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求科学出版社大学物理实验杨氏模量测定实验报告

本文是一篇关于“高中物理知识点总结”的文章,下面是文章内容,请仔细阅读。希望您喜欢本文。题目:求科学出版社大学物理实验杨氏模量测定实验报告答案: 扬氏模量测定【实验目的】 1. 掌握用光杠杆装置测量微小长度变化的原理和方法;2. 学习一种测量金属杨氏弹性模量的方法;3. 学习用逐

本文是一篇关于“高中物理知识点总结”的文章,下面是文章内容,请仔细阅读。希望您喜欢本文。

题目:求科学出版社大学物理实验杨氏模量测定实验报告
答案: 扬氏模量测定【实验目的】 1. 掌握用光杠杆装置测量微小长度变化的原理和方法;2. 学习一种测量金属杨氏弹性模量的方法;3. 学习用逐差法处理资料。? 【实验仪器】 杨氏模量测定仪、光杠杆、望远镜及标尺、螺旋测微器、游标卡尺、卷尺等 【实验原理】 一根均匀的金属丝或棒(设长为L,截面积为S),在受到沿长度方向的外力F作用下伸长?ΔL。根据胡克定律:在弹性限度内,弹性体的相对伸长(胁变)?ΔL/L与外施胁强F/S成正比。即:? ΔL/L=(F/S)/E (1)?式中E称为该金属的杨氏弹性模量,它是描述金属材料抗形变能力的重要物理量,其单位为?N·m-2?。??设金属丝(本实验为钢丝)的直径为d,则S=πd2/4,将此式代入式(1),可得: E=4FL/πd2ΔL (2) ?根据式(2)测杨氏模量时,F,d和L都比较容易测量,但ΔL是一个微小的长度变化,很难用普通测长器具测准,本实验用光杠杆测量ΔL。 【实验内容】 1. 实验装置如图2-9,将重物托盘挂在螺栓夹B的下端,调螺栓W使钢丝铅直,并注意使螺栓夹B位于平台C的圆孔中间,且能使B在上下移动时与圆孔无摩擦。?2. 放好光杠杆,将望远镜及标尺置于光杠杆前约1.5~2m处。目测调节,使标尺铅直,光杠杆平面镜平行于标尺,望远镜与平面镜处于同一高度,并重直对向平面镜。?3. 微调平面镜或望远镜倾仰和望远镜左右位置,并调节望远镜的光学部分,使在望远镜中看到的标尺像清晰,并使与望远镜处于同一高度的标尺刻度线a0和望远镜的叉丝像的横线重合,且无视差。记录标尺刻度a0值。?4. 逐次增加相同质量的砝码,在望远镜中观察标尺的像,依次读记相应的与叉丝横线重合的标尺刻度读数a1,a2,…然后,再逐次减去相同质量的砝码,读数,并作记录。?5. 用米尺测量平面镜面至标尺的距离R和钢丝原长L。?6. 将光杠杆取下,并在纸上压出三个足尖痕,用游标卡尺测出后足尖至两前足尖联机的垂直距离D。?7. 用螺旋测微器在钢丝的不同位置测其直径d,并求其平均值。 【数据处理】 本实验要求用以下两种方法处理资料,并分别求出待测钢丝的杨氏模量。一、用逐差法处理资料?将实验中测得的资料列于表2-4(参考)。l= ± ?cm??L= ± ?cm??R= ± ?cm??D= ± ?cm??注:其中L,R和D均为单次测量,其标准误差可取测量工具最小刻度的一半。? d= ± ?cm??将所得资料代入式(4)计算E,并求出S(E),写出测量结果。?注意,弄清上面求得的l是对应于增加多少千克砝码钢丝的伸长量。二、用作图法处理资料?把式(4)改为:? ?其中:? ?根据所得资料列出l~m资料表格(注意,这里的l各值为 ),作l~m图线(直线),求其斜率K,进而计算E;? 【实验报告】【特别提示】 【思考问答】 1. 光杠杆的原理是什么?调节时要满足什么条件?2. 本实验中,各个长度量用不同的器具来测定,且测定次数不同,为什么这样做,试从 误差和有效数字的角度说明之。3. 如果实验中操作无误,但得到如图2-14所示的一组资料,这可能是什么原因引起的, 如何处理这组资料?4. 在数据处理中我们采用了两种方法,问哪一种所处理的资料更精确,为什么?5. 本实验中,哪一个量的测量误差对结果的影响最大?【附录一】 【仪器介绍】一、杨氏模量仪??杨氏模量仪的示意图见图2-9。图中,A,B为钢丝两端的螺栓夹,在B的下端挂有砝码托盘,调节仪器底座上的螺栓W可使钢丝铅直,此时钢丝与平台C相垂直,并使B刚好悬在平台C的圆孔中央。?二、光杠杆?1. 光杠杆是测量微小长度变化的装置,如图2-9所示。将一个平面镜P固定在T型支架上,在支架的下部有三个足尖,这一组合就称为光杠杆。在本实验中将两个前足尖放在平台C前沿的槽内,后足尖搁在B上,借助望远镜D及标尺E,由后足尖随B的位置变化测出钢丝的伸长量。?2. 图2-10为光杠杆的原理示意图,光杠杆的平面镜M与标尺平行,并垂直于望远镜,此时在望远镜中可看到经由M反射的标尺像,且标尺上与望远镜同一高度的刻度a0的像与望远镜叉丝像的横丝相重合(参看图2-11,相当于本实验中砝码托盘挂重物前望远镜中标尺的读数),即光线a0O经平面镜反射返回望远镜中。当光杠杆后足下降一微小距离ΔL时,平面镜M转过θ角到M′位置。此时,由望远镜观察到标尺上某刻度a1的像与叉丝横线相重合(参看图2-12,相当于本实验中砝码托盘挂重物后望远镜中标尺的读数),即光线a1O经平面镜反射后进入望远镜中。根据反射定律,得∠a1Oa0=2θ,由图2-10可知:? ?? ?式中,D为光杠杆后足尖至两前足尖联机的垂直距离,R为镜面至标尺的距离,l为光杠杆后足尖下移ΔL前后标尺读数的差值。由于偏转角度θ很小(因ΔL<<D,l<>D,经光杠杆转换后的量l却是较大的量,并可以用望远镜从标迟上读得,若以l/ΔL为放大率,那么光杠杆系统的放大倍数即为2R/D。在实验中通常D为4~8cm,R为1~2m,放大倍数可达25~100倍。将式(3)和F=mg(m为所挂砝码的质量)代入式(2),可得:? (4)?此即为本实验所依据的测量式。?还有一种光杠杆,其结构与上一种相似,只是把平面反射镜换成带有反射面的平凸透镜,把望远镜换成光源。实际应用时,通过调节反射镜到标尺的距离和光源位置等,使光源前面玻璃上的十字线清晰地成像到标尺上,通过标尺上十字线的偏移测出微小长度变化ΔL,其ΔL计算式与前一种完全相同。图2?11挂重物前的读数图2?12挂重物后的读数??三、望远镜?望远镜的结构如图2-13所示,其主要调节如下:?1. 调节目镜(即转动目镜筒H),使观察到的叉丝清晰。1-目镜;2-叉丝;3-物镜?图2-13望远镜示意图?2. 调节物镜,即将筒I从物镜筒K中缓缓推进或拉出,直到能从望远镜中看到清晰的目标像。?3. 消除视差,观察者眼睛上下晃动时,从望远镜中观察到目标像与叉丝像之间相对位置无偏移,称为无视差。如果有视差,则要再仔细调节物镜与目镜的相对距离(即将I筒再稍微推进或拉出),直到消除视差为止。

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