汕头大学：物理系实验教学中心（PPT讲稿）实验一 拉伸法测定杨氏模量（1）

大学物理实验1：拉伸法测量杨氏模量汕头大学物理系

大学物理实验1： 汕头大学物理系

实验简介1940年7月1日美国Tocama悬索桥因共振而胡塌

1940 年7月1日美国 Tocama 悬索桥因共振而坍塌

实验简介杨氏模量，又称拉伸模量，是描述固体材料抵抗形变能力的物理量，属于弹性模量的一种。杨氏模量是表征材料力学性能的一个重要指标，其测定在机械部件、地质，生物力学、建筑工程等领域有重要意义。对杨氏模量的测定方法有拉伸法、梁弯曲法、振动法、内耗法等方法，本实验采用拉伸法

杨氏模量，又称拉伸模量，是描述固体材料抵抗形变能 力的物理量，属于弹性模量的一种。杨氏模量是表征材 料力学性能的一个重要指标，其测定在机械部件、地质、 生物力学、建筑工程等领域有重要意义。 对杨氏模量的测定方法有拉伸法、梁弯曲法、振动法、 内耗法等方法，本实验采用拉伸法

实验目的x用拉伸法测定金属丝的杨氏模量：用读数显微镜配以CCD成像系统测量钢丝微小的伸长量用逐差法和作图法处理数据。实验仪器杨氏模量测定仪、读数显微镜、CCD成像系统、钢丝、文码、直尺、卷尺、螺旋测微计

 用拉伸法测定金属丝的杨氏模量；  用读数显微镜配以CCD成像系统测量钢丝微小的伸长量；  用逐差法和作图法处理数据。  杨氏模量测定仪、读数显微镜、CCD成像系统、钢丝、 砝码、直尺、卷尺、螺旋测微计

实验原理一均匀金属丝，长为L、截面积为S，在受轴线方向外力F作用下伸长L，根据Hooke定律，在弹性限度内，伸长应变ALFE·-L=sE即为该金属丝的杨氏模量金属丝截面可近似看成是圆形，设其直径为d，则：4FL用读数显微镜测量E=元dAL

一均匀金属丝，长为L、截面积为S，在受轴线方向外力F作用 下伸长∆L，根据Hooke定律，在弹性限度内，伸长应变 �即为该金属丝的杨氏模量 金属丝截面可近似看成是圆形，设其直径为�，则： 用读数显微镜测量 � ∙ ∆� � = � � � = 4�� �� 2∆�

实验原理考虑到码重量等于金属丝长度方向拉力，则测试样品4AmgLE=DC12VCdCCI监视器H直实验装置图

实验装置图 考虑到砝码重量等于金属丝 长度方向拉力，则 � = 4∆𝑚� �� 2∆�

实验步骤1、调节仪器调节支架S铅直（用底脚螺丝调节）使金属丝下端的小圆柱与钳形平台之间能无摩擦地上下自由移动，调整金属丝下端夹具的夹持位置使小圆柱两侧凹槽对准钳形平台两侧限制圆柱转动的小螺丝；两侧同时对称地将螺丝旋入凹槽中部，但不能夹死小圆柱。（这样做的目的是？先调显微镜目镜，用眼睛看到清晰的分划板像。再将物镜对准小圆柱平面中部，调节显微镜前后距离，然后微调显微镜旁螺丝直到看清小圆柱平面中部细横刻线的像，并消除视差。（如何判断无视差？）将CCD摄像机装上镜头，把视频电缆线的一端接摄像机的Videoout端，另一端接监视器的VideoIn端。仔细调整CCD位置及镜头焦距，直到监视器屏幕上看到清晰的图像

1、调节仪器 Ø 调节支架 S 铅直（用底脚螺丝调节），使金属丝下端的小圆柱与钳形 平台之间能无摩擦地上下自由移动，调整金属丝下端夹具的夹持位置， 使小圆柱两侧凹槽对准钳形平台两侧限制圆柱转动的小螺丝；两侧同 时对称地将螺丝旋入凹槽中部，但不能夹死小圆柱。（这样做的目的 是？） Ø 先调显微镜目镜，用眼睛看到清晰的分划板像。再将物镜对准小圆柱 平面中部，调节显微镜前后距离，然后微调显微镜旁螺丝直到看清小 圆柱平面中部细横刻线的像，并消除视差。（如何判断无视差？） Ø 将 CCD 摄像机装上镜头，把视频电缆线的一端接摄像机的Video out 端,另一端接监视器的Video In端。仔细调整CCD位置及镜头焦距，直 到监视器屏幕上看到清晰的图像

实验步骤2、观测伸长变化为了消除构件间的间隙和金属丝的弯曲可在码盘上先加一块200g的初始码，此时监视器屏幕上显示的小圆柱上的细横刻线指示的刻度为N，记录其数值，然后在码盘上逐次加50g码，对应的读数为n（i=1,2，,10），再将所加的码逐个减去。记下对应的读数为n（1,2..10）。并将两对应读数n与n，求平均。3、用外径千分尺测量金属丝直径d（测3次），注意记下外径千分尺的零读数，求其平均值d及不确定度U（d），测量时应十分仔细，切勿扭折钢丝。用直尺测量金属丝长度L

2、观测伸长变化为了消除构件间的间隙和金属丝的弯曲可在砝 码盘上先加一块200 g的初始砝码，此时监视器屏幕上显示的小 圆柱上的细横刻线指示的刻度为�，记录其数值，然后在砝码盘 上逐次加50 g砝码，对应的读数为��(�=1,2,.,10)，再将所加的 砝码逐个减去。记下对应的读数为�� ′ (�=1,2,.,10)。并将两对应 读数��与�� ′求平均。 3、用外径千分尺测量金属丝直径�(测3次)，注意记下外径千分 尺的零读数,求其平均值�及不确定度�(�)，测量时应十分仔细， 切勿扭折钢丝。用直尺测量金属丝长度�

实验步骤4、数据处理V用逐差法处理数据，计算不确定度UL）、U(Am）、U(N），计算不确定度U（E），表示测量结果E士UE）。(2u(d))(u(△m)())(u(E) =Edm注意：>用作图法处理数据有效数字，注意末尾“对齐”u(E）的有效数字只需取一位，最多取两位！

4、数据处理 Ø 用逐差法处理数据，计算不确定度�(�)、�(��) 、�(�)，计算 不确定度�(�)，表示测量结果� ± �(�) 。 �(�) = � ⋅ 2�(�) � 2 + �(�) � 2 + �(�) � 2 + �(Δ�) � 2 Ø 用作图法处理数据 注意： 有效数字，注意末尾“对齐” �(�) 的有效数字只需取一位，最多取两位！

实验注意事项x在调好实验系统后，整个操作过程中都要避免实验系统产生震动，以保证读数准确。加减码时勿使础码托摆动，且将码缺口交叉放置。增减码时动作要轻慢，应等钢丝不晃动并且形变稳定之后再进行测量。x测量中应随时注意判断数据，以便及时发现问题，改进操作

 在调好实验系统后，整个操作过程中都要避免实验系统产生震 动，以保证读数准确。  加减砝码时勿使砝码托摆动，且将砝码缺口交叉放置。  增减砝码时动作要轻慢，应等钢丝不晃动并且形变稳定之后再 进行测量。  测量中应随时注意判断数据，以便及时发现问题，改进操作