金属杨氏模量的测量,物理实验教学中心,实验背景,弹性模量又称弹性系数、杨氏模量，它是弹性材料的一种最重要、最具特征的力学性质，是物体变形难易程度的表征，用E表示定义为理想材料在小形变时应力与相应的应变之比。根据不同的受力情况，分别有相应的拉伸弹性模量（杨氏模量）、剪切弹性模量（刚性模量）、体积弹性模量等。它是一个材料常数，表征材料抵抗弹性变形的能力，其数值大小反映该材料弹性变形的难易程度。对一般材料而言，该值比较稳定，但就高聚物而言，则对温度和加载速率等条件的依赖性较明显。对于有些材料在弹性范围内应力-应变曲线不符合直线关系的，则可根据需要取切线弹性模量、割线弹性模量等人为定义的办法来代替它的弹性模量值。,实验目的,用拉伸法测定钢丝的杨氏模量。 掌握用光杠杆测量微小伸长量的原理和方法。 学会用逐差法处理实验数据。,实验仪器,卷尺、游标卡尺、钢尺、大砝码一套（每个砝码质量为1kg）。,杨氏模量仪,读数望远镜,光杠杆,螺旋测微计,实验原理,固体在外力作用下将发生形变，如果外力撤去后相应的形变消失，这种形变称为弹性形变。如果外力后仍有残余形变，这种形变称为范性形变。胁强是指单位面积上所受到的力（F/S）。胁变是指在外力作用下的相对形变（相对伸长L/L）它反映了物体形变的大小。 胡克定律：在物体的弹性限度内，应力与应变成正比，其比例系数称为杨氏模量（记为Y）。用公式表达为：,Y（杨氏模量）在数值上等于产生单位应变时的胁强。它的单位是与胁强的单位相同。杨氏弹性模量是材料的属性，与外力及物体的形状无关。,当钢丝在外力F作用下发生微小变化L时，平面反射镜面发生偏转，转角为。从望远镜中看到的是标尺刻度 经平面反射镜形成的像，像相对平面镜转动了2，对应的距离为 n。,L,D,K,望远镜,目镜,物镜,n0,n,钢丝,砝码盘,L,2,n,物镜调节旋纽,光杠杆,杨氏模量的测量原理图,这样，通过平面镜的旋转和反射光线的变化把微小位移L转化为容易观测的大位移l，这与机械杠杆类似，所以把这种装置称为光杠杆。,实验内容与步骤,调整杨氏模量测定仪 调节光杠镜及望远镜尺组 逐次增减砝码，记录实验数据 测量实验常数 逐差法处理数据，并根据公式：,求算杨氏模量Y，分析误差,（详见实验步骤）,注意事项,钢丝必须铅直（平台要水平），否则会使钢丝夹与平台有摩擦，平面镜与平台不垂直；光杠杆的后足一定要放在钢丝夹子上。 消除视差：上下移动眼睛，望远镜中叉丝像与标尺刻度线应无相对位移，否则就是有视差，应反复、仔细调节物镜和目镜焦距（即望远镜螺旋A、B），直到视差消除为止。 调整好实验装置，记下读数r0后，千万不可碰撞实验装置和放置仪器的架子，平面镜调好后，两侧螺栓要旋紧，否则可能会由于一点微小的振动，造成数据较大偏离，严重时，将导致数据混乱，实验失败。 加减砝码时，要一手扶住砝码托，另一手轻拿轻放，并等钢丝稳定1min后再读数。,思考题,说明怎样提高光杠杆的放大倍数。 材料相同，粗细、长度不同的两根钢丝，它们的杨氏模量是否相同？ 根据胡克定律，ri和ri应该有什么关系？当每次加减砝码的重量相同时，读数ri应有什么规律？如何判断你的实验数据是否合理？ 哪个量的误差对Y的测量影响最大？,