杨氏模量实验报告

杨氏模量实验报告

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　　【实验目的】

1、掌握螺旋测微器的使用方法。

2、学会用光杠杆测量微小伸长量。

3、学会用拉伸法金属丝的杨氏模量的方法。

　　【实验仪器】

杨氏模量测定仪（包括：拉伸仪、光杠杆、望远镜、标尺），水准器，钢卷尺，螺旋测微器，钢直尺。

1、金属丝与支架：金属丝长约0 .5米，上端被加紧在支架的上梁上，被夹于一个圆形夹头。这圆形夹头可以在支架的下梁的圆孔内自由移动。支架下方有三个可调支脚。这圆形的气泡水准。使用时应调节支脚。由气泡水准判断支架是否处于垂直状态。这样才能使圆柱形夹头在下梁平台的圆孔转移动时不受摩擦。

2、光杠杆：使用时两前支脚放在支架的下梁平台三角形凹槽内，后支脚放在圆柱形夹头上端平面上。当钢丝受到拉伸时，随着圆柱夹头下降，光杠杆的.后支脚也下降，时平面镜以两前支脚为轴旋转。

3、望远镜与标尺：望远镜由物镜、目镜、十字分划板组成。使用实现调节目镜，使看清十字分划板，在调节物镜使看清标尺。这是表明标尺通过物镜成像在分划板平面上。由于标尺像与分划板处于同一平面，所以可以消除读书时的视差（即消除眼睛上下移动时标尺像与十字线之间的相对位移）。标尺是一般的米尺，但中间刻度为0。

　　【实验原理】

1、胡克定律和杨氏弹性模量

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，这种形变称为塑性形变。

应力：单位面积上所受到的力（F/S）。

应变：是指在外力作用下的相对形变（相对伸长DL/L）它反映了物体形变的大小。

　　一、实验目的

1、掌握杨氏模量的概念及测量方法；

2、学会用实验方法测定材料的杨氏模量；

3、了解材料力学性质的基本特性。

　　二、实验原理

杨氏模量（Youngs modulus）是描述固体材料抵抗形变能力的物理量，又称拉伸模量，是弹性模量中最常见的一种。它衡量的是一个各向同性弹性体的刚度，定义为在胡克定律适用的范围内，单轴应力和单轴形变之间的比。实验证明，杨氏模量与外力F、物体的长度L和截面积S的大小无关，只取决于被测物体的材料特性。

根据胡克定律，在弹性形变范围内，棒状（或线状）固体应变与它所受的应力成正比。应力与应变的比即为杨氏模量E。当一条长度为L、截面积为S的金属丝在力F作用下伸长ΔL时，F/S叫应力，其物理意义是金属丝单位截面积所受到的力；ΔL/L叫应变，其物理意义是金属丝单位长度所对应的伸长量。

　　三、实验步骤

1、准备实验器材：金属丝、拉力计、米尺、螺旋测微器、支架等；

2、将金属丝固定在支架上，确保其处于水平状态；

3、使用拉力计对金属丝施加逐渐增大的拉力，并记录每次拉力及对应的金属丝伸长量；

4、重复实验多次，以减小误差；

5、利用实验数据计算杨氏模量。

　　四、实验数据与处理

根据实验数据，可以计算得到每次实验中的应力和应变值，进一步计算得到杨氏模量E。杨氏模量E的计算公式为：

E = (应力) / (应变) = (F / S) / (ΔL / L)

　　五、实验结果与分析

通过实验数据的处理，我们得到了材料的.杨氏模量值。对比不同材料的杨氏模量值，可以发现不同材料的抵抗形变能力存在显著差异。杨氏模量越大，表示材料的刚性越强，越不容易发生形变。

在实验过程中，我们采用了对称测量和逐差法等方法来消除实验误差，并对各个测量量进行了误差估算。同时，我们还利用作图法处理了实验数据，使结果更加直观和准确。

　　六、实验结论

通过本次实验，我们成功地测量了材料的杨氏模量，并了解了其基本概念和测量方法。实验结果表明，不同材料的杨氏模量存在显著差异，这为我们了解材料的力学性质提供了重要的依据。同时，实验过程中采用的误差消除方法和数据处理技巧也为我们今后的实验工作提供了有益的参考。

　　七、实验反思与改进

在实验过程中，我们注意到一些可能影响实验结果的因素，如金属丝的表面粗糙度、温度变化等。为了进一步提高实验的准确性，我们可以在今后的实验中采取更严格的实验条件控制，并对实验器材进行更精细的校准。此外，我们还可以尝试采用更先进的测量方法和技术来测量杨氏模量，以减小实验误差并提高测量精度。

总之，本次杨氏模量实验不仅让我们掌握了测量杨氏模量的基本方法，还加深了我们对材料力学性质的理解。通过不断反思和改进实验方法，我们将能够在未来的实验工作中取得更好的成果。