1、金屬絲彈性模量的測定 楊老師 v一、物理思想 v二、實驗目的 v三、實驗儀器 v四、實驗原理 v五、實驗內容與步驟 v六、注意事項 v七、數據處理 物理思想物理思想 v 固體材料受外力作用時會發生形變，而形變有 彈性形變和塑性形變之分：彈性形變是在外力作 用撤銷后能恢復原狀，而塑性形變不能恢復原狀。 本實驗測量金屬絲伸長的縱向彈性模量，也稱楊 氏模量，它是表征固體材料彈性性質的物理量， 理論上是金屬絲伸長應變為1時，單位面積所受的 力。但是，與伸長應變有關的伸長量是微小的變 化量，僅為10-2mm量級，因此，拉伸法測定金屬絲 彈性模量的實驗關鍵是借助光學放大法，即利用 光杠桿將微小伸長量放大后

2、進行測量的方法。 實驗目的實驗目的 v（1）學習測量彈性模量的方法。 v（2）學習調整鉛直、水平、望遠鏡聚焦以及光學 共軸等高調節等方法。 v（3）學習用逐差法、作圖法及圖解法處理數據。 實驗儀器實驗儀器 彈性模量測定儀一套、光杠桿反射鏡、望遠 鏡及標尺、砝碼、外徑千分尺、游標卡尺、鋼卷 尺。 應變應變應力應力 L L E S F 實驗原理實驗原理 胡克定律：在彈性限度內，應力與應變成正 比 ，即 彈性模量彈性模量 Ld 4FL E 2 其中F、L、d較容易測定而 是一個微小的長 度變化量，很難用普通的側長儀器測量。因而， 本實驗采用光杠桿的光學放大原理來解決。 2 4 1 dS L 光杠桿原

3、理光杠桿原理 用光學轉換放大的方法來測量微小長度變化， 即將很難測量的 ，轉換為易于測量的標尺 度 。 L n 由于由于 遠遠小于遠遠小于b b，所以，所以 也很小，固有也很小，固有 又因又因 遠遠小于遠遠小于D D固有固有 兩式相除得：兩式相除得： L tan b L n22tan 0 D nni n D b L 2 n L L 只要測得b、 、D、即可測出 。光杠桿 的作用在于將微小長度變化值 放大為標尺 上的位移量 ，2D/b稱為光杠桿的放大倍數。n 綜合以上幾式可以得到： nbd mgDL E 2 8 實驗內容與步驟實驗內容與步驟 1.儀器調節 （1）調整彈性模量測定儀的底腳螺釘，使固

4、定金屬 絲的小圓柱位于平臺圓孔中間并處于自由狀態（即不 與孔壁摩擦）。 （2）調節光杠桿和望遠鏡。調整的基本原則是先粗 調后細調，調整好的標準是從望遠鏡中能夠看到清晰 而無視差的標尺刻度。具體步驟如下： 1）調整光杠桿和望遠鏡系統。要求放置平面鏡 支架的平臺水平，平面鏡垂直于水平面，望遠鏡水平 的對準平面鏡，標尺與望遠鏡垂直。 2）調節望遠鏡與平面鏡中心共軸等高，并將 望遠鏡水平叉絲對準標尺的零刻度線或者零刻度 線附近。 3）調節望遠鏡聚焦，使通過目鏡能看到標尺 成像清晰且無視差。 2.測量 （1）測量前預加一個砝碼，將金屬絲拉直（不計標 尺讀數）。 （2）依次在砝碼鉤上加掛砝碼，（每次1kg

5、，加到 8kg），待砝碼靜止后，記下相應的標尺讀數 n1,n2,n3,n8。依次減少砝碼（每次1kg，減到 1kg），記下相應的標尺讀數n8,n7,n6,n1。 （3）取同一負荷下標尺讀數的平均值 ，再用逐差 法求出 。 i n i n （4）用外徑千分尺測量金屬絲直徑d，在上、中、 下各部分分別測量3次，求其平均值 。 （5）用鋼卷尺單次測量標尺平面到光杠桿小鏡面的 距離D。 （6）用鋼卷尺單次測量金屬絲的有效長度L。 （7）取下光杠桿，將刀口及主桿尖腳印在紙上，用 游標卡尺測量主桿尖腳至刀口間的距離b，測6次 取平均值 。 d b 注意事項注意事項 1.實驗系統調好后，一旦開始測量，即不能對系統任 一部分進行調整。否則，所有數據重新測量。 2.加減砝碼時，要輕拿輕放，讓砝碼開口均勻的朝向 各個方向，使重心在金屬絲所在的鉛垂線上。 3.切勿用手觸摸反射鏡面和望遠鏡鏡頭。 4.測量鋼絲直徑時，注意不要將金屬絲硬性彎折 5.實驗完成后將砝碼取下，將金屬絲托架上升，使金 屬絲自然彎曲不受外力，防止金屬絲長時間受力而疲 勞伸長。 6.測量鋼絲直徑時應在不同位置多次