系統(tǒng)誤差（見第3。、DX d 的測量卻較為復雜？DX d （但隨機誤差的計算則可近似地看作是在相同條件下的多次測量。數據記錄表格表2望遠鏡中直尺讀數記錄mi/kg01.0002.0003.0004.0005.0006.0007.000直尺讀數加砝碼.000.400.801.201.581.982.352.74/cm減砝碼.000.400.801.201.601.952.352.74表3金屬絲直徑測量數據記錄金屬絲直徑金屬絲直徑d上/mmdd中/mm下/mm未加載時0.7440.7450.746加滿載時0.7120.7100.748螺旋測微器零點讀數/mm0.000表4

4、其它測量數據記錄DD/cm135.40.1L /cm78.20.1X /cm6.8000.002二.實驗過程記錄實驗中的現象和處理加砝碼時圖像抖動，加減砝碼時輕放輕取，等穩(wěn)定后再讀數。近了。三.數據處理與結果分析數據處理A4iA AA 的結果表示式；imi/kg直尺讀數/cmmi/kg直尺讀數/cm加砝碼減砝碼A /cmi(A A4ii1.591.571.551.54A /cm01.0002.0003.0004.0005.0006.0007.000.000.400.801.201.581.982.352.74.000.400.801.201.601.962.352.74.000.400.801

5、.201.591.972.352.74求金屬絲直徑的平均值d ，并寫出d 的結果表示式；金屬絲直徑d上/mmd金屬絲直徑d上/mmdd中/mm下/mm螺旋測微器零點讀數(mm)0.000d /mm0.734d/mm0.7340.019(udS 2 2d儀0.0182 0.0052 0.019)未加載時0.7440.7450.746加滿載時0.7120.7100.748計算出氏模量：8FLD849.878.2102 135.4102E(N/m2)d2xA3.142(0.743103)26.8001031.56102=1.8051011 (N / m2 )F mg m 4kg A 是加4kg 的平

6、均變化量。按不確定度傳遞公式計算：2u22u2u2u2d d X Ax A 20.01920.00220.0120.7436.8001.56E則：u=(u/E)E=1.80510110.064(N/m2)=0.121011 (N/m2)EE結果表達式E =E+u=0.12)1011(N/m2)E這里可忽略 F、L、D 的不確定度，因為它們的相對不確定度在0.1%以下。7中鋼的氏模量值作比較：計算百分差:E E0E0100% 1.80 2.00100% 10%2.00-10（1）就儀器而言最大誤差不超過如下：待測圍M=71kg L=80.00cm D=150.00cm d=0.0600cm X=

7、8.000cmA=4.00cm選用儀器分度值儀（儀）100%砝待測圍M=71kg L=80.00cm D=150.00cm d=0.0600cm X=8.000cmA=4.00cm選用儀器分度值儀（儀）100%砝卷卷碼尺尺0.4g0.2cm 0.2cm儀0.1cm0.1cm 0.001cm儀儀千 分尺游標卡尺0.0004cm儀0.002cm米尺002cm0.1cm0.儀0.05cm儀/m=0.4g/1kg=0.04%/L=0.2/80.00=0.25%/D=0.2/150.0=0.13%/d=0.0004/0.0600=1.7%/X=0.002/8.000=0.025%/A=0.05/4.00

8、=1.3%uE uu2u2u22u2u m L D m L D 2d u2d X AX A E（2）從實驗數據看望遠鏡中直尺讀數 A4iAid 金屬絲直徑偏大,查找d 參考值為 0.0700mm，造成誤差的大小分析如下：d 0.0700mmE 1.979 1011 N / m2E EE100% 1.80 1.98 100% 10%1.98由以上分析知，實驗的主要誤差為金屬絲直徑測量的誤差。結果的分析討論本實驗用拉伸法測碳鋼絲的氏模量，結果1.8051011(N /m2 )碳鋼絲的氏模量參考值，N /m2 )誤差原因已在前面進行了分析，是金屬絲自身生銹造成。通過數據處，量結果的總不確定度貢獻的大?。ㄓ绊懙拇笮。瑏泶_定哪些量需要精細測量以減小其不確定度的影響，而哪些量測量不必苛求也不致影響最后的結果，選擇儀器合理。實驗中（1）加砝碼時圖像抖動，加減砝碼時輕放