物 理 实 验第27卷 第9期
PHYSICSEXPERIMENTATION2007年9月
Vol.27 No.9
Sep.,2007
金属丝的杨氏模量测定实验的改进
徐庆君1,刘 伟1,贾国治2
(1.枣庄学院物理与电子工程系,山东枣庄277160;2.300384)
摘 要:对金属丝杨氏模量测定仪重新设计.角,进而测量金属丝的杨氏模量.
关键词:杨氏模量;金属丝;转角
中图分类号:O343 24642(2007)0920040202
1 引 言
杨氏模量是表征在弹性限度内材料抗压和抗
拉性能的重要物理量,在工程技术中有着非常重要的意义.目前在许多高校的基础物理实验中大多采用伸长法测定金属丝的杨氏模量,该方法实验过程繁杂,测量结果不确定度大,费用高.本文对实验仪器进行了改进后,省去了光杠杆中的望远镜和平面镜等仪器,因此实验改进后过程简单,并降低了费用.
又知S=
2
D,则4
E=
,
πDsinθ(+tan2θ-1)
2
(2)
由(2)式可以看出所测物理量仅有D与θ,减少了测量值.2.2 转换测量值法
因为金属丝伸长量δL较小,所以采用转换测量的方法,该方法原理为:半径为r和R的2个同心圆,在同心角相同的情况下,大圆对应的弧长更长.因此,在大弧上刻度能更精细,更有利于读数,因此测量值也就更精确
.本实验中选择了半径大小适当的量角器.
2 实验原理
2.1 胡克定律
设长2L、截面积为S的均匀金属丝,在中点
δL,受到向下的作用力而伸长为2L′,伸长量为2
受力分析如图1所示.可知:E=δ,2Fsinθ=
SL
3 实验装置的改装及数据分析
经过理论计算和实验验证,笔者设计了如图2所示的装置.
δL=L′mg,-L,L′=
E=
cosθ
.即可求得:
(1
)
.
(1-cosθ)2Ssinθ
图1 受力示意图
图2 改进后的金属丝杨氏模量测定仪
收稿日期:2007204204;修改日期:2007205231
作者简介:徐庆君(1979-),男,山东滕州人,枣庄学院物理与电子工程系助教,硕士,从事大学物理实验教学与非线性
光学研究.
第9期
徐庆君,等:金属丝的杨氏模量测定实验的改进41
测量钢丝直径D为0.488mm,不同作用力下的角度变化如表1所示.
表1 不同作用力下的角度变化
m/kg
4 结束语
本实验减少了实验数据采集之前的繁琐调
节,减少了由此而导致的人为误差.改进的实验仪器简单、易维修.,.
θ)i/(°
2.943.67
θ)/(°i′
2.963.63
θ)
物 理 实 验第27卷 第9期
PHYSICSEXPERIMENTATION2007年9月
Vol.27 No.9
Sep.,2007
金属丝的杨氏模量测定实验的改进
徐庆君1,刘 伟1,贾国治2
(1.枣庄学院物理与电子工程系,山东枣庄277160;2.300384)
摘 要:对金属丝杨氏模量测定仪重新设计.角,进而测量金属丝的杨氏模量.
关键词:杨氏模量;金属丝;转角
中图分类号:O343 24642(2007)0920040202
1 引 言
杨氏模量是表征在弹性限度内材料抗压和抗
拉性能的重要物理量,在工程技术中有着非常重要的意义.目前在许多高校的基础物理实验中大多采用伸长法测定金属丝的杨氏模量,该方法实验过程繁杂,测量结果不确定度大,费用高.本文对实验仪器进行了改进后,省去了光杠杆中的望远镜和平面镜等仪器,因此实验改进后过程简单,并降低了费用.
又知S=
2
D,则4
E=
,
πDsinθ(+tan2θ-1)
2
(2)
由(2)式可以看出所测物理量仅有D与θ,减少了测量值.2.2 转换测量值法
因为金属丝伸长量δL较小,所以采用转换测量的方法,该方法原理为:半径为r和R的2个同心圆,在同心角相同的情况下,大圆对应的弧长更长.因此,在大弧上刻度能更精细,更有利于读数,因此测量值也就更精确
.本实验中选择了半径大小适当的量角器.
2 实验原理
2.1 胡克定律
设长2L、截面积为S的均匀金属丝,在中点
δL,受到向下的作用力而伸长为2L′,伸长量为2
受力分析如图1所示.可知:E=δ,2Fsinθ=
SL
3 实验装置的改装及数据分析
经过理论计算和实验验证,笔者设计了如图2所示的装置.
δL=L′mg,-L,L′=
E=
cosθ
.即可求得:
(1
)
.
(1-cosθ)2Ssinθ
图1 受力示意图
图2 改进后的金属丝杨氏模量测定仪
收稿日期:2007204204;修改日期:2007205231
作者简介:徐庆君(1979-),男,山东滕州人,枣庄学院物理与电子工程系助教,硕士,从事大学物理实验教学与非线性
光学研究.
第9期
徐庆君,等:金属丝的杨氏模量测定实验的改进41
测量钢丝直径D为0.488mm,不同作用力下的角度变化如表1所示.
表1 不同作用力下的角度变化
m/kg
4 结束语
本实验减少了实验数据采集之前的繁琐调
节,减少了由此而导致的人为误差.改进的实验仪器简单、易维修.,.
θ)i/(°
2.943.67
θ)/(°i′
2.963.63
θ)