用拉伸法测金属丝的杨氏模量

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拉伸法测金属丝的杨氏模量实验原理

拉伸法测金属丝的杨氏模量实验原理

拉伸法测金属丝的杨氏模量实验原理拉伸法测金属丝的杨氏模量实验原理实验目的:通过拉伸法测金属丝的杨氏模量,掌握金属丝杨氏模量的测量方法及实验技能,提高实验操作水平。

实验原理:金属丝拉伸实验是一种简单的测量材料机械杂质的方法,它在科学研究和生产制造过程中得到广泛应用。

这个实验通常使用一些小工具,比如一把弹簧秤,一些小轮,一个夹子以及钳子等等。

拉伸实验是测量材料的杨氏模量的常规方法之一。

实验步骤:1、首先,我们在金属丝上用准确的间隔标志出一个已知长度的距离,例如1米或1.5米等等。

2、然后将一个小轮拴在金属丝顶端,并在顶部钩上一个小夹子,并用钳子将小夹子挂在弹簧秤上。

3、再将一个小轮拴在金属丝底部,底下也有个小夹子,用钳子将小夹子固定在工作台上。

4、当我们拉伸金属丝时,弹簧秤将显示拉伸所受的拉力,这将导致金属丝被拉长。

5、我们再使用倍率计算出所产生的变形,即金属丝的伸长量。

6、我们将已知标记的区域中所包含的长度用微量尺测量出来,这个长度是变化前的初始长度。

7、通过上述实验结果,我们可以通过公式计算出杨氏模量。

具体计算方法:1、首先,我们要计算出材料的金属丝截面积。

2、我们还需要计算出金属丝所受的拉伸力。

3、最后,我们要计算出杨氏模量,这可以通过弹性模量和拉伸量来确定。

结论:此次实验通过一系列细致的步骤和计算,我们得到了金属丝的杨氏模量。

实验总结中,我们可以得到以下结论:1、拉伸实验是一种简单而又实用的测量材料机械性能的方法。

2、拉伸实验所得到的结果能够客观地反映材料的力学性能。

3、熟练掌握拉伸实验的方法对于科研和生产都很有帮助。

总之,此次拉伸法测金属丝的杨氏模量实验让我们更好地了解了杨氏模量的概念及其在实际应用中的测量方法。

同时也让我们更加熟练地掌握了实验操作技能,对以后的学习与研究都将有所裨益。

拉伸法测金属丝的杨氏模量实验报告

拉伸法测金属丝的杨氏模量实验报告

拉伸法测金属丝的杨氏模量实验报告一、实验目的1、学会用拉伸法测量金属丝的杨氏模量。

2、掌握光杠杆放大原理和测量微小长度变化的方法。

3、学会使用游标卡尺、螺旋测微器等测量长度的仪器。

4、学习数据处理和误差分析的方法。

二、实验原理杨氏模量是描述固体材料抵抗形变能力的物理量。

假设一根粗细均匀的金属丝,长度为\(L\),横截面积为\(S\),在受到外力\(F\)作用下伸长了\(\Delta L\)。

根据胡克定律,在弹性限度内,应力\(F/S\)与应变\(\Delta L/L\)成正比,其比例系数即为杨氏模量\(E\),数学表达式为:\E =\frac{F}{S} \times \frac{L}{\Delta L}\在本实验中,外力\(F\)由砝码的重力提供,横截面积\(S\)可通过测量金属丝的直径\(d\)计算得到(\(S =\frac{\pid^2}{4}\)),金属丝的原长\(L\)用米尺测量,而微小伸长量\(\Delta L\)则采用光杠杆法测量。

光杠杆装置由光杠杆、望远镜和标尺组成。

光杠杆是一个带有三个尖足的平面镜,前两尖足放在平台的沟槽内,后尖足置于金属丝的测量端。

当金属丝伸长(或缩短)\(\Delta L\)时,光杠杆的后尖足随之升降\(\Delta L\),从而带动平面镜转动一个角度\(\theta\)。

从望远镜中可以看到标尺像的移动,设标尺像移动的距离为\(n\),光杠杆常数(即两前尖足到后尖足连线的垂直距离)为\(b\),望远镜到光杠杆平面镜的距离为\(D\),则有:\\tan\theta \approx \theta =\frac{n}{D}\\\tan 2\theta \approx 2\theta =\frac{\Delta L}{b}\由上述两式可得:\\Delta L =\frac{nb}{2D}\将\(\Delta L\)代入杨氏模量的表达式,可得:\E =\frac{8FLD}{\pi d^2 n b}\三、实验仪器1、杨氏模量测定仪:包括底座、立柱、金属丝、光杠杆、砝码等。

拉伸法测金属丝杨氏模量实验报告

拉伸法测金属丝杨氏模量实验报告

拉伸法测金属丝杨氏模量实验报告用拉伸法测金属丝的杨氏模量参考报告用拉伸法测金属丝的杨氏模量参考报告一、实验目的1.学会用拉伸法测量杨氏模量;2.掌握光杠杆法测量微小伸长量的原理;3.学会用逐差法处理实验数据;4.学会不确定度的计算方法,结果的正确表达;5.学会实验报告的正确书写。

二、实验仪器YWC-1杨氏弹性模量测量仪(包括望远镜、测量架、光杠杆、标尺、砝码)、钢卷尺(0-200cm ,0.1cm)、游标卡尺(0-150mm,0.02mm)、螺旋测微器(0-25mm,0.01mm) 三、验原理在外力作用下,固体所发生的形状变化称为形变。

它可分为弹性形变和塑性形变两种。

本实验中,只研究金属丝弹性形变,为此,应当控制外力的大小,以保证外力去掉后,物体能恢复原状。

最简单的形变是金属丝受到外力后的伸长和缩短。

金属丝长L,截面积为S,沿长度方向施力F后,物体的伸长?L,则在金属丝的弹性限度内,有:FY?SLL我们把Y称为杨氏弹性模量。

如上图:Ltgx?x(A1A0) LA1?A02D2DFF12d8FLDY 2Lxdx(A1A0)(A1?A0)LL四、实验内容一仪器调整1、杨氏弹性模量测定仪底座调节水平;2、平面镜镜面放置与测定仪平面垂直;3、将望远镜放置在平面镜正前方1.500-2.000m左右位置上;4、粗调望远镜:将镜面中心、标尺零点、望远镜调节等高,望远镜的缺口、准星对准平面镜中心,并能在望远镜外看到尺子的像;5、调节物镜焦距能看到尺子清晰的像,调节目镜焦距能清晰的看到叉丝;6、调节叉丝在标尺0刻度?2cm以内,并使得视差不超过半格。

二测量1、下无挂物时标尺的读数A0;2、依次挂上1kg的砝码,七次,计下A1,A2,A3,A4,A5,A6,A7;3、依次取下1kg的砝码,七次,计下A1,A2,A3,A4,A5,A6,A7;4、用米尺测量出金属丝的长度L(两卡口之间的金属丝)、镜面到尺子的距离D;5、用游标卡尺测量出光杠杆x、用螺旋测微器测量出金属丝直径d。

用拉伸法测金属丝的杨氏模量(显微镜直读法)-试验报告(含数据)

用拉伸法测金属丝的杨氏模量(显微镜直读法)-试验报告(含数据)

用拉伸法测金属丝的杨氏模量(显微镜直读法)-试验报告(含数据)大学物理实验讲义实验4.2.1 拉伸法测金属丝的杨氏模量杨氏模量是描述固体材料抵抗形变能力的物理量,是工程技术上常用的参数,是工程技术人员选择材料的重要依据之一。

条形物体(如钢丝)沿纵向的弹性模量叫杨氏模量。

测量材料杨氏模量方法很多,其中最基本的方法有伸长法和弯曲法。

伸长法一般采用拉伸法,其采用的具体测量方法有光杠杆放大法和显微镜直读法;弯曲法包括静态弯曲法和动态弯曲法。

本实验采用拉伸法当中的显微镜直读法。

【实验目的】1. 熟悉米尺和千分尺的使用,掌握读数显微镜的使用方法;2. 学习用逐差法处理数据;3. 了解CCD 成像系统。

【实验仪器】YWC-III 杨氏模量测定仪、钢卷尺、千分尺、水准仪和0.1kg 、0.2kg 的砝码若干。

杨氏模量测定仪的结构如图4-2-1所示。

(a)学生实验配置 (b)教学演示配置图4-2-1 杨氏模量测定仪1. 金属丝支架S 为金属丝支架,高约1.30m ,可置于实验桌上,支架顶端设有金属丝夹持装置,金属丝长度可调,约77cm ,金属丝下端的夹持装置连接一小方块,方块中部的平面上有细十字线供读数用,小方块下端附有砝码盘。

支架下方还有一钳形平台,设有限制小方块转动的装置(未画出),支架底脚螺丝可调。

2. 读数显微镜读数显微镜M 用来观测金属丝下端小圆柱中部平面上细横线位置及其变化,目镜前方装有分划板,分划板上有刻度,其刻度范围0-8mm, 分度值0.01mm ,每隔1mm 刻一数字。

H 1为读数显微镜支架。

D 成像、显示系统(作为示教仪)CCD 黑白摄像机:灵敏度:最低照度≤0.2Lux;CCD 接在显微镜目镜与电视显示器上。

H 2为CCD 黑白摄像机支架。

【实验原理】物体在外力作用下,总会发生形变。

当形变不超过某一限度时,外力消失后形变随之消失,这种形变称为弹性形变。

发生弹性形变时,物体内部产生恢复原状的内应力。

用拉伸法测定金属丝的杨氏弹性模量

用拉伸法测定金属丝的杨氏弹性模量

用拉伸法测定金属丝的杨氏弹性模量[播放视频]一、 一、 概念理解杨氏弹性是描述固体材料抵抗形变的能力的物理量,它与固体材料的几何尺寸无关,与外力大小无关,只决定于金属材料的性质,它的国际单位为:牛/米2(N/m 2),它是表征固体材料性质的重要物理量,是选择固体材料的依据之一,是工程技术中常用的参数。

二、 二、 杨氏弹性模量测量的常用方法1、万能试验机法:在万能试验机上做拉伸或压缩试验,自动记录应力和应变的关系图线,从而计算出杨氏弹性模量。

2、静态拉伸法(本实验采用此法),它适用于有较大形变的固体和常温下的测量,它的缺点是:①因为载荷大,加载速度慢,含有驰豫过程。

所以它不能很真实地反映出材料内部结构的变化。

②对脆性材料不能用拉伸法测量;③不能测量材料在不同温度下的杨氏弹性模量。

3、动态悬挂法:将试样(圆棒或矩形棒)用两根线悬挂起来并激发它作横向振动。

在一定条件下,试样振动的固有频率取决于它的几何形状、尺寸、质量以及它的杨氏弹性模量,如果我们在实验中测出了试样在不同温度下的固有频率,就可以算出试样在不同温度下的杨氏弹性模量。

此法克服了静态拉伸法的缺点,具有实用价值,是国家标准规定的一种测量方法。

三、 三、 理论知识准备1、弹性形变:物理在外力作用下都要或多或少地发生形变。

当形变不超过某一限度时,撤走外力之后,形变能随之消失。

这种形变称为弹性形变。

2、弹性形变类型:对固体来说,弹性形变可分为四种:①伸长或压缩的形变(应变);②切向形变(切变);③扭转形变(扭变);④弯曲形变。

3、基本原理(胡克定律):一根粗细均匀的金属丝,长度为L ,截面积为S ,将其上端固定,下端悬挂砝码,于是,金属丝受外力F 作用而发生形变,伸长了L ∆,比值F/S 是金属丝单位面积上的作用力,称为胁强(正应力);比值L ∆/L 是金属丝的相对伸长,称为胁变(线应变)。

根据虎克定律,金属丝在弹性限度内,它的胁强与胁变成正比, 即L L Y SF ∆= 式中比例系数Y 就是杨氏弹性模量。

拉伸法测金属丝杨氏弹性模量

拉伸法测金属丝杨氏弹性模量
(1)调节杨氏模量测定仪的底脚调整螺钉,使立柱铅 直。
(2)调节平台的上下位置,使随金属丝伸长的夹具B 上端与沟槽在同一水平面上(为什么?)。
(3)加1Kg砝码在砝码托盘上,将金属丝拉直,检查 夹具B是否能在平台的孔中上下自由地滑动,金属丝 是否被上下夹子夹紧.
2.光杠杆及望远镜尺组的调节
(1)外观对准——调节光杠杆与望远镜、标尺中部 在同一高度上。 (2)镜外找像——缺口、准星、平面镜中标尺 像.三者在一条水平 线上。 (3)镜内找像 ——先调节目镜使叉丝清晰,再调节 调焦距看清标尺像,直到无视差为准。 (4)细调对零——对准标尺像零刻线附近的任一刻
4 n4 9 n9
n7 n2
5 n5 10 n10
n8 n3
n9 n4
n10 n5
5
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返回
实验内容
1.杨氏模量测定仪的调整
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31
B 仪
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杨氏模量 E计 8FL算D
d2bn
不确定度计算:
EEFF2LL2D D24dd2bb2nn2
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用拉伸法测量金属丝杨氏模量
1. 实验简介 2. 实验目的 3. 实验原理 4. 逐差法处理数据 5. 实验内容 6. 注意事项 7. 数据记录与处理 8. 课后思考题
实验简介
材料受外力作用时必然发生形变,杨氏模量(也称弹性模量)是 反映固体材料弹性形变的重要物理量,在一般工程设计中是一个 常用参数, 是选定机械构件材料的重要依据之一。常用金属材

大学物理实验--拉伸法测金属丝杨氏模量

大学物理实验--拉伸法测金属丝杨氏模量

实验一拉伸法测金属丝杨氏模量一实验目的1.用伸长法测定金属丝的杨氏模量2.掌握光杠测微原理及使用方法3.掌握不同长度测量器具的选择和使用,学习误差分析和误差均匀原理思想。

4.学习使用逐差法和作图法处理数据及最终处理结果的表达。

二实验原理1. 设金属丝的原长为L,横截面积为A,外加力为P,伸长了长度为△L,则单位长度的伸长量为△L/L,叫应变。

单位横截面所受的力为P/A,叫应力。

根据胡克定理,应变和应力有如下关系:P/A=E×△L/L,其中E为杨氏弹性模量(它仅与材料性质)2.在已知外加力P,横截面积为A,金属丝的原长为L,及伸长了长度为△L的情况下,就可以根据一下公式求得氏弹性模量E:E=P×L/(A×△L)3.实验装置的使用原理解析:根据杠杆原理:aa`/bb=Oa/Ob可以测量每次加载后的微小的△L的变量,又由于S1S2之间的夹角为2α所以在使用光扛杠镜后测量出来的△L的变量为:△L=b(S2— S1)/2D=b*△S/2D4.在已知b为短臂长,2D为长臂长,△L为短臂末梢的微小位移,△S=(S2— S1)为光臂末端的位移,及A=πρ 2 /4(ρ为钢丝的直径),则最后的E可为一下公式表达:E=8LDP/(πρ2b△S)三实验内容1仪器的认识和调整。

调节杨氏模量仪器支架成铅垂,调节光杠杆镜和望远镜。

2.实验现象的观察和数据测量。

(1)在测量之前,必须先观察实验基本的现象,思考可能的误差来源。

(2)测量钢丝在不同荷重下的伸长变化。

先放1个1kg砝码,记下读数,然后逐次增加1kg砝码,记下每次的读数,共10次。

再将所加大砝码逐次拿下,记下每次都读数。

(3)根据误差均匀思想(应选择适当的测量仪器,使得各直接测量的误差分量最终结果断误差的影响大致相同),合理选择并正确使用不同测长仪器来测量光杠杆镜至标尺的距离D,钢丝的长度L 和直径ρ以及光杠杆镜后脚尖至O点多垂直距离b,最后求E最大误差限△E(4)测量时注意这些量的实际存在的测量偏差,从而决定测量次数。

用拉伸法测量金属丝的杨氏弹性模量实验报告

用拉伸法测量金属丝的杨氏弹性模量实验报告

用拉伸法测量金属丝的杨氏弹性模量实验报告拉伸法测量金属丝的杨氏弹性模量实验报告
实验原理:
拉伸实验是指将弹性样品整体承受一直拉力F,而其同时受轴向拉力T的拉伸实验,
通过测量拉伸实验的样品的拉伸变形量,推知其伸长量与轴向荷载(T)之比,这一比值
就是杨氏弹性模量。

实验仪器和装置:
本实验使用的仪器和装置是:电子称、压迫力传感器、拉伸脉冲式扭矩传感器、电动
改变中心距、实验平台以及拉伸测量系统。

实验环境:
实验环境稳定,温度、湿度均在20℃时,室温保持在25℃以下,湿度保持在50%以下;光照明亮,可使测量精度更高。

实验方法:
1.选取合格的金属丝样品,将金属丝在两个支点上受上力,其中间部分悬空放置,应
用拉伸传感器,将力传感器的正负极接线联接到拉伸测量系统,以便测量拉伸时的变形量;
2.调节力传感器的拉伸力,测量金属丝在拉伸情况时的杨氏弹性模量;
3.如果所测量金属丝中受力跨度较短,可以适当增加测量力的大小,控制其变形量,
以测得最终结果;
4.在做精度处理时,应按试验标准及要求的容差,采取逐渐迭代的原则做精确的测量,充分检验该样品的杨氏弹性模量;
5.最后,将实验最终结果和测得的参数对比,进行分析,得出金属丝的杨氏弹性模量
大小,从而完成此次实验。

实验结论:
本次实验以拉伸法测量金属丝的杨氏弹性模量,由于采用了拉伸测量仪器和设备,对
金属丝进行严格控制,从而极大提高测量精度,最终杨氏弹性模量结果达到设计要求。

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2222)()()(4)()(b u n
u d u R u L u Y u b n d R L +∆+++=∆用拉伸法测金属丝的杨氏模量
[预习思考题]
1、使用螺旋测微器的注意事项是什么?棘轮如何使用?螺旋测微器用毕还回盒内时要作何处理?
答:使用螺旋测微器测物时,手要握螺旋测微器的绝热板部分,手上不能有汗渍;被测物接触测砧之前,应旋转棘轮,切不可拧微分套筒,否则会损伤测砧,测值也不准确。

砧台夹住被测物时,听到棘轮发出“咯咯”声响,立刻停止旋转。

螺旋测微器还回盒内时,要将微分筒退旋几转,使砧台间留有一定空隙,避免热胀使螺杆变形。

2、公式 Y=8FLR πd 2b △n
中哪几个量是待测量?关键是测准哪几个量?这些量都是长度量,却使用了不同的量具和方法,这是根据什么考虑的?此公式的适用条件是什么?
答:公式中有L 、R 、d 、b 、Δn 等五个待测量。

测准Δn 和d 是实验成功的关键。

由Y 的不确定度传播公式:
可知,Y 的不确定度是各直接测得量的不确定度的总和,因而,一般考虑各量的不确定度按等影响原则分配,即每个直接测得量的不确定度对合成不确定度的贡献大致相同;也就是说,按照不确定度的合理分配来确定每个长度量用什么测量工具。

在测量中,过高地追求某一两个量的精确度,对最后合成不确定度的影响并不大,因而无意义。

比如L 和R 都大于50cm ,用米尺
,分别计算出解答提示:根据:22222)()()(4)()(b u n
u d u R u L u Y u b n d R L +∆+++=∆二和知,。

由实际测量的计算可、、、、出根号中各量:n d b
u n u d u R u L u b n d R L ∆∆∆2测量完全能满足要求,不必考虑选用精确度更高的仪器。

公式应满足的实验条件有三:① 加负荷不能超过钢丝的弹性限度;② 光杠杆偏角θ应很小,即外力F 不能过大;③ 望远镜光轴水平,反射镜与标尺垂直于光轴。

[实验后思考题]
1、根据Y 的不确定度公式,分析哪个量的测量对Y 的测量结果影响最大。

量的测量对Y的测量结果影响最大,因此测此二量尤应精细。

2、可否用作图法求钢丝的杨氏模量,如何作图?
答:本实验不用逐差法,而用作图法处理数据,也可以算出杨氏模量。

由公式
Y=8FLR πd 2b △n
可得: F= πd 2b 8LR Y △n =KY △n 。

式中K=πd 2b 8LR 可视为常数。

以荷重F 为纵坐标,与之相应的n i 为横坐标作图。

由上式可见该图为一直
线。

从图上求出直线的斜率,即可计算出杨氏模量。

3、怎样提高光杠杆测量微小变化的灵敏度?这种灵敏度是否越高越好?
答:由Δn= 2R b ΔL 可知, 2R b 为光杠杆的放大倍率。

适当改变R 和b ,
可以增加放大倍数,提高光杠杆的灵敏度,但这种灵敏度并非越高越好;因
为ΔL=b
2RΔn成立的条件是平面镜的转角θ很小(θ≤2.5°),否则tg2θ≠2θ。

要使θ≤2.5°,必须使b≥ 4cm,这样tg2θ≈2θ引起的误差在允许范围内;而b尽量大可以减小这种误差。

如果通过减小b来增加放大倍数将引起较大误差。

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