§22 拉伸法测弹性模量
拉伸法测钢丝的弹性模量实验报告
拉伸法测钢丝的弹性模量实验报告拉伸法测钢丝的弹性模量实验报告引言：弹性模量是描述材料抵抗变形能力的重要指标之一。
在工程中，了解材料的弹性模量对于设计和计算结构的稳定性和可靠性至关重要。
本实验旨在通过拉伸法测定钢丝的弹性模量，并探讨实验结果的可靠性和误差来源。
实验原理：拉伸法是一种常用的测定材料弹性模量的方法。
根据胡克定律，当材料受到拉伸力时，其应变与应力呈线性关系。
应变可以通过测量材料的长度变化来计算，而应力则可以通过施加的拉力除以截面积来计算。
根据胡克定律的线性关系，可以得到材料的弹性模量。
实验步骤：1. 准备工作：清洁实验台、准备所需的钢丝样品和测量工具。
2. 测量钢丝的直径：使用卡尺或显微镜测量钢丝的直径，并记录下来。
为了提高测量的准确性，可以多次测量并取平均值。
3. 量取钢丝的长度：使用卡尺或显微镜测量钢丝的初始长度，并记录下来。
4. 固定钢丝样品：将钢丝样品固定在拉伸装置上，并确保样品的两端平整且垂直于拉伸方向。
5. 施加拉力：通过拉伸装置施加逐渐增加的拉力，同时记录下拉力和相应的伸长量。
6. 计算应变和应力：根据实验数据计算钢丝的应变和应力，并绘制应力-应变曲线。
7. 计算弹性模量：根据应力-应变曲线的斜率计算钢丝的弹性模量。
实验结果：根据实验数据计算得到的钢丝的弹性模量为XXX。
通过绘制应力-应变曲线可以看出，在小应力范围内，钢丝的应变与应力呈线性关系，符合胡克定律。
然而，在较大应力范围内，应变开始出现非线性变化，这可能是由于材料的屈服点或断裂点的影响。
实验讨论：在实验过程中，可能存在一些误差来源。
首先，测量钢丝直径的准确性会影响到应力的计算。
如果直径测量不准确，将导致应力的计算结果有一定的偏差。
其次，钢丝的固定和拉力的施加也可能引入误差。
如果钢丝没有完全固定或拉力施加不均匀，将导致实验结果的不准确性。
此外，钢丝在拉伸过程中可能发生局部塑性变形，也会对实验结果产生影响。
为了提高实验结果的准确性，可以采取一些改进措施。
拉伸法测量金属丝弹性模量带数据处理
其中E是弹性模量，F是作用在金属丝上的力，A是金属丝的横截面积，ΔL是伸长量。
3. 误差分析：对于实验结果，需要考虑误差的影响。误差可能来自测量不准确、样品差异以及实验条件的变化。通过对实验数据的方差、标准差等统计指标进行分析，可以评估实验结果的可靠性。
4.重复实验：为了验证实验结果的准确性，可以重复进行实验并比较结果。如果多次实验的结果具有一致性，则可以说明实验方法的可靠性和稳定性。
2.安装样品：将金属丝样品安装在实验装置中
3.测量伸长量：在金属丝样品上标记两个点，然后在拉伸过程中测量两点之间的距离。可以使用光学显微镜或自动测量设备进行测量。
4.记录数据：在拉伸过程中，将金属丝的伸长量和作用在其上的力记录下来。通常，这些数据将以表格或图形的形式保存。
拉伸法测量金属丝弹性模量带数据处理
拉伸法是一种常用的测量金属丝弹性模量的方法。在该方法中，金属丝样品被逐渐拉伸，同时记录其伸长量和作用在其上的力。通过分析这些数据，可以计算出金属丝的弹性模量。下面将详细介绍拉伸法测量金属丝弹性模量的步骤以及如何处理数据。
一、实验步骤
1.样品准备：选择一段具有标准直径和长度的金属丝作为样品。为了避免弹性模量的差异，应选择相同批次生产的金属丝。
三、注意事项
1.选择合适的样品长度和直径：金属丝的长度和直径会对实验结果产生影响。因此，在选择样品时，应确保其具有标准的长度和直径，以减小误差。
2.控制实验条件：实验条件如温度、湿度和环境压力等都会对金属丝的弹性模量产生影响。因此，在整个实验过程中，应尽量控制这些条件保持不变。
3.正确安装样品：金属丝样品的安装质量会对实验结果产生影响。因此，需要仔细操作，确保金属丝样品在拉伸过程中不会发生弯曲或扭曲。
拉伸法测弹性模量实验报告
拉伸法测弹性模量实验报告一、实验目的1、掌握拉伸法测量金属丝弹性模量的基本原理和方法。
2、学会使用光杠杆法测量微小长度变化。
3、学会使用游标卡尺、螺旋测微器等测量工具，提高实验操作技能。
4、学习数据处理和误差分析的方法，培养科学严谨的实验态度。
二、实验原理弹性模量是描述材料抵抗弹性变形能力的物理量。
对于一根长度为＄L$、横截面积为＄S$ 的金属丝，在受到沿其长度方向的拉力＄F$ 作用时，金属丝会伸长＄＼Delta L$。
根据胡克定律，在弹性限度内，应力与应变成正比，即＄F/S ＝ E ＼cdot ＼Delta L/L$，其中＄E$ 为弹性模量。
将上式变形可得：＄E ＝ FL/（S\Delta L)＄由于金属丝的横截面积＄S ＝＼pi d^2/4$（其中＄d$ 为金属丝的直径），且伸长量＄＼Delta L$ 通常很小，难以直接测量。
本实验采用光杠杆法来测量微小伸长量＄＼Delta L$。
光杠杆原理：光杠杆是一个带有三个尖足的平面镜，前两尖足放在平台的固定槽内，后尖足置于圆柱体小砝码上。
当金属丝伸长时，光杠杆后尖足随之下降，从而带动平面镜转动一个微小角度＄＼theta$。
通过望远镜和标尺，可以测量出平面镜转动前后标尺的读数变化＄＼Delta n$。
根据几何关系，有：＄＼Delta L ＝ b\Delta n/2D$ （其中＄b$ 为光杠杆常数，即前两尖足到后尖足的垂直距离；＄D$ 为望远镜到平面镜的距离）将其代入弹性模量的表达式，可得：＄E ＝ 8FLD/（＼pi d^2b\Delta n)＄三、实验仪器1、杨氏模量测定仪：包括立柱、底座、金属丝、砝码托盘等。
2、光杠杆及望远镜尺组：用于测量微小长度变化。
3、游标卡尺：测量金属丝的长度。
4、螺旋测微器：测量金属丝的直径。
5、砝码若干：提供拉力。
四、实验步骤1、调节仪器调节杨氏模量测定仪的底座水平，使立柱垂直于底座。
将光杠杆放置在平台上，使其前两尖足位于固定槽内，后尖足置于圆柱体小砝码上，并调整光杠杆平面镜与平台垂直。
拉伸法测弹性模量实验报告评分标准
较清晰
合格
不合格
15~13分
12~11分
10~6分
5~0
3.测量
正确利用测量仪器准确地测量出钢丝的直径D；分四步给分。
正确
较正确
合格
不合格
5分
4分
3分
2~0
正确测量出钢丝的原长L；分四步给分。
正确
较正确
合格
不合格
5分
4分
3分
2~0
③正确地来回添加砝码,并能从目镜中的标尺上正确读数；分四步给分。
正确
正确
较正确
合格
不合格
10~9分
8~7分
6~5分
4~0
《拉伸法测弹性模量》实验报告评分标准
一实验预习（20分）
学生进入实验室前应预习实验,并书写实验预习报告。预习报告应包括:①实验目的,②实验原理,③实验仪器,④实验步骤⑤实验数据记录表等五部分。以各项表述是否清楚、完整,版面是否整洁分三段给分。
好
较好
合格
20~18分
17~15分
14~12分
预习报告不合格者,不允许进行实验。该实验应重新预约,待实验室安排时间后进行实验（实验前还应预习实验）。
一实验操作部分（70分）
第一步:正确调整底座上的水平仪,正确放置砝码以及光杠杆平面镜。分四步给分。
准确
较准确
合格
不合格
10~9分
8~6分
5~3分
2~0
1、调节望远镜能从望远镜目镜中看清标尺读数
①调节目镜,看清十字叉丝；分四步给分。
清晰
较清晰
合格
不合格
5分
4分
3分
2~0
②利用调焦手轮调节望远镜物镜,能从望远镜目镜中看清标尺读数。分四步给分。
拉伸法测弹性模量实验报告
2.1拉伸法测弹性模量一、实验目的：(1)学习用拉伸法测量弹性模量的方法(2)掌握螺旋测微计和读数显微镜的使用(3)练习用逐差法处理数据二、实验原理(1)弹性模量及其测量方法长度为L、截面积为S的均匀细金属丝，沿长度方向受外力F后伸长δL。
单位横截面积上的垂直作用力F/S称为正应力，金属丝的相对伸长δL/L称作线应变。
实验得出，在弹性形变范围内，正应力与线应变成正比，即胡克定律：F S =EδLL式中比例系数E=F/S δL/L称作材料的弹性模量，表征材料本身的性质。
弹性模量越大的材料，要使它发生一定的相对型变所需的单位横截面积上的作用力也越大。
E的单位是Pa。
本实验测量钢丝的弹性模量，设钢丝的直径为D，则弹性模量可进一步表示为：E=4FL πD2δL实验中的测量方法是将钢丝悬挂于支架上，上端固定，下端加砝码对钢丝施力F，测出钢丝相应的伸长量δL，即可求出E。
钢丝长度L用钢尺测量，钢丝直径用螺旋测微计测量，力F由砝码的重力F=mg求出。
δL一般很小，约0.1mm量级，本实验用读数显微镜测量（也可用光杠杆等其它方法测量）。
通过多次测量并用逐差法处理数据达到减少随机误差的目的。
(2)逐差法处理数据本实验中测量10组数据，分成前后两组，对应项相减得到5个l i，l i=5δL，则：δL=15×5y i+5−y i5i=1这种方法称为逐差法。
其优点是充分利用了所测数据，可以减少测量的随机误差，也可以减少测量仪器带来的误差。
三、实验仪器支架：用以悬挂被测钢丝；读数显微镜：用以较准确的测量微小位移。
由物镜和测微目镜构成。
测微目镜鼓轮上有100分格，鼓轮转动一圈，叉丝移动1mm。
故分度值为0.01mm；底座：用以调节钢丝铅直；钢尺、螺旋测微计：测量钢丝的长度和直径。
四、实验步骤(1)调整钢丝竖直：钢丝下夹具上应先挂砝码钩，用以拉直钢丝。
调节底座螺钉使夹具不与周围支架碰蹭。
(2)调节读数显微镜：粗调显微镜高度，使之与钢丝下夹具的标记线同高，再细调读数显微镜。
拉伸法测弹性模量
清华大学实验报告系别：航天航空学院班号：航04班姓名：张大曦（同组姓名：） 作实验日期：2020年9月28日教师评定：实验拉伸法测弹性模量一、 实验目的（1）学习用拉伸法测量弹性模量的方式； （2）把握螺旋测微计和读数显微镜的利用； （3）学习用逐差法处置数据。
二、实验原理1.弹性模量及其测量方式弹性形变范围内，正应力与线应变成正比，即F L E S Lδ= 式中的比例系数//F SE L Lδ=称作材料的弹性模量利用本实验中直接测量的数据，可将上式进一步写为24FLE D Lπδ=测量钢丝的弹性模量的方式是将钢丝悬挂于支架上，上端固定，下端加砝码对钢丝施加力F ，测出钢丝相应的伸长量L δ，即可求出E 。
2.逐差法处置数据为了充分利用实验中取得的数据，利用下式计算L δ，()()()617210555y y y y y y L δ-+-++-=⨯该方式称为逐差法，能够减小测量的随机误差和测量仪器带来的误差。
三、实验仪器包括支架、读数显微镜、底座、钢尺和螺旋测微计（别离用来测量钢丝长度和直径）。
四、实验步骤与注意事项（1）调整钢丝竖直。
（2）调剂读数显微镜。
先粗调再细调。
（3）测量。
测量钢丝长度L 及其伸长量L δ。
再用螺旋测微计在钢丝的不同地址测量其直径D ，测6次，并在测量前跋文录螺旋测微计的零点d 各3次。
五、 数据表格及数据处置1. 测量钢丝长度L 及其伸长量L δ仪器编号；钢丝长度L=mm 。
利用测量值i l 与平均值l 及标准误差公式l S =取得：l S == mml 的仪器误差：=∆仪ll 的不确信度：l ∆== mm5l L δ=，进一步求出L δ及其不确信度l δ∆：0.2654mm 5lL δ== 0.03951580.0079mm 55l l δ∆∆=== ()0.26540.0079mm l L δδ∴+∆=+2. 测定钢丝直径D测定螺旋测微计的零点d 测量前____,___,____ 测量后____,____,____平均值=d mm钢丝的平均直径=D mm0.2310.0070.224mm D D d =-=-=利用测量值i D 与平均值D 及标准误差公式D S =取得：D S ==0.001414mm =0.004mm ∆≈仪D 0.004243∴∆===3. 总不确信度计算由计算公式推导出E 的相对不确信度的公式E E ∆=实验室给出0.5%FF∆=，3mm L ∆≈，其余的D ∆、L δ∆项按上述数据处置进程所得值代入，计算出EE∆=0.04853= 24FL E D Lπδ= ()31123340.29.899910 1.8710Pa 0.224100.265410E π---⨯⨯⨯⨯∴==⨯⨯⨯⨯11110.047640.04853 1.87100.09110Pa E E ∴∆=⨯=⨯⨯=⨯()111.870.0910Pa E ∴=±⨯结论：拉伸法能够测量钢丝的弹性模量，由于实验仪器的周密程度有限，所得的弹性模量的不确信度较大。
拉伸法测量钢丝的弹性模量
可把（3）式改写为
Δni
=
ni
− n0
=
8DLg πd 2IE
mi
=
Kmi
在弹性限度内，K应为常量，可在坐标纸上作mi-Δni关系曲线，则其斜率为K，然 后可由下式计算E值：
E = 8DLg πd 2IK
[数据记录与处理]
本实验要求用两种方法处理数据，分别求出杨氏模量。
1．用逐差法计算杨氏模量 E（关于逐差法，参见第四章§3）。
（1）首先求出 Δ4n 的平均值 Δ4n ，然后将其代替（3）式中的 Δn，即按下式计 算 E 值：
E = 8DLg m πd 2I Δ4n
在计算时应注意： a．在用（4）式计算 E 值时，m 应该取 4 个砝码的质量（为什么？）； b．重力加速度g的值，在北京地区应取为 9.80m/s2； c．要统一用国际单位制。 （2）求出E的不确定度σE。
由（4）式可导出 E 的不确定度的传递公式如下：
（4）
σE
=
⎢⎡⎜⎛ ⎢⎣⎝
∂E ∂D
⎟⎞ ⎠
2
σ
2 DБайду номын сангаас
+
⎜⎛ ⎝
∂E ∂L
⎟⎞ ⎠
2
σ
2 L
+
⎜⎛ ⎝
∂E ∂m
⎟⎞ ⎠
2
σ
2 m
+
⎜⎛ ⎝
∂E ∂I
⎟⎞ ⎠
2
σ
2 I
1
+
⎜⎛ ⎝
∂E ∂d
⎟⎞ ⎠
2
σ
拉伸法测金属丝杨氏弹性模量
(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
2
A t0 .9 55i 1
N iN 5 1
,
B仪,
因 n1N
5
所 以 n5 1N
N
2 2
AB
nnn
返回
实验内容
1.杨氏模量测定仪的调整
i1
31
B 仪
nnn
n 2A2B
杨氏模量 E计 8FL算D
d2bn
不确定度计算：
EEFF2LL2D D24dd2bb2nn2
E
E E
E
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
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
§22 拉伸法测弹性模量
拉伸法是一种测量材料的弹性模量的常用技术。
弹性模量是物质对应力的变化量产生
的应变的比例，通常表示为E。
本文将介绍拉伸法测量弹性模量的基本原理、实验步骤和
注意事项。
1. 基本原理：
当一条杆或一根丝被施加轴向力时，杆或丝沿轴线方向产生拉伸应变ε。
根据胡克定律，拉应变ε和拉力F成正比，即ε=F/LAE，其中LAE是原始长度的比例。
E在这个范围内是一个常数，称为杨氏模数。
2. 实验步骤：
（1）准备实验材料，包括一张金属板、两个钳子、一台测力计和一台加热器。
（2）将一个固定的钳子置于一个固定的点上。
将另一个钳子与测力计连接，并固定在距离固定钳子的某个距离处。
（3）将金属板夹在两个钳子之间，并将测力计拉伸至一定程度。
测量拉伸长度LL和
受力F0。
（4）将测力计拉伸至新的长度L1，并测量受力F1。
（5）重复步骤（4）直到金属板失去弹性，产生塑性变形，并记录塑性处的长度Lp和塑性点处的受力Fp。
（6）根据公式计算弹性模量E，E=(F1-F0)/(L1-LL)/A。
其中A是平均横截面积。
3. 注意事项：
（1）应该仔细检查和校准弹簧力计和测量杆或丝的长度。
（2）当执行步骤3和4时，应安全操作，以避免受伤。
（3）将拉伸样品的长度恢复为其原始长度可使材料弹性回复，并避免对材料进行塑性变形。
（4）必须小心避免对材料的过度拉伸，如果材料失去弹性，就不能再恢复原来的形态，同时记住在塑性点产生渐进性的伸长，材料将变得弱小，其强度和其他力学性质也会受到
影响。
总之，拉伸法是一种常用且精确的测量材料弹性模量的技术。
在进行实验时必须注意安全、小心和准确性的要求，并对结果进行合理解释和分析。