實驗7?? 用拉伸法測定金屬絲的楊氏彈性模量
教學內容：1、講述“用拉伸法測定金屬絲的楊氏彈性模量”實驗的實驗原理
????????? 2、介紹實驗的操作要領、數據處理等
????????? 3、指導學生進行實驗操作、觀察實驗現象、測量并記錄實驗數據。
教學學時：3學時
教學目的：1、使學生了解“用拉伸法測定金屬絲的楊氏彈性模量”的實驗原理
?????????? 2、使學生學會用光杠桿法測量長度的微小變化量
?????????? 3、使學生掌握本實驗的儀器調節和實驗數據的測量
?????????? 4、使學生學會用逐差法處理實驗數據
教學重點、難點：
1、?光杠桿放大原理
2、?實驗儀器的調節
3、?逐差法處理實驗數據
教學方法、方式：講解、演示、學生操作教師指導。
教學過程：（引入、授課內容、小結、作業布置等）
用拉伸法測定金屬絲的楊氏彈性模量
一、引入
楊氏彈性是描述固體材料抵抗形變的能力的物理量，它與固體材料的幾何尺寸無關，與外力大小無關，只決定于金屬材料的性質，它的國際單位為：牛/米2（N/m2），它是表征固體材料性質的重要物理量，是選擇固體材料的依據之一，是工程技術中常用的參數。楊氏彈性模量測量的常用方法：
1、萬能試驗機法：在萬能試驗機上做拉伸或壓縮試驗，自動記錄應力和應變的關系圖線，從而計算出楊氏彈性模量。
2、靜態拉伸法（本實驗采用此法），它適用于有較大形變的固體和常溫下的測量，它的缺點是：①因為載荷大，加載速度慢，含有馳豫過程。所以它不能很真實地反映出材料內部結構的變化。②對脆性材料不能用拉伸法測量；③不能測量材料在不同溫度下的楊氏彈性模量。
3、動態懸掛法：將試樣（圓棒或矩形棒）用兩根線懸掛起來并激發它作橫向振動。在一定條件下，試樣振動的固有頻率取決于它的幾何形狀、尺寸、質量以及它的楊氏彈性模量，如果我們在實驗中測出了試樣在不同溫度下的固有頻率，就可以算出試樣在不同溫度下的楊氏彈性模量。此法克服了靜態拉伸法的缺點，具有實用價值，是國家標準規定的一種測量方法。
本實驗學會用拉伸法測定金屬絲的楊氏彈性模量。
二、實驗原理
1、彈性形變：物理在外力作用下都要或多或少地發生形變。當形變不超過某一限度時，撤走外力之后，形變能隨之消失。這種形變稱為彈性形變。
2、彈性形變類型：對固體來說，彈性形變可分為四種：①伸長或壓縮的形變（應變）；②切向形變（切變）；③扭轉形變（扭變）；④彎曲形變。
3、基本原理（胡克定律）：一根粗細均勻的金屬絲，長度為L，截面積為S，將其上端固定，下端懸掛砝碼，于是，金屬絲受外力F作用而發生形變，伸長了 ，比值F/S是金屬絲單位面積上的作用力，稱為脅強（正應力）；比值 /L是金屬絲的相對伸長，稱為脅變（線應變）。根據虎克定律，金屬絲在彈性限度內，它的脅強與脅變成正比，
即
式中比例系數Y就是楊氏彈性模量。
由于伸長量 的值很小，用一般量具不易測準。本實驗采用光杠桿望遠鏡尺組進行放大測量（簡稱光杠桿放大法）。
一、?核心儀器介紹
光杠桿望遠鏡尺組是利用杠桿原理將待測微小長度利用光學法先進行放大，然后用普通工具（米尺）來測量的一套裝置。其參數為杠桿常數b（光杠桿的后尖足至兩前足連線的垂直距離），其放大原理參閱教材P61-P62，其放大倍數為
?—鋼絲伸長前后，望遠鏡中讀數之差。
?—金屬絲實際伸長量。
??? b—光杠桿常數。
??? D—反射鏡面離標尺的距離。
三、操作要領
外觀對準→粗調找尺→細調對零
外觀對準：將望遠鏡尺組放在離光杠桿鏡面前方約1.5—2m處，望遠鏡和光杠桿處于同一高度。調節望遠鏡大致水平，光杠桿鏡面及標尺大致鉛直。然后沿望遠鏡筒方向觀察光杠桿鏡面，應看到鏡面中有標尺的象和觀察者的眼睛。如果沒有，可微動望遠鏡尺組或光杠桿鏡面傾角，使來自標尺的入射光線經過光杠桿鏡面的反射，其反射光能射入望遠鏡內。
粗調找尺：先調節望遠鏡目鏡，對十字叉絲進行聚集。再調節物鏡焦距，使標尺成象在十字叉絲平面上。這時從望遠鏡內觀察既能看清標尺，又能看清十字叉絲。這一步，對初學者來說比較困難，往往出現：1、十字叉絲看不見或者很模糊，這是因為目鏡沒有調節好。2、在望遠鏡中只看到杠桿鏡面而看不到標尺的象。這是物鏡的焦距沒有調節好，應使望遠鏡聚集在2D遠的地方。當人眼上下移動時，物象與叉絲有相對移動，產生視差。這是因為目標成象不在十字叉絲平面上，只要微微調節物鏡焦距，即能消除視差。
細調對零：仔細調節光杠桿小鏡的傾角以及標尺的高度，使尺象的零線盡可能落在望遠鏡十字叉絲的橫絲上。
實驗中注意：實驗測量中，發現增荷和減荷時讀數相關差較大，當荷重按比例增加時，? 不按比例增加，應找出原因，重新測量。這種情況可能發生的原因有：
1、?金屬絲不直，初始砝碼太輕，沒有把金屬絲完全拉直。
2、?楊氏彈性模量儀支柱不垂直，使金屬絲下端的夾頭不能在金屬框內上下自由滑動，摩擦阻力太大。