用拉伸法测定金属材料的杨氏弹性模量实验过程.doc

学会用拉伸法测定金属材料的杨氏弹性模量
杨氏弹性模量是表征固体性质的重要物理量，尤其在工程技术中有其重要的意义，常用于固体材料抗形变能力的描述和作为选定机械构件的依据。
测量杨氏弹性模量的方法很多，本实验采用拉伸法。
[实验目的]
（1）学****测量杨氏弹性模量一种方法。
（2）掌握用光杠杆法测量微小伸长量的原理和方法。
（3）熟练掌握运用逐差法处理实验数据。
[实验仪器］
YMC—1杨氏弹性模量仪、光杠杆镜尺组、千分尺、钢卷尺、m千克砝码若干。
[实验原理］
在外力作用下，固体发生的形状变化叫形变，形变分弹性形变和范性形变。本实验测量钢丝杨氏弹性模量是在钢丝的弹性范围内进行的，属弹性形变的问题，最简单的弹性形变是在弹性限度内棒状物受外力后的伸长和缩短。设一根长度为L、横截面积为S的钢丝，沿长度方向施加外力F后，钢丝伸长ΔL。根据胡克定律：胁变（ΔL/L）与胁强（F/S）成正比，写成等式后，胁变前的比例系数就是杨氏弹性模量即
（17—1）
Y就是该钢丝的杨氏弹性模量，单位是NM-2。
由式（17-1）可知，只要测量出等号右端的F、L、S、ΔL等量，即可测定杨氏弹性模量Y。显然，F、L、S可用一般量具测出，而钢丝的微小伸长量ΔL，使用一般的量具进行精确的测量是困难的，这是因为ΔL很小，当L为1m，S为1mm2时，每牛顿力的伸长量ΔL约为5×10-3mm），不能用直尺测量，也不便于用大型卡尺和千分尺测量，所以，通常采用光杠杆法。
图17-1
杠杆的放大原理是大家熟知的，若利用光的性质，采用适当的装置，使之起到同样放大作用，这种装置就称为光杠杆（图17-1）。光杠杆是由T型足架和小镜组成，测量时，还必须加上读数系统的镜尺组（望远镜和标度尺，参阅图17-2）。在本实验中，光杠杆足架上的前双足应安放在杨氏模量仪固定平台上的沟槽内，后单足则置于钢丝下端的圆柱形夹头上。
当钢丝伸长ΔL时，光杠杆后单足随钢丝夹头下降ΔL，此时，光杠杆小镜后仰α角（图17-2），则：
其中，b为光杠杆后单足到前双足的垂直距离。
图17-2
这时，望远镜中标尺的示值由n1变为n2，N=n2－n1。当镜面后仰α角时，镜面的法线也随之后仰α角，所