《杨氏弹性模量》PPT课件.ppt

用拉伸法测定钢丝的杨氏模量,物理实验示范中心,主讲：周廷龙电话：,大学物理实实验验三,周廷龙,杨,氏,弹,性,模,量,的,测,量,西南交通大学希望学院物理教研室,“科学靠两条腿走路,一是理论,一是实验,有时一条腿走在前面,有时另一条腿走在前面,但只有两条腿才能前进。”,物理学家密立根,怎样怎样才能学好大学物理实验呢？,实验可以推翻理论，而理论永远无法推翻试验。丁肇中,归纳为这几点：,1要重视实验教学的每一个环节 在物理实验中，每一个实验的目的，要求和侧重点均不相同。有的侧重于基本测量仪器的使用，基本方法的掌握，有的侧重于基本技能，技巧的训练，有的在于通过实验去总结物理规律，后面的实验往往要用到前面实验所使用过的方法，仪器。但为了让学生能见多识广，每个实验所使用的仪器和方法又不完全相同，所以，在实验过程中，要注意观察、分析、比较，实验结束后要及时撰写实验报告。,热爱实践而又不讲科学的人，就像一个水手走进了一只没有舵或罗盘的船，他从来不能肯定他在往哪里走。达芬奇,2注意掌握所采用的实验方法 基本的测量方法在实际中既会经常用到，也是复杂测量方法的基础。学习时不但要弄清楚它的原理，运用条件，优点和缺点，而且要通过实验研究，逐步熟悉和记牢，并且能运用这些方法设计一些简单的实验；一些重要的测量方法，只有自己动手实验并反复研究，才能融会贯通，留下深刻的印象。,有了精确的实验和观测作为研究的依据，想象力便成为自然科学理论的设计师。廷德尔J,3要注意养成善于分析的习惯 实验时最好是带着问题去做。实验中要善于捕捉和分析实验现象，理论结合实际，指导实验操作；做完实验后一般要有所回味，这样才能得到提高。实验最后总要获得实验结果，结果是否正确靠什么来判断？实验数据的好坏说明什么问题？这些问题要靠分析实验来解决。实际上，任何理论都是在一定基础上的抽象或简化，都有其适用范围。而客观实际和实验所处环境要复杂得多，实验结果必然会带来和理论公式的差异，问题在于差异的大小是否合理，并找出不合理的原因。即必须分析实验方法是否正确？实验条件是否得到满足？它们带来多大误差，仪器带来多大误差？实验环境有多大影响等。千万不可认为实验的目的只是为了做出标准的数据结果。往往有些学生，当实验数据和理论值一致时，就会觉得心满意足，简单地认为已经学好了这次实验，而一旦实验数据和理论值差别较大时，又会感到失望，抱怨仪器装置，甚至拼凑或抄袭别人的数据。这两种表现都是不对的。,人只有献身于社会，才能找到那实际上是短暂而有风险的生命的意义。热爱是最好的老师，它远远超过责任感。学校的目标应当是培养有独立行动和独立思考能力的人。爱因斯坦A,4要注意锻炼自己的动手操作能力 要学会正确使用各种仪器，并力求自己排除实验中出现的故障。应该说，能否发现实验故障并排除是实验能力强弱的一个重要表现，要想提高实验能力，必须自己多动手。对于如何记录实验数据，如何安排仪器布局，如何正确操作仪器等，只有在每次实验中有意识的加强锻炼，才能养成良好的习惯。,你不能计较早晨和黄昏，一天二十四小时都是你的工作时间！李政道,5.要注意培养自己认真、踏实、细致、坚韧不拔的实验素质和勇于创新的精神。不轻意放过每一个实验现象，不怕挫折和失败，艰苦努力，力求以最小代价取得最好的实验结果。总之,实验课有它本身的特点和规律，要学好实验课不是一件容易的事，但也绝非太难的事；只要在学习过程中不断总结经验，逐步掌握规律，培养对实验课的兴趣，就能炼好基本功，提高自己的科学实验能力,在物体的弹性限度内，当物体受外力作用时，均会发生弹性形变；发生弹性形变时，物体内部产生恢复原状的内应力。弹性模量是反映材料抵抗形变能力的物理量，在工程上作为选择材料的依据之一。,什么是杨氏弹性模量？,目 录,一.实 验 目 的二.实 验 原 理三.实验仪器与器材四.实 验 内容与步骤五.实验注意事项六.数 据 处 理,实 验 目 的,了解杨氏模量的物理概念，掌握其测量原理和方法。学会用光杠杆测量微小伸长量的方法。,一.胡克定律 在外力作用下，固体所发生的形状变化称为形变。形变可分为：弹性形变：外力撤除后，物体能完全恢复原状的形变。范氏形变：外力较大，撤除后物体不能完全恢复原状，而留下剩余形变。本实验只研究弹性形变。最简单的弹性形变是棒状物体受外力后的拉长和缩短。设物体的原长为L，横截面积为S，当在长度方向施加外力F时，其伸长(或缩短)L。按照胡克定律，在弹性限度内，物体的协强(F/S)与协变(L/L)成正比。,实 验 原 理,二.杨氏模量 条形物体（如钢丝）沿纵向的弹性模量叫杨氏模量。测量杨氏模量的方法有：拉伸法、梁的弯曲法、振动法、内耗法等等，本实验采用拉伸法测定杨氏模量。比例系数 称为杨氏模量。它是表征材料性质的一个物理量，仅与材料的结构、化学成分及其加工制造方法有关。,三.光杠杆装置及放大原理 小平面镜M连同直尺、望远镜共同构成光杠杆装置，它可把微小长度变化放大。n0为M法线方向水平时，望远镜中看到的直尺上的相应刻度。,(n0),(n1),R,M,M,b,a,a,a,a,C,C,n1为当钢丝因悬挂重物而下降L，导致M的法线方向改变角时，从望远镜中看到的直尺上的相应刻度。,b 平面镜M后一个支点到前两个支点的距离,R镜面到尺面的距离,因为角很小，故有：,则有：,最后得：,本实验的放大倍数:几十倍,R为1至2米;b为5至8厘米.,则：,又：,令：,由前实验装置分析：,望远镜和直标尺,杨氏模量测定仪,实验仪器与器材,其它仪器和器材,调节底角螺丝，使气泡居中,气泡,底角螺丝,1.调整测量系统望远镜镜筒和光杠杆镜面等高；望远镜上侧目测平面镜中直尺；调节望远镜，看清望远镜中叉丝 及标尺度。,实 验内容与 步骤,直尺,望远镜,目镜,物镜,钢丝,砝码盘,物镜调节旋纽,光杠杆,地面,移动望远镜支架，在望远镜上侧能看到平面镜中直尺。,瞄准平面镜，调节目镜、物镜，看清望远镜中叉丝和平面镜中直尺刻度。,准星,调节目镜看清叉丝,调节物镜看清标尺刻度,2.测量,加上初始负载（一块砝码），拉直钢丝，逐次加上一定质量的砝码，再逐次减去砝码，记录 yi、yi多次测量钢丝直径d(610次)，单次测量D、K、L。（K用游标卡尺测量）经过数据处理，最后得到 EE。,注 意 事 项,充分重视光杠杆的粗调。增减砝码时要轻放轻取，以防冲击和摆动，应等标尺稳定后才可读数。标尺读数若在零点两侧，应区分正负。因砝码的重心不在其几何中心，所以要正确摆放砝码，以保证钢丝上悬挂的砝码串的稳定。,为了充分利用测量数据，减小测量误差，应采用逐差法：（1）将测量列按次序分为高低两组;（2）取对应项的差值后再求平均：其中 为5个峰值间的距离，即:,（3）逐差法处理数据的不确定度的计算：,数 据 处 理,直接测量的物理量y；d；D；K；L 的误差必然会引起杨氏模量E 的误差。实验中要求计算直接测量量的标准偏差，再运用误差传递公式计算杨氏模量的标准偏差，写出最后结EE。d：d1、d2d10 y：y1、y2y5,1、测n,2、单次测量L、D、b,3、多次测量钢丝直径d,4、计算杨氏模量,谢谢,