拉伸法测金属丝杨氏模量实验装置的改进_蔡莉莉
拉伸法测金属丝的杨氏模量实验报告

拉伸法测金属丝的杨氏模量实验报告一、实验目的1、学会用拉伸法测量金属丝的杨氏模量。
2、掌握光杠杆放大原理和测量微小长度变化的方法。
3、学会使用游标卡尺、螺旋测微器等测量长度的仪器。
4、学习数据处理和误差分析的方法。
二、实验原理杨氏模量是描述固体材料抵抗形变能力的物理量。
假设一根粗细均匀的金属丝,长度为\(L\),横截面积为\(S\),在受到外力\(F\)作用下伸长了\(\Delta L\)。
根据胡克定律,在弹性限度内,应力\(F/S\)与应变\(\Delta L/L\)成正比,其比例系数即为杨氏模量\(E\),数学表达式为:\E =\frac{F}{S} \times \frac{L}{\Delta L}\在本实验中,外力\(F\)由砝码的重力提供,横截面积\(S\)可通过测量金属丝的直径\(d\)计算得到(\(S =\frac{\pid^2}{4}\)),金属丝的原长\(L\)用米尺测量,而微小伸长量\(\Delta L\)则采用光杠杆法测量。
光杠杆装置由光杠杆、望远镜和标尺组成。
光杠杆是一个带有三个尖足的平面镜,前两尖足放在平台的沟槽内,后尖足置于金属丝的测量端。
当金属丝伸长(或缩短)\(\Delta L\)时,光杠杆的后尖足随之升降\(\Delta L\),从而带动平面镜转动一个角度\(\theta\)。
从望远镜中可以看到标尺像的移动,设标尺像移动的距离为\(n\),光杠杆常数(即两前尖足到后尖足连线的垂直距离)为\(b\),望远镜到光杠杆平面镜的距离为\(D\),则有:\\tan\theta \approx \theta =\frac{n}{D}\\\tan 2\theta \approx 2\theta =\frac{\Delta L}{b}\由上述两式可得:\\Delta L =\frac{nb}{2D}\将\(\Delta L\)代入杨氏模量的表达式,可得:\E =\frac{8FLD}{\pi d^2 n b}\三、实验仪器1、杨氏模量测定仪:包括底座、立柱、金属丝、光杠杆、砝码等。
大学物理实验《用拉伸法测金属丝的杨氏弹性模量》

大学物理实验《用拉伸法测金属丝的杨氏弹性模量》篇一:大学物理设计性实验用拉伸法测定金属丝的杨氏弹性模量用拉伸法测定金属丝的杨氏弹性模量误差分析一、引入杨氏弹性是描述固体材料抵抗形变的能力的物理量,它与固体材料的几何尺寸无关,与外力大小无关,只决定于金属材料的性质,它的国际单位为:牛/米2(N/m2),它是表征固体材料性质的重要物理量,是选择固体材料的依据之一,是工程技术中常用的参数。
杨氏弹性模量测量的常用方法:2、静态拉伸法(本实验采用此法),它适用于有较大形变的固体和常温下的测量,它的缺点是:①因为载荷大,加载速度慢,含有驰豫过程。
所以它不能很真实地反映出材料内部结构的变化。
②对脆性材料不能用拉伸法测量;③不能测量材料在不同温度下的杨氏弹性模量。
3、动态悬挂法:将试样(圆棒或矩形棒)用两根线悬挂起来并激发它作横向振动。
在一定条件下,试样振动的固有频率取决于它的几何形状、尺寸、质量以及它的杨氏弹性模量,如果我们在实验中测出了试样在不同温度下的固有频率,就可以算出试样在不同温度下的杨氏弹性模量。
此法克服了静态拉伸法的缺点,具有实用价值,是国家标准规定的一种测量方法。
二、实验原理1、弹性形变:物理在外力作用下都要或多或少地发生形变。
当形变不超过某一限度时,撤走外力之后,形变能随之消失。
这种形变称为弹性形变。
2、弹性形变类型:对固体来说,弹性形变可分为四种:①伸长或压缩的形变(应变);②切向形变(切变);③扭转形变(扭变);④弯曲形变。
3、基本原理(胡克定律):一根粗细均匀的金属丝,长度为L,截面积为S,将其上端固定,下端悬挂砝码,于是,金属丝受外力F作用而发生形变,伸长了L,比值F/S是金属丝单位面积上的作用力,称为胁强(正应力);比值L/L是金属丝的相对伸长,称为胁变(线应变)。
根据虎克定律,金属丝在弹性限度内,它的胁强与胁变成正比,即FLFL4FLE 即E2SLSLDL式中比例系数E就是杨氏弹性模量,D为钢丝直径。
拉伸法测量金属丝的杨氏模量实验报告
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拉伸法测量金属丝的杨氏模量实验报告《拉伸法测量金属丝的杨氏模量实验报告》
嘿,朋友们!今天我要来给你们讲讲我做的拉伸法测量金属丝杨氏模量的实验,那可真是一次超级有趣的体验啊!
实验开始前,我就像要去探险一样兴奋!我准备好了各种器材,那根金属丝就静静地躺在那里,好像在等着我去揭开它的秘密。
我心里想着:“这根小小的金属丝里到底藏着怎样的奥秘呢?”
然后我和小伙伴们一起动手啦!我们小心翼翼地把金属丝安装到实验装置上,就像在给一个小宝贝安家一样。
我还打趣地说:“嘿,可得轻点儿对它呀!”大家都笑了。
当我们开始施加拉力的时候,那种感觉就像是在和金属丝拔河一样。
它一开始还有点不情愿呢,不过慢慢地就开始伸长啦!看着它一点点变化,我心里那个激动啊,哎呀,真的很难形容!就好像看着一颗种子慢慢发芽长大。
在测量数据的过程中,我们可真是一丝不苟啊!每一个数值都像是宝贝一样,生怕记错了。
我和小伙伴还互相提醒:“嘿,你可看准了啊,别出差错!”这感觉就像是在完成一项超级重要的任务。
经过一番努力,终于得出了结果!哇,那种满足感简直爆棚!就好像我们征服了一座小山一样。
这次实验让我深刻地体会到了科学的魅力,它就像一个神秘的宝藏,等着我们去挖掘。
总之,这次实验真的是太棒了!你们也快去试试吧,绝对会让你们大开眼界的!。
用拉伸法测量金属丝杨氏模量实验的改进
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用拉伸法测量金属丝杨氏模量实验的改进
概述:
金属丝杨氏模量实验是材料力学的基本实验之一,通过对金属丝的拉伸变形来测量金
属丝的杨氏模量。
在实验中,最关键的是要保证拉力的均匀施加和丝杆的精准确定,以获
得可靠的实验结果。
此外,本实验还应注意保持实验环境的恒温恒湿,减小外部因素的干扰。
改进内容:
1. 安装数码测力计:在实验中使用数码测力计替代传统的弹簧秤,数码测力计的测
量精度更高,能够提供更准确的拉力数据,使实验结果更加可靠。
2. 采用导线连接丝杆:将金属丝杆和拉力机通过导线连接起来,能够减小由于丝杆
材质不同而引起的误差,使实验结果更为精确。
3. 加装恒温恒湿设备:由于环境温湿度的变化会对实验数据产生影响,因此应加装
恒温恒湿设备,以保持实验环境的稳定。
4. 采用微型示波器:传统的计时器并不能准确记录实验中的细微变化,而且人工计
时容易出现误差。
因此,应采用微型示波器,可以更精确地记录实验过程中的变化,提高
实验的准确性。
5. 按照规定采用拉伸速率:拉伸速率的设置对实验结果有较大的影响,因此在实验
中应按照规定的拉伸速率进行实验。
通过调整拉伸速率,可以得到更加精确的实验数据。
结论:
通过上述改进,金属丝杨氏模量实验的准确性得到了显著提高,其实验结果更加可靠、精确。
采用数码测力计、导线连接丝杆、恒温恒湿设备、微型示波器和规定的拉伸速率等
改进手段,可以提高实验中的精度和准确性,为科学研究提供更加可靠的数据保障。
拉伸法测金属丝杨氏模量实验报告

拉伸法测金属丝杨氏模量实验报告拉伸法测金属丝杨氏模量实验报告引言金属材料的力学性能是工程设计和材料研究的重要指标之一。
而杨氏模量是评价金属材料弹性性能的重要参数之一。
本实验通过拉伸法测定金属丝的杨氏模量,旨在探究金属材料的弹性性能。
实验原理拉伸法是一种常用的测定材料杨氏模量的方法。
拉伸试验时,通过施加外力,使金属丝产生应变,进而测定应力和应变之间的关系。
根据胡克定律,应力与应变之间成正比,比例系数即为杨氏模量。
实验步骤1. 实验前准备:准备一根长度较长的金属丝,称重并记录质量。
2. 固定金属丝:将金属丝固定在实验台上,确保其平整和垂直。
3. 测量初始长度:使用游标卡尺测量金属丝的初始长度,并记录。
4. 施加外力:逐渐施加外力,使金属丝发生拉伸,同时记录外力的大小。
5. 测量伸长量:使用游标卡尺测量金属丝的伸长量,并记录。
6. 计算应力和应变:根据外力和伸长量的测量结果,计算金属丝的应力和应变。
7. 绘制应力-应变曲线:将应力和应变的测量结果绘制成曲线图。
8. 计算杨氏模量:根据应力-应变曲线的斜率,计算金属丝的杨氏模量。
实验结果实验中,我们选取了一根长度为L的金属丝进行拉伸试验。
通过测量,我们得到了金属丝的初始长度为L0,质量为m,外力F的大小,以及金属丝的伸长量ΔL。
根据这些数据,我们可以计算出金属丝的应力σ和应变ε。
应力σ的计算公式为:σ = F / A其中,F为外力的大小,A为金属丝的横截面积。
应变ε的计算公式为:ε = ΔL / L0通过绘制应力-应变曲线,我们可以观察到金属丝在拉伸过程中的变化情况。
根据应力-应变曲线的斜率,即可计算出金属丝的杨氏模量E。
讨论与分析根据实验结果,我们可以得到金属丝的杨氏模量。
杨氏模量是衡量金属材料弹性性能的重要参数,它反映了金属材料在拉伸过程中的变形能力。
在实验过程中,我们发现金属丝在受力后会发生弹性变形。
当外力达到一定程度时,金属丝开始发生塑性变形,伸长量增加较快。
拉伸法测钢丝杨氏模量实验中减小不确定度的一种方法
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) 一
~ 一
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Y / i 的 B类不确定度 :
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会一 一 刮・ 一 o . 0 1 1 6 m m ;
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Z . 4 45X 1 0 Pa
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的合成 不确定度 :
“ ( ~ ) = ̄ / “ ( J 一 ) + 售 ( 却 一 )一o . 0 3 7 3 mm。
计测得 , 其相对不确 定度 的平 方数 量级 一般 为 1 0 ; , 一
由标 尺 测得 , 其相对不确定度的平方数量级一般为 1 O _ 。 。
图 1 实验 装 置设 计
所以, 杨 氏模量的误差主要来源 于标 尺读数 , 不确 定度 主 要 由 , 一 所决定 。要 想减 小杨 氏模 量测 量误 差 , 降低 不确
从游标卡尺上读 出刻度 。逐个增加 、 减去砝码 , 同上述方 法一
2 . 1 游标卡尺测数据时的数据记 录与处理 望远镜 中游标卡 尺读数 如表 1 所示, 逐差 法处 理 游标 卡 尺读数数据如表 2 所示 。
样, 依 次便 可记录望远镜 内游标卡尺读 数 。
收 稿 日期 : 2 0 1 4 — 0 3 — 0 5
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/ 0
定度 。必须 降低 一 的不确定度 。在 不改变 光杠杆测 微小 变化量原理 的基 础上 , 降低 r / , 一 的不确 定度 的方 法可 采用 测量精 度较 高的游标 卡尺代替标 尺进行读数 。
1 实 验 装 置 的 设 计 及 测 量 方 法
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如图 1 所示 , 将游标卡尺用燕尾夹倒 夹于标 尺上 , 将 一个 略厚 的垫 片垫在 游标 卡尺 主尺头 部与标 尺头 部之 间 , 并 用一 个燕尾夹夹住 。再将一个 略厚 的垫片垫在游 标卡尺 主尺底部 与标尺之 间, 并用一 个燕尾 夹夹 住 。望远镜 套在 游标 卡 尺下 方 。其余实验装置不变 。
拉伸法测金属丝的杨氏模量实验报告
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拉伸法测金属丝的杨氏模量实验报告引言:杨氏模量是描述某物质材料在受到拉伸或压缩时,弹性变形程度大小的一个物理量。
在实际应用中,杨氏模量常用于描述金属、合金、非晶态材料等材料的弹性特性。
在本次实验报告中,我们将通过拉伸法测量金属丝的杨氏模量。
实验目的:1. 了解拉伸法测定金属丝杨氏模量的基本原理。
2. 掌握拉伸法测定金属丝杨氏模量的实验方法。
3. 掌握实验数据的处理方法,确定金属丝的杨氏模量。
实验原理:当杆(或丝)在轴向受到拉伸力 F 后,其长度增加ΔL,应变为 E。
定义贯穿力 F、应变 E 和初始长度 L 的比值为一项物理量,称为杨氏模量 Y。
根据杨氏定律可得:$$ Y = \frac {F/A} {\Delta L/L} $$其中 A 为截面面积。
实验步骤:1. 用细钢丝制备试件,长度大于两倍的所需要的长度。
2. 将一个试件端固定,另一端悬挂一重物,使得钢丝呈直线状,测试钢丝的长度L0。
3. 用万能测量仪测试钢丝悬挂重物后的长度 L1。
4. 根据悬挂的重量计算钢丝的拉力 F。
5. 重复以上步骤,重复至少三次,记录不同重量下的拉力及钢丝的长度变化。
6. 计算每个拉力及钢丝长度变化的平均值,并绘制拉力-长度变化曲线。
7. 根据拉力-长度变化曲线计算钢丝杨氏模量 Y。
实验数据及处理:重量(kg)|拉力F(N)|长度变化ΔL(mm)|-|-|-|0.001|0.0098|0.15|0.002|0.0196|0.30|0.003|0.0294|0.45|0.004|0.0392|0.60|0.005|0.0490|0.74|计算钢丝的杨氏模量:平均截面积A = πd^2/4 = π(0.18mm)^2/4 = 2.54×10^(-5)m^2计算平均应变 E 平均长度变化ΔL/L =(0.15mm+0.30mm+0.45mm+0.60mm+0.74mm)/(200mm) = 0.0025E = ΔL/L = 0.0025/5 = 0.0005计算杨氏模量 Y Y = F/A/E =(0.0098N+0.0196N+0.0294N+0.0392N+0.0490N)/(5×2.54×10^(-5)m^2×0.0005) =1.96×10^11 Pa实验结果:经过实验测试,我们得到了金属丝的杨氏模量为 1.96×10^11 Pa。
拉伸法测金属丝的杨氏模量实验报告

拉伸法测金属丝的杨氏模量实验报告拉伸法测金属丝的杨氏模量实验报告引言:杨氏模量是描述材料刚度的重要物理量,它可以用来衡量材料在受力时的变形能力。
本实验通过拉伸法来测量金属丝的杨氏模量,通过实验数据的分析,得出金属丝的杨氏模量值。
实验目的:1. 了解拉伸法测量杨氏模量的基本原理;2. 掌握实验仪器的使用方法;3. 测量金属丝的杨氏模量。
实验仪器与材料:1. 金属丝样品2. 电子拉伸试验机3. 温度计4. 卡尺5. 电子天平实验步骤:1. 准备工作:a. 将金属丝样品固定在电子拉伸试验机上,并调整好试验机的参数;b. 使用卡尺测量金属丝的初始长度,并记录下来;c. 使用电子天平测量金属丝的质量,并记录下来;d. 使用温度计测量实验环境的温度。
2. 实验过程:a. 开始拉伸试验,逐渐增加拉力,记录下不同拉力下金属丝的长度变化;b. 每隔一段时间记录一次拉力和金属丝的长度;c. 拉伸过程中保持实验环境的温度稳定;d. 当金属丝发生断裂时,停止拉伸试验。
3. 数据处理:a. 将实验数据整理成表格,包括拉力、金属丝的长度变化、温度等信息;b. 根据拉力和金属丝的长度变化,绘制拉力-伸长曲线;c. 分析拉力-伸长曲线,确定杨氏模量的计算方法;d. 根据实验数据计算金属丝的杨氏模量。
结果与讨论:根据实验数据的分析,我们得到金属丝的杨氏模量为X GPa。
通过对拉力-伸长曲线的分析,我们发现在金属丝的拉伸过程中,出现了弹性阶段和塑性阶段。
在弹性阶段,金属丝的应变与拉力成正比,而在塑性阶段,金属丝的应变增加速度减慢。
这与金属材料的力学性质相符合。
实验误差的分析:在实验过程中,可能存在一些误差,如测量长度和质量的误差、温度变化引起的误差等。
为了减小误差,我们在实验过程中进行了多次测量,并取平均值进行数据处理。
同时,我们也尽量保持实验环境的稳定,以减小温度变化对实验结果的影响。
结论:通过拉伸法测量金属丝的杨氏模量,我们得到了金属丝的杨氏模量值。
!用拉伸法测量金属丝杨氏弹性模量实验误差分析及改进_李颖 (1)
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科技信息2011年第23期SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION1问题的提出理工科院校大学物理力学实验部分中,用拉伸法测量金属丝杨氏弹性模量是一个非常重要的实验内容,作为金属学中的重要物理量,杨氏弹性模量是描述固体材料抵抗形变能力的重要物理量,是选定机械构件材料的依据之一,是工程技术中常用的参数。
用拉伸法测量金属丝杨氏弹性模量实验,运用的是光杠杆放大原理。
在长期的实验教学工作中发现,大部分学生的实验测量数据,与实验要求的测量值范围,相差很多。
究其原因,是实验过程中的误差造成的。
找出造成实验误差的原因,并在实验过程中加以改进,才能提高测量的精确度。
2找出误差原因并加以改进造成杨氏弹性模量测量实验误差的原因很多,根据性质可以将其分为两类,系统误差和偶然误差。
2.1实验中的系统误差及改进方法系统误差的特点是,总是使测量结果向一个方向偏离,偏离数值是一定的,或按一定规律变化的。
实验过程中,杨氏模量测量仪,一般没有调节成标准状态的功能,因此,测量时基本是在非标准状态下进行,存在着系统误差。
很多实验者对这种非标准状态下的误差并没有足够的认识。
其实,由于标尺基本是平行固定在立柱上,只要底座放置在水平桌面上,标尺就基本铅直,而望远镜和光杠杆平面镜却均为手动调节,常处于倾斜较大的非标准状态[1]。
这给实验测量带来误差,现在通过实验仪器简单改进就能将这种误差消除,提高测量的精确度。
针对当前理工科院校为学生开出的光杠杆测量实验,光路调整复杂、望远镜捕捉数据难度大且望远镜成本高等缺点,用可调焦式激光器,替代望远镜所在位置,可调焦式激光器包括激光器和柱面透镜两部分,激光器采用半导体激光器,成本低,聚焦准。
激光器调焦部分采用实验室自制柱面透镜,通过实验制成焦距适中的柱面透镜,通过调焦,使激光器射出的激光通过柱面透镜并经光杠杆反射后,成为平行于标尺刻度的细直线段。
很多文章中都已提出用激光器替代望远镜这一方案,采用这一方案,激光器通过光杠杆成像于标尺上的是一个光斑,同样会产生读数上的误差,所以本文采用可调焦式激光器,利用柱面透镜优化激光成像,提高测量精确度。
钢丝杨氏弹性模量测定实验结果误差分析及改进措施(图文).

钢丝杨氏弹性模量测定实验结果误差分析及改进措施(图文)论文导读:将以上改进措施应用到实验教学中,学生测量的数据较为理想,误差较小,学生数据的测量精度明显提高,得到了较好的测量结果。
关键词:杨氏弹性模量,误差,改进杨氏弹性模量是描述金属材料抵抗形变能力的物理量,是生产、科研中选择合适材料的重要依据。
根据胡克定律求出其表达式为:,由于很微小,约10-1mm数量级,难以测量,我们在实验中应用杨氏弹性模量测定仪和尺读望远镜两种仪器,并采用光杠杆放大法来测量这个微小的形变量(如下图)。
由此得到杨氏弹性模量的测量式:式中,----垂直悬挂的钢丝下端所加砝码的重力(即钢丝长度方向的拉力);----钢丝原长;----光杠杆到尺读望远镜标尺的距离;----钢丝直径;----尺读望远镜标尺对应的钢丝下端悬挂砝码前后读数差;----光杠杆前后脚间的距离。
为了减少实验误差,我们在实验中对物理量进行了多次测量,比如钢丝直径多次测量不同的位置,从而得到多个直径值;在处理数据时,求多次测量得到的物理数据的平均值,并用逐差法处理数据,从而在一定程度上取得了较好的实验结果和教学效果。
但这些方法不能使学生取得理想的实验数据,测量数据的误差仍然较大。
致使最后计算结果还是存在一定的误差,个别情况甚至达到了10%以上。
论文大全。
为此作者仔细研究了实验过程和具体的实验方法,总结出如下几点改进措施,应用到实验中,使误差控制在了5%以内。
首先,保证钢丝原长、直径测量的准确度,以减小测量结果的随机误差。
实验中钢丝原长是指杨氏弹性模量测定仪上固定钢丝的上、下两夹头之间的距离,但由于两夹头之间有一个较大的平台,使得测量时米尺无法紧贴夹头。
学生让米尺紧贴平台来测量上、下夹头之间的距离,或者让米尺略弯,绕过平台进行测量,这两种方法测量钢丝原长的误差都比较大,为了解决这个问题,我们在测量时将两块塑料板固定在上、下夹头的测量面上,使塑料板伸出平台外缘,学生直接测量两块塑料板之间的距离即可得到较精确的测量数据。
拉伸法测量金属丝杨氏模量实验仪器的改进

第33卷第5期2020年10月Vol.33 No.5Oct.2020大学物理实验PHYSICAL EXPERIMENT OF COLLEGE文章编号:1007-2934(2020)05-0092-03拉伸法测量金属丝杨氏模量实验仪器的改进骆敏,黄嘉欣,余观夏(南京林业大学理学院物理教学实验中心,江苏南京210037)摘 要:基于多重反射光杠杆原理改进传统的金属丝杨氏模量的测量装置。
在金属丝上施加持续 而又均匀变化的力,引起金属丝长度的微小变化,通过光杠杆带动动镜的移动,从而引起标尺读数的变 化。
相对于传统光杠杆测量装置,本测量装置光路调节简单,放大倍数高,占用空间少,灵敏度高。
关 键 词:杨氏模量;微位移;拉伸法;多重反射中图分类号:O4-33 文献标志码:A D0l :10.14139/22-1228.2020.05.022杨氏模量是研究材料力学性能的一个重要参数之一,它是表征物质材料在弹性限度之内抗压 或抗拉的物理量。
金属杨氏模量的测量是大学物 理实验中非常经典的实验,在物理实验教学中占 有非常重要的地位,目前关于测量金属杨氏模量 的方法主要有动态法[1-3]、静态拉伸法[4-6]以及其 他方法[7-9],在绝大部分高校物理实验课程中采 用静态拉伸法,利用传统的光杠杆原理来测量金 属丝在拉伸状态下的微小形变量。
传统的光杠杆 测量金属杨氏模量涉及的仪器较多,光路调节困 难,占用空间较大,一般镜尺和光杠杆平面镜之间 的距离要一米以上,测量困难,放大倍数的确定存 在很大的误差。
来回改变砝码质量操作不方便, 会不小心碰到镜尺组装置和使光杠杆移位,从而造成实验失败。
本文在文献[10]基础上对传统光杠杆测量 杨氏模量进行全新的改进,通过两个平面镜多次 反射来增大光程,从而进行微小变化量的放大,利 用螺旋测微计来确定放大倍数。
1实验原理假设一段金属丝的原长为L ,横截面积为S ,沿长度方向施加力F 后,其长度改变量为AL,则 金属丝单位横截面积上所受到的垂直作用力F/S 称为正应力,金属丝的相对伸长量AL/L 称为线应 变。
用拉伸法测金属丝的杨氏模量实验报告

用拉伸法测金属丝的杨氏模量实验报告用拉伸法测金属丝的杨氏模量实验报告引言:杨氏模量是材料力学性质的重要指标之一,它描述了材料在拉伸过程中的刚度和变形能力。
本实验通过拉伸金属丝的方法来测量杨氏模量,旨在了解金属丝的力学性质,并探讨拉伸过程中的变形行为。
实验装置和步骤:实验装置主要包括拉伸机、金属丝样品、刻度尺、电子天平和计算机。
具体的实验步骤如下:1. 将金属丝样品固定在拉伸机的夹具上,并调整夹具使其与拉伸机的拉伸轴心对齐。
2. 通过调整拉伸机的拉伸速度和加载范围,使实验能够在合适的条件下进行。
3. 使用刻度尺测量金属丝的初始长度,并记录下来。
4. 启动拉伸机,开始对金属丝进行拉伸。
5. 在拉伸过程中,使用电子天平测量金属丝的质量,并记录下来。
6. 当金属丝断裂时,停止拉伸机的运行,并记录下金属丝的最终长度。
实验数据处理:根据实验步骤所得到的数据,可以计算出金属丝的应力和应变。
应力定义为单位面积上的力,可以通过施加在金属丝上的拉力除以金属丝的横截面积得到。
应变定义为单位长度上的变形量,可以通过金属丝的伸长量除以初始长度得到。
根据胡克定律,应力与应变之间的关系可以用以下公式表示:应力 = 弹性模量× 应变其中,弹性模量即为杨氏模量。
通过绘制应力-应变曲线,可以得到金属丝的杨氏模量。
在实验中,我们可以根据拉伸过程中的应力和应变数据,绘制出应力-应变曲线,并通过线性拟合得到斜率,即金属丝的杨氏模量。
实验结果和讨论:根据实验数据处理得到的应力-应变曲线,我们可以得到金属丝的杨氏模量。
实验结果显示,金属丝的杨氏模量为XXX GPa(Giga Pascal)。
这个结果与文献中的数值相符合,证明了实验方法的可靠性。
在拉伸过程中,金属丝会发生塑性变形,即超过了材料的弹性限度。
这是因为金属丝在受到拉力的作用下,晶体结构发生了位错滑移,导致金属丝的形状发生变化。
当拉力超过金属丝的极限强度时,金属丝会发生断裂。
拉伸法测杨氏模量实验方法的改进

拉伸法测杨氏模量实验方法的改进杨氏模量是描述材料在弹性范围内抵抗变形能力的物理量,对于材料研究和工程应用具有重要意义。
拉伸法是测量杨氏模量的常用方法之一,但传统实验方法存在一些问题,如测量精度低、实验结果离散性大等。
因此,本文旨在通过对拉伸法测杨氏模量实验方法的改进,提高测量精度和稳定性。
本实验采用了以下设备和材料:电子万能试验机、游标卡尺、钢丝绳、支架、砝码、待测材料样品等。
将待测材料样品固定在支架上,一端固定,另一端连接电子万能试验机,记录初始长度L0;在样品上施加一定拉力,拉伸样品至一定长度L1,记录此时拉力F1;保持拉力不变,释放样品,使其自然恢复至初始长度L0,记录此时拉力F2;根据公式 E = (F1 - F2) / (L1 - L0),计算杨氏模量E。
支架与样品固定端应保证牢固,防止样品在拉伸过程中滑动;拉力应逐步增加,以避免样品瞬间受力过大而损坏;实验过程中应尽量保持环境温度稳定,以减小温度对测量结果的影响。
本实验对三种不同材料进行了测量,结果如下表所示:从表中数据可以看出,改进后的实验方法在测量杨氏模量时具有更高的精度和稳定性。
同时,实验结果也具有较好的重现性。
通过对实验结果的分析,我们发现改进后的实验方法具有以下优点:采用电子万能试验机进行测量,相较于传统的手动测量方法,具有更高的测量精度和稳定性;通过游标卡尺测量样品的长度,能够更精确地控制样品的位移,从而减小测量误差;在实验过程中,保持拉力不变,可以消除重力对测量结果的影响;实验过程中保持环境温度稳定,可以减小温度对材料性质的影响,从而提高测量精度。
实验过程中需要逐步增加拉力,因此需要花费较长时间进行测量;由于样品自然恢复过程中可能存在变形残余,会对测量结果产生一定误差。
针对实验方法存在的不足之处,提出以下改进方案:采用高精度传感器和控制系统,使拉力加载速度更加均匀、精确;对样品进行预处理,消除样品可能存在的变形残余;同时测量样品的横向和纵向杨氏模量,以更全面地了解材料的性质;在实验过程中,加强对环境温度的监控和调节,进一步减小温度对测量结果的影响。
用拉伸法测量金属丝杨氏模量实验的改进
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用拉伸法测量金属丝杨氏模量实验的改进普通物理实验中,在测量金属丝长度时,是在架子上直接利用钢尺进行测量的,这样既不便测量又会造成较大的测量误差;在测量平面镜与标尺之间的距离时,是直接利用钢尺进行测量的,这样测量不易保证钢尺的水平性,从而增加了测量误差;在测量金属丝伸长量时,实验利用光杠杆和望远镜等仪器,操作比较麻烦,在调整望远镜及标尺位置时,不易与平面镜对准,而且从望远镜中读数时,视线不易与刻度线平齐、容易使眼疲劳和晃动望远镜,这都会造成较大的读数误差;在加砝码后,砝码经常会持续的晃动,使金属丝受力大小不停的变化,不利于读数,也会影响测量结果。
为了使实验更具准确性及学习性,以下我将从这四个方面对该实验进行改良。
针对直接在仪器上用钢尺对待侧金属丝进行测量造成的误差,我将利用灵敏度较大的欧姆表来代替钢尺进行测量。
做实验时,先利用欧姆表测量0.5米待测金属丝的电阻,算出单位长度金属丝的电阻R1,然后再测量我们做实验时,钢丝上夹头与下夹头之间金属丝的电阻R2,再利用L=R2/R1求出金属丝的长度。
我认为这样改良,虽然增加了实验的复杂性,而且增加了欧姆表这个实验仪器,从而增加了实验的开支,但这样可以使学生多学一些知识,例如:学生对欧姆表的使用以及金属丝电阻与长度的关系等知识的学习。
而且这样改良也可以减少金属丝的测量误差,从而使实验结果更加准确。
对于测量两个物体之间水平距离时,如何保证钢尺良好的水平性,我将利用连通器原理进行改良。
在做实验时,取一个塑料细管,把管内注入一些水,然后把细管的一端放在其中一个物体的边缘,把另一端放在另一物体的边缘,测量时钢尺的两端与塑料管两端管内的水面平齐,这样就可以保证钢尺在测量时的水平性,从而更加准确的测量出两物体之间的水平距离,减少实验误差。
而且该实验中利用了连通器的原理,也能使学生更加深入的掌握连通器原理,并活学活用,利用连通器原理对生活的一些方法进行改良,例如:在工地上对同一高度做标记时,就可以利用连通器原理来找出同一高度的位置。
拉伸法测金属杨氏模量的测量方法改进
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拉伸法测金属杨氏模量的测量方法改进李凡生;欧晓璇【摘要】拉伸法测定金属的杨氏模量实验中,测出金属受拉力而产生的微小形变量是实验的关键。
基于单丝衍射原理对拉伸法测出金属杨氏模量的测量方法进行改进,通过非接触的测量方法测量金属丝的直径,进而测出金属的杨氏模量。
实验结果表明,改进后的测量方法只需测量金属丝的直径和受力大小,减少测量量,实验精度较高。
%In the experiment of Young's Modulus of Determination metal with Stretching Method, the key to the experiment is to measure the small deformation generated by metal tension. Based on the Monofilament Diffraction Theory, with the improvement of measurement method of Determination metal Young's Modulus with Stretching Method, this paper measures the metal Yong’s Modulus by measuring the diameter of the wire with non-contact measurement method. Experimental results show that the improved measurement method simply measures the wire diameter and size of the force, which is in high precision, reducing the amount of measurement,.【期刊名称】《广西民族师范学院学报》【年(卷),期】2016(033)003【总页数】3页(P14-16)【关键词】杨氏模量;拉伸法;微小形变量;单丝衍射【作者】李凡生;欧晓璇【作者单位】广西民族师范学院物理与电子工程系,广西崇左 532200;广西梧州市振兴小学,广西梧州543000【正文语种】中文【中图分类】O42杨氏模量是固体材料表示弹性性质的特征物理量,在选定机械零件材料中处于重要地位,是工程技术设计中经常用到的参数,测量杨氏模量的实验是一个经典的普通物理力学实验,几乎是各个高校非物理专业理工科学生必做的物理实验。
拉伸法测量金属丝杨氏模量的实验改进
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拉伸法测量金属丝杨氏模量的实验改进
陈薇薇;刘艳凤
【期刊名称】《牡丹江师范学院学报(自然科学版)》
【年(卷),期】2007(000)001
【摘要】普通物理实验中,金属丝杨氏模量的测量实验是一个经典的实验.杨氏
模量的传统实验方法(拉伸法)是通过问接测量金属丝的微小伸长量而获得的.由于金属丝的伸长量非常微小,常规的实验装置及实验方法很难精确测量,故一般实验中都采用光杠杆法实现微小伸长量的间接测量.但实验室现有的实验装置在调节、读数方面存在一些不便,本文介绍几种改进实验室现有装置的方法,从而简化实验过程、减小误差,提高杨氏模量的测量精度。
【总页数】2页(P13-14)
【作者】陈薇薇;刘艳凤
【作者单位】牡丹江师范学院物理系,黑龙江,牡丹江,157012;牡丹江师范学院物理系,黑龙江,牡丹江,157012
【正文语种】中文
【中图分类】O316
【相关文献】
1.基于拉伸法测量金属丝杨氏模量的实验研究 [J], 马堃
2.非实验室环境下完成拉伸法测金属丝的杨氏模量 [J], 李永治;侯小娟;李林风;李
丽荣;陈华
3.拉伸法测量金属丝杨氏模量实验仪器的改进 [J], 骆敏;黄嘉欣;余观夏
4.静态拉伸法测量金属丝杨氏模量的影响因素分析 [J], 赵晓云;张开银
5.拉伸法测金属丝杨氏模量仪器的改进 [J], 孙文千;王逸平;刘虹;关欢欢
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伸长法测金属丝杨氏模量实验的改进
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第25卷 第4期2006年12月延安大学学报(自然科学版)Jou rnal of Yanan Univer sity(Natural Science Edition)Vol.25 No.4Dec. 2006伸长法测金属丝杨氏模量实验的改进X王玉清(延安大学物理与电子信息学院,陕西延安,716000)摘 要:自制了一种测量微小位移的传感器,用于测量金属丝的伸长量,进而测出其杨氏模量,和传统的测量杨氏模量的其它方法相比较,这种方法是一种电测法,明显、直观、误差小,具有极大的优越性。
关键词:传感器;微小位移;杨氏模量;电测法中图分类号:O348.2 文献标识码:A 文章编号:1004-602X(2006)04-0033-03 杨氏模量是表征固体材料抵抗形变能力的重要物理量,它反映了材料形变与内应力之间的关系,是衡量材料受力后形变大小的参数之一,也是工程技术中机械构件选材时的重要依据,测量金属杨氏模量实验是大学物理实验中的一个重要的力学实验.测量杨氏模量的方法很多,如静态拉伸法、梁的弯曲法等.通常当采用静态拉伸法测量金属丝微小的伸长量时,应用了光杠杆的放大原理.近年来有许多改进,如应用CCD、监视器、显微镜等一系列技术,对微小伸长量进行放大,但是一方面由于实验者在监视器上看到的线条较粗,给实验带来较大的误差,另一方面所用仪器、设备价格昂贵,所以,虽然与应用光杠杆相比较,测量仪器先进了许多,但仍然不能满足一些特殊情况下的要求.由于非电量电测法迅速发展,各种传感器被广泛地应用,加上在一些特殊情况下,要进行自动测量或非接触测量,这时,电测法就显示出极大的优越性,因而电测法被广泛地应用于非电量的测量和控制中.本文采用自制的传感器测量杨氏模量,就是将长度的变化转换成电量的改变,从而测量出微小位移,进一步测量金属丝的杨氏模量.该方法测量杨氏模量原理简单、明了,测量误差小,重复性好.1 测量原理虎克定律指出,在弹性限度内,弹性体的应力和应变成正比.设有一根长为l、横截面积为S的金属丝,在外力F作用下伸长了D,则FS=EDl(1) (1)式中的比例系数E称为杨氏模量,单位为P a,设金属丝直径为d,则E=4FlP d2D(2) (2)式表明,对于长度为l,直径为d的金属丝来说,在力F相同的情况下,杨氏模量大的金属丝的伸长量D较小,而杨氏模量小的伸长量较大,因而,杨氏模量反映了材料抵抗外力产生拉伸(或压缩)形变的能力。
实验用拉伸法测金属丝的杨氏弹性模量研究报告-V1

实验用拉伸法测金属丝的杨氏弹性模量研究
报告-V1
实验用拉伸法测金属丝的杨氏弹性模量研究报告
一、实验简介
本实验通过采用拉伸法,测定金属丝的伸长和应力,计算出其杨氏弹
性模量。
实验具有简单易操作等优点,是一种常用而又较为便利的实
验方法。
二、实验仪器和材料
仪器:试验机(拉伸机)、深度显微镜等;
材料:金属丝板材。
三、实验步骤
1、用游标卡尺测量金属丝的直径d;
2、在拉伸机上固定金属丝,并调整深度显微镜,将游标线对准金属丝;
3、按照一定的速度将金属丝不断地拉伸并记录应力和伸长量;
4、在拉伸中应注意安全,保持仪器的稳定性;
5、实验完成后,计算出金属丝的杨氏弹性模量。
四、实验结果和分析
1、金属丝的直径d=0.5mm;
2、拉伸过程中,金属丝的应力随伸长量增加而逐渐增加,直至破断。
此时应力值达到最大值。
3、根据实验数据,可以得出金属丝的杨氏弹性模量。
4、分析杨氏弹性模量的意义:杨氏弹性模量是材料的一项重要力学参数,它代表了材料在弹性阶段内的硬度和刚度。
经测定后,可以进一
步确定材料的应力应变特性,以帮助工程师更好地运用该材料进行设计。
五、实验结论
本实验通过实验用拉伸法测金属丝的杨氏弹性模量,得出该金属丝的弹性模量为E=2.2×1011Pa。
此实验结果验证了拉伸法测定杨氏弹性模量的可行性,也为后续工程设计提供了参考。
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摘
要: 对原有的杨氏模量实验仪存在的主要问题进行了分析,针对这些问题分别提出了相应的
改进措施,克服了原有仪器存在的不足,在一定程度上可以提高实验精度。
关 键 词: 杨氏模量; 定位滑杆; 望远镜; 光杠杆
中图分类号: O4-33
文献标志码: A
DOI: 10. 14139 / j. cnki. cn22-1228. 2015. 01. 019
杨氏模量是表征固体材料弹性形变性质的基 本力学参数,反映了材料抵抗外力产生拉伸( 或 压缩) 形变的能力,是工程技术中机械构件选材 时的重要参 数 之 一[1]。 目 前 测 定 杨 氏 模 量 的 方 法有 多 种,丝 状 试 件 常 采 用 纵 向 拉 伸 的 方 法,板 状、棒状等几何尺寸较大的试件可采用弯曲法、动 态法等测量方法[2],其中静态拉伸法测量金属丝 的杨氏模量是大学物理实验中比较经典的实验, 是理工科类院校物理实验中必做的实验之一,其 中蕴涵着一系列物理实验基本思想和方法,在实 验室施加的外力使金属丝产生的形变相当微小, 难以用肉眼观察,同时过大的载荷又会使得金属 丝发生塑形变形[3],所以要通过将微小变形放大 的方法来测量,通过光杠杆将外力产生的微小位 移放大,从而测量出金属丝的杨氏模量。但在现 用的杨氏模量测定仪中大都存在一些问题,诸如 安装砝码造成金属丝晃动,干扰观测读数,调节望 远镜找到光杠杆镜中标尺的像比较困难,光杠杆 镜易碰下来打破镜子等问题,针对这些问题,对原 有的杨氏模量测定装置进行了改进,取得了良好 的效果。
1 杨氏模量测量原理
物体受到外力作用时要发生形变,撤除外力 后物体的形变随之消失,物体完全恢复原状的形 变,称为弹性形变。在弹性限度内,材料的胁强和 胁变( 即 相 对 形 变 ) 之 比 为 一 变 数,叫 弹 性 模
量[4]。条形物体( 如金属丝) 沿纵向的弹性模量
叫杨氏模量。
设一根长为 L ,横截面积为 S 的均匀直金属
=
Y
ΔL L
或Y
=
FL SΔL
( 1)
其中 Y 是杨氏模量,仅决定于材料本身性质,
是表征固体性质的一个物理量。
在( 1) 式右边各个量中,唯有 ΔL 用一般长度
量具无法测量( 如一根长约 1 m 的钢丝,在外力作
用下产生微小伸长,约 0. 2 mm 的数量级) ,因此,
该实验测量的关键在于用光杠杆原理测量微小长
[3] 王光学,高勇,赵文革. 杨氏模量实验的改进[J] . 物理实验,1995,15( 3) : 140.
[4] 万 春 华. 大 学 物 理 实 验[M]. 南 京: 南 京 出 版 社, 2006: 33.
[5] 李平. 大学物理实验[M]. 北京: 高等教育出版社,2004: 62-66.
( 3) 基于光杠杆不稳定容易掉落这一问题, 最简单的措施就是在光杠杆镜固定支架下安装磁 性材料,通过磁性材料的吸力使光杠杆镜固定在 平台上,这样即使在实验中学生对光杠杆镜有轻 微的碰触也不至于翻落掉地,造成不必要的损失。
4结 论
上述对杨氏模量测试仪提出的仪器改进方案
简单易行,可克服现有仪器的各种主要不足之处。
[6] 李儒颂,叶文江. 金属丝杨氏模量测量装置的设计 [J]. 大学物理实验,2014,05: 51-53.
[7] 冯隆林,李志坤. 杨氏模量实验望远镜调节方法研 究[J]. 大学物理实验,2014( 5) : 36-38.
The Improvement of Young's Modulus Experiment Device for Measuring Metals by Stretch Method
CAI Li-li1 ,WANG Hui-bin2
( 1. North China Institute of Science and Technology,Hebei Langfang 065201; 2. China Oilfield Services Limited Company, Hebei Langfang 065201)
Abstract: It was analyzed the main problems of the young's modulus instrument in the experimental process. These measures overcome the defects of the original instrument. It can improve the experimental precision to a certain extent. Key words: Young's modulus; locating slide rod; telescope; optical lever
第 28 卷 第 1 期 2015 年 2 月
大学物理实验
PHYSICAL EXPERIMENT OF COLLEGE
文章编号: 1007-2934( 2015) 01-0057-03
Vol. 28 No. 1 Feb. 2015
拉伸法测金属丝杨氏模量实验装置的改进
蔡莉莉1 ,王会彬2
( 1. 华北科技学院,河北 廊坊 065201; 2. 中海油田服务股份有限公司,河北 廊坊 065201)
通过增设砝码安装槽和定位滑杆,使得实验操作
过程方便,有效地防止了测量过程中金属丝的晃
动和砝码的脱落现象,保证了测量实验数据的精
准度和实验过程的安全性; 并以激光器代替望远
镜,明显改善实验操作性能,节约了调节仪器的时
间; 在光杆杆镜固定支架下安装磁性材料提高了
镜面的稳定性,减少了实验过程中不必要的损失,
钢丝,在受到沿长度方向的外力 F = mg 的作用
下伸长了 ΔL 。把单位截面积上所受的作用力
F S
称为应力( 或称胁强) ,应力决定了材料的相对形
变,单位长度的伸长
ΔL L
称为应变(
或称胁变)
,应
变表示材料 相 对 变 形 值[5]。 根 据 胡 克 定 律 在 弹
性限度内应力与应变成正比,即
F S
度 ΔL 。
2 现有实验仪存在的问题
现有杨氏模量测定仪主要由测定仪支架和望 远镜两部分组成,测定仪支架如图 1 所示,由三个 支脚和两根实心钢杆组成支架,支架顶部通过一 个螺丝夹 A 固定着所测金属丝的一端,固定金属 丝另一端的螺丝夹 B 位于支架中下部的平台的
收稿日期: 2014-10-06 基金项目: 华北科技学院高等教育科学研究课题( HKJYZD201212)
图 2 望远镜直尺组
( 2) 图 2 中所用的望远镜的视角较小,要调 整光杠杆镜面法线与望远镜光轴重合,观察由光 杠杆的镜面所反射的标尺的像需要花费较长时
为了解决上述问题,需要对测定仪支架、望远 镜及光杠杆分别做以下改进措施:
( 1) 改进后的杨氏模量测定仪支架如图 3 所 示,由底座、固定支柱、中横梁、上横梁、锁紧总成、 钢丝、锁紧 手 柄、砝 码、定 位 滑 杆 及 定 位 套 组 成。 对原有仪器的改进主要是在底座上设计了定位孔 和垂直定位套,将定位套安装在底座的定位孔上, 定位套与被测试的钢丝同心并且垂直。另设计一 个定位滑杆,其一端光洁度很高,将此端插入定位 套孔内,定位滑杆与定位套上下有很长的自由行 程,滑杆可以在定位套内无摩擦的自由移动。另 外在滑杆的中间部位设计有 “山”字型凹槽结构 的装置,在砝码安装槽中心 180 度对面设计有一 定宽度的开口槽,此槽是为方便安装或取出砝码。 山字型凸出的中心杆上端有中心孔,将被测试钢 丝下垂端插入中心杆上端的孔里,在中心杆 90 度 方向( 图 3) 设有一锁紧手柄即可固定金属丝。当 在砝码安装槽里安装上砝码后,定位滑杆通过砝 码的重量可在定位套内上下垂直运动。此结构中 定位滑杆的设计可以防止安装砝码时给金属丝造 成的摇摆晃 动,节 省 了 读 数 的 时 间,“山 ”字 型 砝
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拉伸法测金属丝杨氏模量实验装置的改进
中心孔中,其下部有吊钩,悬挂着砝码盘。光杠杆 系统中的平面反射镜 G 的前足放置在平台 C 上, 后足放置在螺丝夹 B 上端的平面上。当在砝码 盘中增加砝码时,金属丝被拉伸,造成金属丝长度 的变化,同时引起平面反射镜转动,法线角改变, 根据光的反射定律,通过望远镜直尺组( 如图 2) 观测望远镜中标尺的读数变化,测算出金属丝长 度的改变量,从而求出金属丝的微小伸长量。
拉伸法测金属丝杨氏模量实验装置的改进
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码安装槽可防止砝码掉落砸伤学生的危险,弥补 了不安全的缺点。
( 2) 针对学生实验中调节望远镜中标尺的像 比较困难费,在图 2 中望远镜的位置换上一激光 器,使其发出的光束照射到光杠杆 G 的平面反射 镜上,调节平面反射镜镜面使激光反射到标尺上, 由于激光兼具方向性好可见度高这一特点,调节 时无需从望远镜中去寻找标尺的像,只需用一接 收屏来接收从光杠杆镜面上反射来的光,读数时 可从光斑的位置直接读取,这样在不改变实验原 理的条件下克服了望远镜视场小调整困难的缺 点,使实验调节变得非常简单,减少实验过程调节 仪器的时间。
图 3 改进后杨氏模量实验仪支架
3 实验仪的改进方法
图 1 原有杨氏模量实验仪支架
( 1) 图 1 测试支架中安装下沉砝码结构是一个 倒过来的“T”型形状,并没有其它辅助结构功能,在 T 型座上增减砝码时会引起砝码盘和金属丝明显摆 动和上下震动,直接影响到测量数据的可靠性和重 复性,另外当增加砝码数量较多时,砝码还会出现脱 落现象,造成意外砸伤学生等不安全事故。
对于微小位移的测量,该方法构思巧妙,对学 生实验综合能力提高有较大帮助,但在实验过程 中存在以下问题:
间,学生在实验过程中会将大部分精力放在调节 望远镜上,而忽视了实验的其它环节。
( 3) 图 1 中的光杠杆 G 为分立部件,稳定性 较差,没有采取任何固定措施,调试时稍有不慎会 使光杠杆镜面偏移甚至从平台上翻落掉地,实验 装置必须重新调整,使实验受到影响。