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实验三静态法测量杨氏模量

材料受力后发生形变。在弹性限度内，材料的胁强与胁变（即相对形变）之比为一常数，叫

弹性模量。条形物体（如钢丝）沿纵向的弹性模量叫杨氏模量。杨氏模量是描述固体材料抵抗形

变能力的重要物理量，是科学实验和工程设计时选择材料的重要依据之一。

【实验目的】

1.掌握用机械放大和光学放大方法来测量微小量的原理和方法。

2.掌握用逐差法处理数据的方法。

3.掌握有效数字的读取、运算以及不确定度计算的一般方法。

【实验原理】

测量杨氏模量的方法大体上有拉伸法、梁的弯曲法、振动法、内耗法等等，本实验采用拉伸

法测杨氏模量。实验中涉及较多长度的测量，根据不同测量对象选择不同测量仪器。

设一长度为L横截面积为S粗细均匀的金属丝。若沿长度方向受到外力F的作用后，其形

FL

变为ΔL。比值是金属丝单位面积上受到的作用力，称为应力；比值是金属丝的相对伸长

SL

量，称为应变。根据胡克定律，金属丝在弹性限度内它的应力与应变成正比，即

FL

E（１）

SL

比例系数E仅与材料的结构、化学成分及其加工制造方法有关，称其为金属丝的杨氏模量，

单位为N·m-2,在数值上等于单位应变的应力，可表示为：

FL

E（２）

SΔL

由（２）式可知，对E的测量实际上就是对F、L、S、ΔL的测量。其中F、L和S都容易

测量，唯有钢丝的伸长量ΔL很小，实验测定E的核心问题是如何测量ΔL，对于这样一个随

着砝码增加而增加的微小伸长量,如何相继进行非接触式测量,又如何提高测量的准确度是本实验

的关键所在。

本实验采S

1

用光杠杆的光

学放大作用实

现对钢丝微小

S

伸长量ΔL的

间接测量。光

杠杆是用光学



转换放大的方

法来实现微小L光杠杆望远镜S0

dd(光标灯)

长度变化的一21竖尺

种装置。它包括杠图-1

杆架和反射镜。

杠杆架下面有三个支脚，测量时两个前脚放在杨氏模量测定仪的工作平台上，一个后脚放在

与钢丝下夹头相连的活动平台上，随着钢丝的伸长（或缩短），活动平台向下（或向上）移动，

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综合性实验静态法测量杨氏模量

带动杠杆架以两个前脚的连线为轴转动。