2023年靜態(tài)拉伸法測彈性模量實驗報告

靜態(tài)拉伸法測彈性模量實驗報告（1）可見,只要測量外力（1）可見,只要測量外力F、材料（本實驗用金屬絲）的長度L和截面積S,以及金屬絲的長度變化量，就可以計算出彈性模量E。其中,F、S和L都是比較容易測得的，唯有很小,用一般的量具不易準確測量。本實驗采用光杠桿鏡尺組進行長度微小變化量的測量，這是一種非接觸式的長度放大測彈性模量（亦稱楊氏模量）是固體材料的一個重要物理參數(shù),它標志著材料對于拉伸或壓縮形變的抵抗能力。作為測定金屬材料彈性模量的一個傳統(tǒng)方法，靜態(tài)拉伸法在一起合理配置、誤差分析和長度的放大測量等方面有著普遍意義，但這種方法拉伸實驗荷載大，加載速度慢，存在弛豫過程，對于脆性材料和不同溫度條件下的測量難以實現(xiàn)。1實驗原理及儀器胡克定律指出，對于有拉伸壓縮形變的彈性形體，在彈性范圍內(nèi)，應(yīng)力與應(yīng)變成正比，即式中比例系數(shù)E稱為材料的彈性模量，它是描寫材料自身彈性的物理量.改寫上式則有、量的方法。本實驗采用的重要實驗儀器有：彈性模量儀（如圖1）、光杠桿鏡尺組（如圖2）、螺旋測微器、米尺、祛碼等。圖1彈性模量測量裝置

圖2光杠桿圖3光杠桿放大原理儀器調(diào)節(jié)好后，金屬絲未伸長前，在望遠鏡中可看到由平面鏡反射的標尺的像，將望遠鏡的細叉絲對準標尺的刻度，讀出讀數(shù)為Ro;將祛碼加在祛碼托上后,金屬絲被拉長，光杠桿鏡面向后傾斜了a角.根據(jù)光的反射定律可知，此時在望遠鏡中細叉絲對?準的是鏡面反射后的標尺上的刻度Ri，其相應(yīng)的入射光和反射光的夾角為2a。設(shè)N=R「R2,K為光杠桿的前后足之間的垂直距離,D為光杠桿鏡面到標尺之間的距離，考慮到，角很小，所以有可得(2)將式(2)代入式(1)即得拉伸法測定金屬絲彈性模量(3)式中d為金屬絲的直徑.2實驗環(huán)節(jié)調(diào)整彈性模量儀①調(diào)節(jié)三腳底座上的調(diào)節(jié)螺絲，使立柱鉛直。②將光杠桿放在平臺上，兩前足放在平臺前面的橫槽內(nèi),后足放在夾子B上，注意后足不要與金屬絲相碰。③加2kg跌碼在祛碼托上，把金屬絲拉直。檢查夾子B是否能在平臺的孔中上下自由地滑動，金屬絲是否被上下夾子夾緊。調(diào)節(jié)光杠桿鏡尺組①望遠鏡鏡尺組放在離光杠桿鏡面約1.5m處，安放時盡量使望遠鏡和光杠桿的高度相稱，望遠鏡光軸水平，標尺和望遠鏡光軸垂直。②調(diào)節(jié)望遠鏡時先從望遠鏡的外側(cè)沿鏡筒方向觀測，看鏡筒軸線的延長線是否通過光杠桿的鏡面，以及鏡面內(nèi)是否有標尺的像。若無，則可移動望遠鏡的三腳架并略微轉(zhuǎn)動望遠鏡，保持鏡筒的軸線對準光杠桿的鏡面,直到鏡筒上方能看到光杠桿鏡內(nèi)有標尺的像為止。的計算公式③調(diào)節(jié)望遠鏡的目鏡，使鏡筒內(nèi)十字叉絲清的計算公式楚，再調(diào)節(jié)望遠鏡的調(diào)焦手輪，使標尺在望遠鏡中成像清楚無視差。@仔細調(diào)節(jié)光杠桿小鏡的傾角以及標尺的高度,使尺像的零線（在標尺的中間）盡也許落在望遠鏡十字叉絲的橫線上。測量①輕輕依次將1kg的祛碼加到祛碼托上，共9次。記錄每次從望遠鏡中測得的標尺像的讀數(shù)Rio②將所加的9kg破碼輕輕地依次取下，記錄每減少1kg祛碼時的Rio注意加減祛碼時勿使祛碼托擺動，各祛碼缺口交又放置，以防倒落。解決數(shù)據(jù)實驗數(shù)據(jù)將測量中采集到的數(shù)據(jù)R°、Ri……R,）提成前后兩組，用逐差法解決數(shù)據(jù)，可得增減5kg祛碼時,望遠鏡中標尺像讀數(shù)的變化量的平均值。彈性模量E相對誤差的計算廠16FLDE=-jrNKd2

3實驗數(shù)據(jù)及測量結(jié)果各單次測量量g=9.794m/s2D±Ud=84.5±0.5cmL±Ui.=32.3±0.2cmK±Uk=45.5±0.5mm金屬絲直徑d的測■螺旋測微器的初始讀數(shù)二-0.056mm螺旋測微器的儀器誤差表1金屬絲直徑d測量次數(shù)鋼絲直徑10.74220.7453().73240.73850.74060.740平均值0.740修正初讀數(shù)后0.796d的標準差Sd4.40x1O-3<1的A類不擬定度Ua4.62X10，d的B類不擬定度Ub0.004d的不擬定度Ud0.006鋼絲直徑d=d土Ud0.796±0.00633望遠鏡中標尺像Ri的數(shù)據(jù)解決表2望遠鏡中標尺像的數(shù)據(jù)解決荷重增重減重平均讀數(shù)N值/Qm次/kg讀數(shù)讀數(shù)RRi數(shù)Ri/i/102m10°m/io2in3.4彈性模量E及其不擬定度的計算R0=002.0()00N1=R5-RP0=1.18由于是新儀器，公式改為：13.0()0.300.20R,=0.2n516FZJ)u?^NKd224.00.450.40R[=N2=R6-Ri000.42=1.23代入以上測量數(shù)據(jù)，得：35.000.700.70R3=0.70,4、16X5X9.794X32.3x10-2x84.5x10-2原工E=——7nx(0.796x1O-Jx1.22x10-2x4.55x1O'2046.000.900.98R,=0.9Ns=R?-R2"94xlO”N/〃/04=1.29不擬定度的計算：57.01.151.20R5=1-16008.0(X)1.451.508R?=L4N.=R.-3擷+也，也u；8Rs=J-!-TxO.22+-!-rxO.5:+—^X0.0062+」x0.05，-Ux0.06：V32.3284,5-0.796-4.5521.22*79.01.701.72R7=1.7=1.18001/也限811.801.95R8=L8n5=r<>-r.=t/h>E=5.4xlO_2xl.94xlO,10.0008=1.2040.10x10"912.102.18Rg=2.F=(I.9