拉伸法测定金属的杨氏模量实验指导书1、实验仪器清单杨氏模量仪、光杠杆、尺读望远镜、游标卡尺、千分尺、钢卷尺、砝码2、实验内容和教学要求1）掌握拉伸法测定金属杨氏模量的方法：本实验利用钢丝在外力拉伸时产生形变，使得钢丝伸长。根据胡克定律，在钢丝的弹性限度内，钢丝的应力与应变成正比：。只要测出在一定的受力状态下，钢丝的伸长量ΔL就能求出钢丝的杨氏模量了。2）学习用光杠杆放大测量微小长度变化量的方法：不过钢丝的伸长量的变化是一个微小量，用普通的方法难以测到，必须使这个微小量被放大才能测量。本实验用光杠杆法放大微小量，放大方法如下图所示：从图1中我们可以看到，当钢丝拉力变化ΔF时长度的变化为ΔL，此时刻度尺的读数就变化了ΔN，而要读出ΔN是一件轻而易举的事。我们知道：，；不难得出：，所以我们可以得到：。又因为F=Mg，所以有3）学习用最小二乘法处理数据。本实验不直接计算ΔF和ΔN，而是将实验中测到的Ni和Fi直接代入最小二乘法公式中计算b，和它的不确定度，参看课本27页公式（9）、（10）与（12），令，之后再求出杨氏模量Y和它的不确定度。注意此时。4）用图示法作出N～M关系曲线并粘贴到实验结果处。3、重点与难点掌握用光杠杆放大测量微小长度变化量的方法，必需做到能把原理和实际的仪器状态相对应。学会如何把模氏模量仪、光杠杆和尺读望远镜三者之间的相对位置调整好。4、难点指导1）装置的调节关键在于弄清调节仪器的目的而不是盲目地调节。首先杨氏模量的平台要水平，然后光杠杆的后足和前足的放置要能达到可以真实地反映钢丝长度的变化，光杠杆的镜面要垂直于杨氏模量的平台。之后就是尺读望远镜的调节了。尺读望远镜的调节要达到几个目标：（a）距离光杠杆约1.5m；（b）尺读望远镜要水平并与光杠杆的镜面等高；（c）望远镜和它旁边的刻度尺必须要相对于光杠杆镜面的法线成互为对称的关系；（d）望远镜里面必须能看到光杠杆的整个镜面。如果以上目标都达到了，那么再只要调节一个物镜焦距就能看到刻度尺的像了。当刻度尺的像调节出来时难题便迎刃而解了。2）实验中应当注意的问题：（a）光杠杆及镜尺系统一经调好，中途不得再任意变动，否则所测数据无效。（b）加、减砝码要细心，须用手轻轻托住砝码托盘，不得碰动仪器；而且需待钢丝伸缩稳定后方可读数。（c）在测量钢丝伸长量过程中，不可中途停顿而改测其他物理量（如d、L、D等），否则若中途受到另外干扰，则钢丝的伸长（或缩短）值将发生变化，导致误差增大。5、相关的实验数据1）每个砝码的质量M为1.000kg，测出依次加一个砝码时的N′i及依次减一个砝码时的N‘’i；不确定度用最小二乘法的方法计算，即。2）本实验借助望远镜的叉丝来测量D如右图2所示：D=100＝50（），而的Δm=0.05cm。注意：不在同一侧时读数为一正一负。3）用卷尺测L，其Δm=0.05cm；用游标卡尺测h，其Δm=0.02mm；用千分尺测d，其Δm=0.004mm。4）数据记录表格参看表1。6、补充的思考题当调节望远镜与刻度尺互为对称关系时，应该看到什么样的现象才可确定对称关系已经调节好了？7、实验报告书写纲要要注意报告的格式：1实验目的2实验原理2.1实验仪器2.2实验原理与方法注意：包括公式、原理图等2.3简要的实验步骤2.4实验注意事项数据处理实验数据记录表格表1测杨氏模量相关实验数据表(其中g=9.789N/kg）M(kg)N′i(加，cm)N″i(减，cm)Ni=B1(cm)B2(cm)L(cm)d(1kg,cm)d(6kg,cm)h(cm)2）数据处理令1.求相关系数rr>r0=由此可知x和y具有线性关系2.求b及Sb3.求d的平均值及不确定度和h、L、D的不确定度;D=50（）=＝4.求Y及其不确定度;（注意：计算S和平均值时不需写过程，但每个计算量最后都应该有单位，计算Y和EY时应把过程写出来。）4实验结果被测样品的杨氏模量Y：5讨论注意：把实验结果结合实验方法和实验中出现的问题结合起来讨论。