杨氏弹模量的测定静态法课件共12页文档
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《杨氏模量测量实验》课件
理解杨氏模量的物理意义和概念
详细描述
杨氏模量是描述材料在弹性限度内应力与应变之间关系的物理量，反映了材料 抵抗形变的能力。通过本实验，学生应能深入理解杨氏模量的定义和物理意义 ，了解其在材料科学中的重要性。
学习杨氏模量的测量方法
总结词
掌握杨氏模量的测量原理和实验方法
详细描述
本实验将学习通过拉伸法测量杨氏模量的原理和实验方法，包括测量材料的应力 、应变、长度等参数，以及如何根据实验数据计算杨氏模量。学生应能掌握杨氏 模量的测量流程和相关仪器的使用方法。
REPORT
CATALOG
DATE
ANALYSIS
SUMMAR Y
05
实验总结与建议
实验总结
01 02
实验目的达成情况
通过本次实验，学生们成功地测量了金属丝的杨氏模量，验证了胡克定 律在金属丝中的适用性。实验结果与理论值基本一致，表明实验目的已 基本达成。
实验原理理解
通过实验操作，学生们加深了对胡克定律和杨氏模量概念的理解，能够 更好地将理论知识与实践相结合。
实验原理
掌握杨氏模量的计算公 式，了解实验中涉及的 物理量及其相互关系。
实验器材
准备实验所需的器材， 如支架、砝码、钢丝、
尺子等。
安全注意事项
了解实验中可能存在的 安全隐患，确保实验安
全进行。
实验操作流程
01
02
03
04
钢丝的安装与调整
将钢丝固定在支架上，调整钢 丝的长度和张力，确保钢丝处
于水平状态。
砝码悬挂与测量
按照实验要求悬挂砝码，并使 用尺子测量钢丝的伸长量。
数据记录
详细记录实验过程中测量的数 据，包括砝码质量、钢丝伸长
详细描述
杨氏模量是描述材料在弹性限度内应力与应变之间关系的物理量，反映了材料 抵抗形变的能力。通过本实验，学生应能深入理解杨氏模量的定义和物理意义 ，了解其在材料科学中的重要性。
学习杨氏模量的测量方法
总结词
掌握杨氏模量的测量原理和实验方法
详细描述
本实验将学习通过拉伸法测量杨氏模量的原理和实验方法，包括测量材料的应力 、应变、长度等参数，以及如何根据实验数据计算杨氏模量。学生应能掌握杨氏 模量的测量流程和相关仪器的使用方法。
REPORT
CATALOG
DATE
ANALYSIS
SUMMAR Y
05
实验总结与建议
实验总结
01 02
实验目的达成情况
通过本次实验，学生们成功地测量了金属丝的杨氏模量，验证了胡克定 律在金属丝中的适用性。实验结果与理论值基本一致，表明实验目的已 基本达成。
实验原理理解
通过实验操作，学生们加深了对胡克定律和杨氏模量概念的理解，能够 更好地将理论知识与实践相结合。
实验原理
掌握杨氏模量的计算公 式，了解实验中涉及的 物理量及其相互关系。
实验器材
准备实验所需的器材， 如支架、砝码、钢丝、
尺子等。
安全注意事项
了解实验中可能存在的 安全隐患，确保实验安
全进行。
实验操作流程
01
02
03
04
钢丝的安装与调整
将钢丝固定在支架上，调整钢 丝的长度和张力，确保钢丝处
于水平状态。
砝码悬挂与测量
按照实验要求悬挂砝码，并使 用尺子测量钢丝的伸长量。
数据记录
详细记录实验过程中测量的数 据，包括砝码质量、钢丝伸长
杨氏模量ppt课件
为深入学习习近平新时代中国特色社 会主义 思想和 党的十 九大精 神,贯彻 全国教 育大会 精神,充 分发挥 中小学 图书室 育人功 能
物理实验中心
二、调整望远镜
1.望远镜正对光杠杆中心（望远镜前沿与平台板边 缘距离在30cm内）；侧面看望远镜轴线平行；调节 支架上三个螺钉，从目镜中看到明亮的黄光。
物理实验中心
实验内容及步骤
一、调整杨氏模量仪支架
保证夹头夹紧金属丝，反射镜转动灵活。 1. 接线：拉力传感信号线接入数字拉力计，DC连接 线连接拉力计电源和背光源。 2.打开拉力计电源开关，预热10min。背光源点亮， 标尺清晰。拉力器面板显示金属丝拉力。
3.旋转施力螺母，给金属丝加预拉力2-3kg,拉直金属丝。
D—光杠杆反射镜转轴至标尺的距离。卷尺始端于 标尺表面，另一端于垂直卡座上表面。钢卷尺与支架轴 线不严格平行，误差可估算2-3mm.
d—钢丝直径。千分尺测，应将测点均匀分布在上 中下各个位置。仪器误差取0.004mm.
为深入学习习近平新时代中国特色社 会主义 思想和 党的十 九大精 神,贯彻 全国教 育大会 精神,充 分发挥 中小学 图书室 育人功 能
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物理实验中心
21
后
足
下
b
移
L
D
n2
n1
A
钢丝上端固定，下端 被圆柱夹柱，加载，伸 长 L
L 与 n 2-n 1 有 几 何 关 系 ？
N
M
B
C
法 码
P
T
望 远 镜 及 尺
三、计算杨氏模量平均值、不确定度，表达测量
实验3-杨氏模量的测量-静态法
托马斯· 杨一生成果涉及光学 、声学、流体动力学、船舶 工程、潮汐理论、毛细作用 、力学、文字学、生理学 ……
结束语
杨长大后，在职业的 选择方面受到了叔父 的影响(这位当医生 的叔父几年后去世， 为杨留下了一笔巨大 的遗产，包括房屋、 书籍、艺术收藏和1 万英镑现款，这笔遗 产使他后来在经济上 完全独立，能够把他 所有的才华都发挥在 需要的地方)。
物理学家简介-通识教育
托马斯· 杨，世界上最后一个什么都知道的人
物理学家简介-通识教育
托马斯· 杨
他两岁起就开始阅读，并逐渐爱上阅读 在杨13岁时他已经能够阅读拉丁文、希腊语、法语和意 大利语，同时他发展了自己在自然科学领域的兴趣 并且能够制作望远镜和显微镜等光学仪器 杨在20岁之前又将他的语言疆域扩张 至东方 开始了对希伯来语、阿拉伯语、波斯 语等进行研究 而自然科学方面也是由浅入深 杨已经掌握了微积分，通读了牛顿和 拉瓦锡等人的书籍
实验目的
基本动手能力的训练 1、加强常用常规测量工具正确操作的训练 2、各种不同精度测量工具的数据记录 3、学会用光杠杆法来测量微小长度的伸缩量 4、学会用逐法差来处理数据 基本测量的思维训练 1、基本测量的重要性 2、用常规的工具来测量微小的物理量（光速的测量） 3、能力迁移 通识文化的认知-托马期·杨的人生启示 1、文理兼融，才能称得上 一个完整的人 2、不懂管理的理工人才与不通专业的管理人才，将是我 国与印度竞争时的最大隐患。
4、杨氏模量 E 不确定度计算 由
EE
8mgLD 8g _______________ E 2 _______ 2 d bn _____ __________
uE 可得 uE E EE E
注意事项
静态杨氏模量
06 杨氏模量与动态杨氏模量 的区别和联系
定义和测量方法
静态杨氏模量
表示材料在静态或准静态应力下的刚度，即在低频率和应 变率下的弹性模量。
动态杨氏模量
表示材料在动态或高频应力下的刚度，即在较高频率和应 变率下的弹性模量。
测量方法
静态杨氏模量通常通过准静态压缩试验或拉伸试验测量， 而动态杨氏模量则通过动态力学分析（DMA）或共振试 验等方法测量。
弹性元件设计
01
弹性元件设计
在机械和航空航天领域，弹性元件的设计至关重要。通过了解材料的杨
氏模量，工程师可以评估弹性元件在不同载荷下的变形程度和刚度，从
而设计出更精确、可靠的弹性元件。
02
动态响应分析
在分析弹性元件的动态响应时，杨氏模量是一个关键参数。工程师可以
利用杨氏模量来评估弹性元件在不同频率和振幅下的动态性能，从而优
VS
噪声传播控制
在建筑和声学工程中，噪声的传播是一个 重要问题。通过了解材料的杨氏模量，工 程师可以评估不同材料对噪声传播的影响 ，并选择具有较低传递损失的材料来控制 噪声的传播。这有助于创造更加安静和舒 适的环境。
05 杨氏模量与其他材料性能 的关系
与泊松比的关系
总结词
杨氏模量与泊松比之间存在一定的关系，通常泊松比 越大，杨氏模量越小。
应用场合和范围
静态杨氏模量
适用于描述材料在长期载荷或静态环 境下的行为，如建筑结构、桥梁、压 力容器等。
动态杨氏模量
适用于描述材料在动态环境或高频振 动下的行为，如航空航天器、汽车、 精密仪器等。
影响因素和变化规律
影响因素
静态杨氏模量主要受材料内部结构、温度、 应变率等因素影响，而动态杨氏模量还与频 率、振幅、温度等有关。
杨氏模量 ppt课件
物理实验中心
五.其他测量误差及估算 L—上下夹具间钢丝长度。卷尺始端于金属丝上夹 头下表面即横梁上表面，另一端于平台上表面。测量 时卷尺与钢丝不严格平行，误差可估算2-3mm.
D—光杠杆反射镜转轴至标尺的距离。卷尺始端于 标尺表面，另一端于垂直卡座上表面。钢卷尺与支架轴 线不严格平行，误差可估算2-3mm.
棒状或丝状物体在轴向外力作用下的弹性形变—
—拉伸形变。 实验证明，弹性范围内，拉伸形F
变遵守胡克定律： F Y L SL
L
SF L
物理实验中心
F Y L
F
SL
L
SF L
F/S——单位截面上的垂直作用力（正应力或胁强）， ΔL/L——物体相对伸长（线应变或胁变）。
比例系数Y——材料的杨氏模量（反抗拉伸形变的 能力），不同质材料Y不同。于是
物理实验中心
与杠杆类似！
标 尺 读 数 n 1 经 镜 面 水 平 反 射 从 望 远 镜 中 读 出 当 光 杠 杆 后 足 下 移 微 小 距 离 L ， 倾 斜 小 角 度 ， 标 尺 读 数 n 2 经 镜 面 反 射 从 望 远 镜 中 读 出 L 转 换 成 标 尺 读 数 之 差 n 2 - n （ 1 数 值 较 大 ， 易 读 ）
物理实验中心
实验内容及步骤
一、调整杨氏模量仪支架 保证夹头夹紧金属丝，反射镜转动灵活。 1. 接线：拉力传感信号线接入数字拉力计，DC连接
线连接拉力计电源和背光源。 2.打开拉力计电源开关，预热10min。背光源点亮，
标尺清晰。拉力器面板显示金属丝拉力。
3.旋转施力螺母，给金属丝加预拉力2-3kg,拉直金属丝。
A
杠杆后足下移，望远镜
N
中标尺读数变化。
《静态杨氏模量》课件
在产Βιβλιοθήκη 性能测试中的应用产品性能评估
在产品性能测试中，杨氏模量是评估产品力 学性能的重要参数。通过测试产品的杨氏模 量，可以了解产品在不同受力情况下的变形 行为和承载能力，有助于对产品性能进行全 面评估。
产品优化改进
基于产品性能测试的杨氏模量结果，工程师 可以对产品进行优化改进，提高产品的力学 性能和稳定性，提升用户体验和产品质量。
总结词
通过弯曲试样，测量其弯曲刚度，从而推算出杨氏模量。
详细描述
弯曲法适用于较薄的片状或杆状试样。在测试过程中，试样的一端被固定，另一 端施加逐渐增大的压力，使试样发生弯曲。通过测量压力和弯曲挠度，可以计算 出弯曲刚度，进而推算出杨氏模量。
振动法
总结词
利用共振原理，通过测量试样的振动频率，推算出杨氏模量。
详细描述
振动法是一种无损检测方法，适用于各种材料。在测试过程中，试样被固定在振动台上，并施加一定频率的交变 力。当交变力的频率与试样的固有频率相同时，试样发生共振。通过测量共振频率和试样的质量，可以计算出杨 氏模量。
03
杨氏模量与材料性能的关 系
杨氏模量与材料硬度的关系
总结词
杨氏模量是衡量材料硬度的重要参数 。
杨氏模量的物理意义
杨氏模量与材料的弹性行为密切 相关，是材料在受力过程中抵抗
形变能力的度量。
杨氏模量越大，材料在受力过程 中发生的形变越小，即材料的刚
度越大。
杨氏模量的大小反映了材料的刚 度、强度和稳定性等力学性能。
杨氏模量的单位
杨氏模量的单位是帕斯卡（Pa），国际单位制中的基本单位 。
杨氏模量的单位也可以用其他单位来表示，如牛顿（N）、 达因（dyn）等。
05
杨氏模量的影响因素
在产品性能测试中，杨氏模量是评估产品力 学性能的重要参数。通过测试产品的杨氏模 量，可以了解产品在不同受力情况下的变形 行为和承载能力，有助于对产品性能进行全 面评估。
产品优化改进
基于产品性能测试的杨氏模量结果，工程师 可以对产品进行优化改进，提高产品的力学 性能和稳定性，提升用户体验和产品质量。
总结词
通过弯曲试样，测量其弯曲刚度，从而推算出杨氏模量。
详细描述
弯曲法适用于较薄的片状或杆状试样。在测试过程中，试样的一端被固定，另一 端施加逐渐增大的压力，使试样发生弯曲。通过测量压力和弯曲挠度，可以计算 出弯曲刚度，进而推算出杨氏模量。
振动法
总结词
利用共振原理，通过测量试样的振动频率，推算出杨氏模量。
详细描述
振动法是一种无损检测方法，适用于各种材料。在测试过程中，试样被固定在振动台上，并施加一定频率的交变 力。当交变力的频率与试样的固有频率相同时，试样发生共振。通过测量共振频率和试样的质量，可以计算出杨 氏模量。
03
杨氏模量与材料性能的关 系
杨氏模量与材料硬度的关系
总结词
杨氏模量是衡量材料硬度的重要参数 。
杨氏模量的物理意义
杨氏模量与材料的弹性行为密切 相关，是材料在受力过程中抵抗
形变能力的度量。
杨氏模量越大，材料在受力过程 中发生的形变越小，即材料的刚
度越大。
杨氏模量的大小反映了材料的刚 度、强度和稳定性等力学性能。
杨氏模量的单位
杨氏模量的单位是帕斯卡（Pa），国际单位制中的基本单位 。
杨氏模量的单位也可以用其他单位来表示，如牛顿（N）、 达因（dyn）等。
05
杨氏模量的影响因素
《静态杨氏模量》课件
测量材料的杨氏模量的方法
1
单杠悬挂法
将杆装夹在两个绞盘之间，挂上一定重
桥式电阻应变计法
2
量的砝码，记录杆的伸长量和挂载砝码 的重量。
将电阻应变计粘在待测材料的表面或内
部使其受力变形，并通过测量电阻应变
计电阻的变化来推算材料杨氏模量。
3
共振频率法
将钢丝用螺母固定在振动的板上，改变 杆的长度，使板振荡频率等于杨氏模量 下的共振频率，通过公式求出模量值。
杨氏模量的实验测量和计算方法
1
实验测量
实验测量在高科技领域中应用广泛，例如，使用X射线晶体学技术测量与金属结构相关的杨氏 模量。
2
计算方法
根据已知的公式、数据和运算方式进行计算，常见的包括拉压应变法、单杠悬挂法和振动法。
杨氏模量的计算实例和应用举例
杨氏模量计算实例
通过拉伸法结合公式计算得出材 料的杨氏模量。
静态杨氏模量
探究杨氏模量的定义、作用及其在力学领域的应用，介绍测量方法、影响因 素，提供计算实例和应用案例。
杨氏模量的定义和作用
定义
杨氏模量是刻画材料在拉伸或压缩下变形能力大小的物理量。
作用
杨氏模量可以帮助人们更好地了解材料的力学性质，进而为工程设计和材料选择提供依据。
数值
杨氏模量值越大，材料越硬。
杨氏模量与材料的力学性质的关系
硬度
硬材料杨氏模量高，强度一般也 很高。
可塑性
杨氏模量稍低的材料往往更具有 可塑性，更容易拉伸变形。
脆性
低杨氏模量的材料更容易破碎裂 开，表现出更大的脆性。
杨氏模量的影响因素
1 温度
材温度升高，杨氏模量通常降低。
2 应变率
快速加载的材料杨氏模量通常比静态加载时 小。
静态拉伸法测量金属丝的杨氏模量.ppt
12
数据处理
❖ 原始数据表格 ❖ 用逐差法处理数据 ❖ 计算Sd ,∆d, Sn , ∆N, E , ∆E
13
次数
0 1 2 3 4
拉力示 数/kg 14.00 15.00 16.00 17.00 18.00
标尺读数/mm
加载
减载
平均
逐差值/mm
N1=｜n5-n0｜ N2=｜n6-n1｜ N3=｜n7-n2｜ N4=｜n8-n3｜ N5=｜n9-n4｜
11
实验内容与步骤
❖ 用钢卷尺测出调节反射镜至标尺的 距离D, ∆D=0.3cm ；
❖ 钢丝长度用钢卷尺测，测裸金属丝 的长度即可，∆L=0.2cm。
❖ 取下光杠杆 ，将其在白纸上轻按一 下，即可得到其三个支点的位置。 通过作图，量出等腰三角形的高b, ∆b=0.05cm ；
❖ 测量钢丝直径使用螺旋测微器，选 择金属丝上、中、下三处测量，且 每处都在相互垂直 的方向各测一次， 共测六组数据，求其平均值。
F/S ─ 应力； ∆L/L ─ 应变；
F、S、L易测； ∆L不易测，采用光杠杆法
∆L
F
F
L
2
实验原理
测量杨氏模量的原理公式
E F S L L
S d2
4
L N N A 4D b
E
16FLD πd 2bΔx
3
实验原理
原理图
L b N n1 n0 2D tan 2 4D
A N 4D 4D ΔL b b
9
实验内容与步骤
❖ 调整调节反射镜，使眼睛在 望远镜上方的准星位置能看 到光杠杆小镜中出现标尺的 像；如没有，则可微动望远 镜镜组，及调整光杠杆小镜 子的倾角；
❖ 将望远镜筒对准光杠杆小镜 中标尺的像，在望远镜中调 出标尺清晰的像。此部需要 调节镜头的左右方向，倾角 螺丝及调焦旋钮；
数据处理
❖ 原始数据表格 ❖ 用逐差法处理数据 ❖ 计算Sd ,∆d, Sn , ∆N, E , ∆E
13
次数
0 1 2 3 4
拉力示 数/kg 14.00 15.00 16.00 17.00 18.00
标尺读数/mm
加载
减载
平均
逐差值/mm
N1=｜n5-n0｜ N2=｜n6-n1｜ N3=｜n7-n2｜ N4=｜n8-n3｜ N5=｜n9-n4｜
11
实验内容与步骤
❖ 用钢卷尺测出调节反射镜至标尺的 距离D, ∆D=0.3cm ；
❖ 钢丝长度用钢卷尺测，测裸金属丝 的长度即可，∆L=0.2cm。
❖ 取下光杠杆 ，将其在白纸上轻按一 下，即可得到其三个支点的位置。 通过作图，量出等腰三角形的高b, ∆b=0.05cm ；
❖ 测量钢丝直径使用螺旋测微器，选 择金属丝上、中、下三处测量，且 每处都在相互垂直 的方向各测一次， 共测六组数据，求其平均值。
F/S ─ 应力； ∆L/L ─ 应变；
F、S、L易测； ∆L不易测，采用光杠杆法
∆L
F
F
L
2
实验原理
测量杨氏模量的原理公式
E F S L L
S d2
4
L N N A 4D b
E
16FLD πd 2bΔx
3
实验原理
原理图
L b N n1 n0 2D tan 2 4D
A N 4D 4D ΔL b b
9
实验内容与步骤
❖ 调整调节反射镜，使眼睛在 望远镜上方的准星位置能看 到光杠杆小镜中出现标尺的 像；如没有，则可微动望远 镜镜组，及调整光杠杆小镜 子的倾角；
❖ 将望远镜筒对准光杠杆小镜 中标尺的像，在望远镜中调 出标尺清晰的像。此部需要 调节镜头的左右方向，倾角 螺丝及调焦旋钮；
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次数
1
2
3
4
5
平均
d＇
d 返回
数据处理
1
i
1
2
3
4
5
平均
ni ni5ni
2
5
2
ni n
n
i1
k(k1)
___________
仪0.05cm
U n n 仪 ___________
n n U n_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
方向上多次测量。 (4)将光杠杆在纸上压出三个足尖的痕迹，用游标卡尺测
出另外两足的连线到顶足的垂直距离。
返回
数据的记录
次数
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
负重 (kg)
F增加时
标尺读数cm F减少时
镜到标尺距离 D(cm)
主杆长 b(mm)
金属丝的长度 L(cm)
F平均
金属丝的直径 d(mm)
镜内标尺的读数，调节聚焦手轮，直至标尺
的读数清晰。
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实验内容与步骤
2、测量数据 (1)按顺序增加砝码(每次lkg)，在望远镜中读下标尺读数。
依次减少砝码 (每次 lkg)，同样对标尺读数。 (2)用卷尺测光杠杆镜面到标尺面的距离 D，测金属丝的
长度。 (3)用螺旋测微器测量金属丝的直径d，在不同位置、不同
返回
预习思考题
本实验中，对望远镜的调整经过粗 调和细调，其步骤和达到的目的是 什么？
本实验中，容易损坏的仪器部件有 哪些，如何避免和减少损坏？
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实验原理
一根长为L，横截面积为S的金属丝， 受到沿长度方向的外力F作用后伸长。根据 胡克定律，E为金属的杨氏弹性模量。金属 丝的直径为d， 当测量杨氏弹性模量E时， 重力F、钢丝长度L和钢丝的横截面积S，可 用简单的方法直接测得。 实验中采用光杠 杆和望远镜组成的光学系统对 进行放 大后测量 。
杨氏弹性模量的测定 （静态法）
合肥工业大学 电子科学与应用物理学院
实验目的
学会用拉伸法测定金属丝的杨氏模量。 掌握用光杠杆测量微小长度变化的原理和方
法。 练习并掌握用逐括光杠杆、砝码、 杆尺、望远镜等），卷尺，游标卡尺， 螺旋测微器。
返回
数据处理
3
E 8LDF ________N/m2
d 2bn
4
UD仪0.0c5m Ub 仪0.0m 2 m
UL仪0.0c5m
Ud 仪0.005mm
5 UEE________N/m2
E
E
EEU ________N/m2 E
返回
课后思考题
根据不确定度公式，哪一个量在不确定 度计算中所占的比重最大？因而需要多 测量几次。同样是测量长度，为什么对 不同的量，采取不同的量具？
逐差法处理数据的优点是什么？
返回
返回
实验内容及步骤
1．光杠杆和望远镜的调节
(1)粗调望远镜，使它与光杠杆等高。
(2)系统粗调：调节光杠杆镜面，与地面垂
直，从望远镜上面的缺口，准星方向向前看，
通过移动望远镜底座或转动望远镜，最终能
从光杠杆平面镜中看到标尺的像。
(3)系统细调：
(a)明视调节，使十字叉丝清晰；
(b)聚焦调节，从望远镜中观察光杠杆平面