杨氏模量演示文稿资料.pptx
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1、会计学1杨氏模量演示文稿资料杨氏模量演示文稿资料物理实验教学中心物理实验教学中心实验背景实验背景 杨氏模量是工程材料重要的物理性能参数,是选杨氏模量是工程材料重要的物理性能参数,是选择工程材料的一个重要依据,其测量具有重要意义。择工程材料的一个重要依据,其测量具有重要意义。杨氏模杨氏模量量描述材料抵抗弹性形变能力的物理描述材料抵抗弹性形变能力的物理量。量。测量方法:测量方法:如静态拉伸法、共振法、简支梁法、悬臂如静态拉伸法、共振法、简支梁法、悬臂梁法、脉冲波传输法等。梁法、脉冲波传输法等。本实验本实验拉伸法,涉及长度微小变化测量。拉伸法,涉及长度微小变化测量。第1页/共41页物理实验教学中心物
2、理实验教学中心 用长度测量工具直接测量用长度测量工具直接测量微小长度及长度的微小变化,微小长度及长度的微小变化,很难得到精确数据。将微小长度或长度的微小变化通很难得到精确数据。将微小长度或长度的微小变化通过过放大或转换再进行测量是一种基本实验方法。放大或转换再进行测量是一种基本实验方法。例如:例如:测薄纸厚度测薄纸厚度 很多张叠放,测总厚度,计算一页厚很多张叠放,测总厚度,计算一页厚度度累积放大。累积放大。邮票质量类似测量邮票质量类似测量。卡尺及千分尺本身可以测小的厚度或长度卡尺及千分尺本身可以测小的厚度或长度机械机械放大。放大。第2页/共41页物理实验教学中心物理实验教学中心 利用干涉仪可将
3、长度的微小变化转换为光的干涉条纹利用干涉仪可将长度的微小变化转换为光的干涉条纹的移动进行测量。材料在外力作用下的微小应变,可的移动进行测量。材料在外力作用下的微小应变,可用电阻应变仪将应变转换为电学量测量用电阻应变仪将应变转换为电学量测量转换放大转换放大 总之,测微小长度及长度微小变化有许多方法,总之,测微小长度及长度微小变化有许多方法,不同的方法适合不同情形。不同的方法适合不同情形。本实验内容:通过加载拉伸测定钢丝的杨氏模量。本实验内容:通过加载拉伸测定钢丝的杨氏模量。钢丝被拉伸,长度微小变化,能用长度测量工具钢丝被拉伸,长度微小变化,能用长度测量工具直接而准确地测量吗?直接而准确地测量吗?
4、很难操作!很难操作!第3页/共41页物理实验教学中心物理实验教学中心 光杠杆有很多光杠杆有很多实际应用实际应用:金属丝静态拉伸的微小伸长、金属杆受热膨胀的金属丝静态拉伸的微小伸长、金属杆受热膨胀的微小伸长,用光杠杆放大测量。微小伸长,用光杠杆放大测量。灵敏电流计、冲击电流计、光线示波器都有光杠灵敏电流计、冲击电流计、光线示波器都有光杠杆装置。杆装置。方法:方法:采用采用光杠杆放大方法测光杠杆放大方法测钢丝伸长。钢丝伸长。第4页/共41页物理实验教学中心物理实验教学中心实验目的实验目的1、了解杨氏模量的物理概念,、了解杨氏模量的物理概念,学会测量杨氏弹性模学会测量杨氏弹性模量的一种实验方法。量的
5、一种实验方法。2、掌握用光杠杆放大原理测量长度微小变化的方法。、掌握用光杠杆放大原理测量长度微小变化的方法。3、学会用逐差法处理数据、学会用逐差法处理数据。第5页/共41页物理实验教学中心物理实验教学中心实验原理实验原理一、一、什么是杨氏模量?什么是杨氏模量?众所周知,物体在外力作用下将发生形变。当去除众所周知,物体在外力作用下将发生形变。当去除外力,物体能恢复原来形状的形变外力,物体能恢复原来形状的形变弹性形变弹性形变;当;当去除外力,物体仍有剩余形变去除外力,物体仍有剩余形变塑性形变。塑性形变。本实验研究一种简单的弹性形变,即棒状或丝状物本实验研究一种简单的弹性形变,即棒状或丝状物体在轴向
6、外力作用下的弹性形变体在轴向外力作用下的弹性形变拉伸形变拉伸形变。设物体原长设物体原长L,截面积,截面积S,在长度方向施加外力,在长度方向施加外力F,其伸长其伸长(或缩短或缩短)L。第6页/共41页物理实验教学中心物理实验教学中心 实验证明,弹性范围内,单位截面上的垂直作用实验证明,弹性范围内,单位截面上的垂直作用力力F/S(正应力或胁强正应力或胁强)与物体相对伸长)与物体相对伸长L/L(线应线应变或胁变变或胁变)成正比:)成正比:上述关系称为上述关系称为胡克定律胡克定律。比例系数。比例系数Y称为材料的杨氏称为材料的杨氏模量模量,反映材料反抗拉伸形变的能力,不同质材料,反映材料反抗拉伸形变的能
7、力,不同质材料Y不同。于是不同。于是(直径为(直径为d的金属丝)的金属丝)第7页/共41页物理实验教学中心物理实验教学中心测出测出得到杨氏模量得到杨氏模量本实验用本实验用光杠杆测量微小长度变化光杠杆测量微小长度变化二、光杠杆放大原理二、光杠杆放大原理光杠杆系统由光杠杆、测量望远镜及竖直标尺组成光杠杆系统由光杠杆、测量望远镜及竖直标尺组成第8页/共41页物理实验教学中心物理实验教学中心 光杠杆光杠杆固定在三角支架固定在三角支架上的并可绕水平轴转动的小平面镜。上的并可绕水平轴转动的小平面镜。测量望远镜及竖直标尺测量望远镜及竖直标尺 光杠杆是如光杠杆是如何实现长度微小何实现长度微小变化的测量的?变化
8、的测量的?第9页/共41页物理实验教学中心物理实验教学中心基本原理基本原理:通过平面镜反射将长度的微小变化转化成测量光线通过平面镜反射将长度的微小变化转化成测量光线光点相对于参考标尺的移动,来完成测量。光点相对于参考标尺的移动,来完成测量。第10页/共41页物理实验教学中心物理实验教学中心第11页/共41页物理实验教学中心物理实验教学中心12 钢丝上端固定,下钢丝上端固定,下端被圆柱夹柱,加载,端被圆柱夹柱,加载,伸长伸长后后足足下下移移第12页/共41页物理实验教学中心物理实验教学中心12根据反射定律及几何关系得:根据反射定律及几何关系得:第13页/共41页物理实验教学中心物理实验教学中心1
9、2微小伸长的测量微小伸长的测量 转换放大成转换放大成N的测量。的测量。放大倍数放大倍数第14页/共41页物理实验教学中心物理实验教学中心12第15页/共41页物理实验教学中心物理实验教学中心三、测金属丝杨氏模量实验装置三、测金属丝杨氏模量实验装置 金属丝上端固定,下端于圆柱夹柱中。夹柱可穿过固定平台金属丝上端固定,下端于圆柱夹柱中。夹柱可穿过固定平台孔上下自由移动。圆柱下端金属丝挂砝码。孔上下自由移动。圆柱下端金属丝挂砝码。底脚螺丝底脚螺丝气泡气泡第16页/共41页物理实验教学中心物理实验教学中心 光杠杆前两足于平台凹槽中,后足于圆柱夹上光杠杆前两足于平台凹槽中,后足于圆柱夹上。望远镜和标尺于
10、光杠杆正前方望远镜和标尺于光杠杆正前方 三个底脚螺丝调节平台水平和双柱支架铅直(三个底脚螺丝调节平台水平和双柱支架铅直(不不同仪器:同仪器:底座气泡居中;环钩小重锤尖与底座尖锥正底座气泡居中;环钩小重锤尖与底座尖锥正对;平台上置水准仪,气泡居中)对;平台上置水准仪,气泡居中)第17页/共41页物理实验教学中心物理实验教学中心 (1)标尺的位置变)标尺的位置变化,光线反射次数增化,光线反射次数增加;加;(2)加载用液压,)加载用液压,数显载荷;数显载荷;(3)望远镜与光)望远镜与光杠杆间距缩短。杠杆间距缩短。NKY-5型数显液压加力杨氏模量仪型数显液压加力杨氏模量仪第18页/共41页标尺、光杠杆
11、标尺、光杠杆光杠杆光杠杆标尺标尺原装置原装置NKY-5型型物理实验教学中心物理实验教学中心原装置原装置第19页/共41页物理实验教学中心物理实验教学中心 测量过测量过程中有可程中有可能出现那能出现那些系统误些系统误差?如何差?如何消除?消除?第20页/共41页物理实验教学中心物理实验教学中心四四.系统误差及消减系统误差及消减(1)避免金属丝假伸长)避免金属丝假伸长 钢丝自由悬挂不可能拉紧,开始加载会伴有假伸长。钢丝自由悬挂不可能拉紧,开始加载会伴有假伸长。方法方法:测量前预先加力,拉紧钢丝。:测量前预先加力,拉紧钢丝。(2)消除伸长滞后效应误差)消除伸长滞后效应误差 钢丝加外力要经过一段时间才
12、达到稳定伸长即钢丝加外力要经过一段时间才达到稳定伸长即滞后效滞后效应应。每次加载需经较长时间,标尺读数才与外力准确。每次加载需经较长时间,标尺读数才与外力准确对应。对应。方法:每次加力后应等一段时间(方法:每次加力后应等一段时间(NKY-5型:显型:显示器数字稳定)再读数;示器数字稳定)再读数;加载与减载,读数平均。加载与减载,读数平均。第21页/共41页物理实验教学中心物理实验教学中心(3)仪器调整不当引起误差)仪器调整不当引起误差(4)钢丝锈蚀或长期受力产生金属疲劳。)钢丝锈蚀或长期受力产生金属疲劳。导致应力集中或塑性形变。及时更换钢丝导致应力集中或塑性形变。及时更换钢丝。(5)载荷不准确
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