测量康铜丝的杨氏模量和泊松比讲义.doc

Readme 怎么分小组？ 前一半同学为第一小组，第一次在403室完成1~3、8项实验内容，另一半为第二小组，第一次在409室完成1、4~8项内容，一周后对调实验室。 若这组同学(10人，则不分小组，第一次在403室，第二次在409室。 实验设备1人1套。 怎么预习本实验？ 简写，通常一页纸。 怎么操作？ 本实验的注意事项和操作技巧较多，关键的要点有： （1）勿碰金属丝（一进门就将书包等物放在桌旁的地上，以免挂断细丝）； （2）静下心来，边思考，边动手。 怎么处理数据？ 只需要处理实验内容中标“(”号的部分。 关于实验报告。 两周合写一份报告，这份报告应包含： 1份预习报告、2份经签字的实验原始数据、1份数据处理。 测量 一 基 1、金属丝的杨氏模量与泊松比 杨氏模量是材料的重要力学参数，反映了材料抵抗形变能力的大小。拉力F与丝的原始横截面A之比定义为应力，伸长量与丝的原始长度L之比定义为纵向线应变。在弹性范围内，应力与应变满足胡克定律： (1) 其中E为材料的杨氏模量。 式(1)中只考虑了材料的微小纵向应变，忽略了横向变化。横向变化量与丝的原始横向长度d之比定义为横向线应变。在实践中，纵向拉伸应变还会导致横向收缩应变。实验表明，在材料弹性范围内，横向线应变与纵向线应变之比为常数： (2) (2)式中的负号表示纵向拉伸导致横向收缩，μ为横向变形系数或称泊松比。 2、非平衡电桥 非平衡电桥与传感器配合使用，可测量温度、应力、位移等物理量。图1为非平衡电桥的原理图，其中电阻箱R1、R2、R3为电桥的三个臂，电阻箱R4与金属丝电阻Rs串联构成第四臂，R0为电位器，C是滑动头。当电桥平衡时： 　　 任意桥臂阻值变化时，电桥将偏离平衡位置。金属丝受到拉伸引起电阻变化，当R4+Rs的相对阻值变化量小于1%时，桥电压Ug（即D、E之间的电压）与该桥臂的电阻变化量近似满足线性关系： 　　　　　　　　　　（3） 即将电阻的微小变化量转化成直流电压信号进行测量。 本实验的研究对象为康铜丝。 二 待研究的问题 1 测量 2、 忽略拉伸过程中康铜丝电阻率的变化，利用非平衡电桥测量康铜丝相关物理量的变化，进而计算其泊松比。 三 实验仪器 1 康铜丝（已焊接两根导线） 1 2 木支架（已装配电位器、开关、电桥盒等） 1 3 卷尺（最大允差2.0mm） 1 4 JCD3型读数显微镜（最大允差0.015mm） 1 5 读数显微镜垫块 1 6 ZX38A/10型交直流电阻箱（0.1级） 1 7 KEITHLEY台式万用表（使用方法见附录） 1 8 低压钠灯（双线平均波长(=0.5893(m）及电源 1 9 钠灯木垫块 1 10 甲电池(~1.5V) 1 11 玻璃片 2 12 砝码托盘（质量标注于底部） 1 13 增砣砝码（100克） 10 14 LED灯 1 15 导线 8 四、 实验要求 ~3、8项实验内容， 后一半同学第一次在409室完成1、4~8项内容，一周后对调实验室） 1、调整高度调节螺栓，使木支架平衡，康铜丝与桌面平行，距桌面77mm。 2、利用所给设备搭建一套干涉法测量康铜丝直径的装置，看到干涉条纹后，请报告教师，确认干涉条纹的效果。 要求：干涉条纹与劈尖顶端保持平行。 本步骤的操作具有较大的挑战性，请静下心来认真调节。 （1）观察45mm范围内的所有干涉条纹，简要描述在整个范围内干涉条纹的分布特点。 （2）说明上述现象的原因。( （3）为了提高测量康铜丝直径的精度，应测什么区域的条纹？( 3、测量 （1）要求测量直径d的相对不确定度小于1.0%，请设计实验方案。 提示：参考一级实验《单摆测重力加速度》的设计方法，给出各参数的极限不确定度，说明用什么工具测量。 （2）根据设计方案测量实验数据。 （3）计算康铜丝的直径d。( 注意： 读数显微镜较沉重，搬运时若有困难，请向老师求助，以免摔坏仪器； 调节读数显微镜时要特别小心，避免碰触康铜丝； 钠灯不能频繁开关，关闭钠灯电源后要等5分钟才能再次点亮。 4、测量康铜丝的杨氏模量E 1） 2）根据设计方案操作实验，记录数据； 3）求康铜丝的杨氏模量E（合肥地区重力加速度）。( 5、按图1连接电路，建议分压UAC取0.3~0.5V（用KEITHLEY台式万用表监测，台式万用表的操作说明见附录2），以免康铜丝发热。 6、用KEITHLEY台式万用表