箱式杨氏模量实验仪

1　引　言

利用光杠杆测量材料弹性极限内微小长度变化的原理和方法,测定金属丝纵向弹性模量(杨氏模量)及用逐差法计算测量结果求出杨氏模量E,是高校普通物理力学实验中一项必做的实验内容。学生了解、掌握测定物质性变的一种方法是十分有必要的。箱式杨氏模量实验仪,是在传统实验仪[1,2]的基础上设计的,它既不违背测试的原理和方法,而又减少了读数时人为造成的读数误差,使用方便,重复性好,提高了精度。

2　仪器结构

箱式杨氏模量实验仪结构如图1所示,它主要由:毫米玻璃刻度尺;光源(直流,电压6.5V);箱体;光杠杆;聚焦透镜等器件组成。

3　工作原理

由图1所示,光源发出的平行光束射于光杠杆的平面反射镜上,经此反射到平面反射镜上,光再照射到毫米玻璃刻度尺上,此时光点在毫米玻璃尺上对应的数值记为被测金属丝变量的初始值y0,在被测金属丝挂环加一外力F(加一定量的砝码)时,金属丝将伸长ΔL,同时,光杠杆的后足也随之向下移动ΔL,因而使镜面向后仰了一微小的角度φ,如图2所示,此时,光点在毫米玻璃尺上也相应的变化到y1。

如果连续的对被测金属丝增加(或减)一定的外力(增加或减砝码)后,就可从毫米玻璃尺上连续读出:y0,y1,y2,…,yi数值。测得对应不同的Δy(即-yi2--yii1的差值)作Δy-F图线求得斜率K[3],代入:

公式中,就可计算出被测金属丝的杨氏模量值。式中:L为被测金属丝的长度;d为被测金属丝的直径;D为光杠杆前、后脚间距离;R为毫米玻璃尺平面到光杠杆反射镜面的距离。

4　实验数据处理

4.1　记录

4.2　数据处理

图3所示是根据表2测量数据,采用直觉图解法作Δy-F图线,由计算机处理数据求得斜率:K=6.53将此值代入:

5　结　语

由以上数据及结果来看,箱式杨氏模量实验仪,不但改进了传统仪器的:器件散,使用不方便、调整、观察、读数困难外,还具有重复性好,特别是在测Δy的变化量中,因采用了直接由毫米玻璃尺上读出Δy的变化量方法,代替了传统测量Δy中必须保持望远镜和反射镜在同一水平上的方法,消除了望远镜的读数视差,减少了由此导致测量结果带来的更大误差,提高了仪器的精度。

参考文献:

[1]　林　杼等.普通物理实验[M].北京:高等教育出版社,1995.

[2]　曾贻伟,等.普通物理实验教程[M].北京:北京师范大学出版社,1990.108.

[31]　林润生,等.普通物理实验指导[M].兰州:甘肃人民出版社,1984.146-154.

[4]　雅阔夫列夫K N.简明物理技术手册[M].北京:中国工业出版社,1966.409.