梁弯曲法测杨氏模量的误差分析
杨氏模量测定(实验报告范例)
杨氏模量测定（横梁弯曲法）、实验目的1. 学习用弯曲法测量金属的杨氏模量2. 学习微小位移测量方法二、实验仪器JC-1读数显微镜待测金属片砝码片若干口三、实验原理宽度为b，厚度为a，有效长度为d的棒在相距dx的、02两点上横断面，在棒弯曲前相互平行，弯曲后则成一小角度dr，棒的下半部分呈拉伸状态，而上半部分呈压缩状态，棒的中间有薄层虽然弯曲但长度不变。
现在来计算一下与中间层相距为y ,厚度为dy，形变前长为dx的一段，弯曲后伸长了yd，，由胡克定律可计算它所到的拉力dF :对中心薄层所产生的力矩d& 2 dM = Eb y2dydx整个横断面产生力矩为：2 d -y dy =2Eb — sdx [3 一1 如果使得棒弯曲的外力作用在棒有效长度的中点上，那么棒的两端分别施加mg，才2一1 -能使棒平衡。
棒上距离中点为x，长度为dx的一段，由于mg力的作用产生弯曲下降:待测金属片支撑架可挂砝码片的刀dFdS 二dF = Eb —dS 二bdydxydyd a/2M =Eb一dx 12 dxo(d棒处于平衡状态时，有外力(d -mg 对该处产生的力矩1 mg — _ x2 2 122应该等于该处横断 面弯曲所产生的力矩。
1mg 丄 Ea 3b 巴二2 、、2 丿 12 dx<2 d 日= 6mg 'dEa 'b J 2--x dx 啤y uEa 3b ^2二警 d X 2dXEa 3b 0——XI <2丿X 3㊁ Ea 3b 三 o _ mgd 3 -4Ea 3b上式整理可得：6mg因此只要测定外力 mg 使金属片弯曲伸长量 金属片的有效长度 d ，宽度b ，厚度a 就可以测出金属片的杨氏模量。
四、实验步骤 1. 2. 3. 4. 5. 6.用支架支撑好金属片，并在有效长度的中点上挂上带有挂砝码的刀口（一定得确保 刀口挂在中心位置处）。
调节好读数显微镜的目镜， 判断标准是调好的目镜可以清晰地看到分划板和十字叉 丝。
杨氏模量的重复测量误差
杨氏模量是描述材料在受力时刚度的一个重要物理量，它反映了材料在受到拉伸或压缩时应力与应变之间的比例关系。
在科学实验和工程应用中，对杨氏模量的准确测量至关重要。
然而，在实际测量过程中，由于各种因素的影响，我们往往会遇到重复测量误差的问题。
重复测量误差是指在相同条件下对同一物理量进行多次测量时，测量结果之间的差异。
对于杨氏模量的测量来说，这种误差可能来源于多个方面。
首先，测量仪器本身的精度限制和不稳定性可能会导致误差的产生。
例如，千分表的读数误差、砝码的质量误差等都可能对测量结果造成影响。
其次，实验环境的变化，如温度、湿度、振动等也可能对测量结果产生干扰。
此外，实验人员的操作技巧、观察力和记录准确性也会对测量结果产生影响。
为了减小杨氏模量重复测量误差，我们可以采取一系列措施。
首先，选择高精度、稳定的测量仪器，并定期进行校准和维护，以确保仪器的准确性和可靠性。
其次，尽量保持实验环境的稳定，减少外部干扰因素的影响。
例如，可以在恒温、恒湿的环境中进行实验，使用防震台等设备来减少振动干扰。
此外，提高实验人员的操作技能和观察力也是非常重要的。
可以通过培训和实践来提高实验人员的专业水平，确保他们在测量过程中能够准确、规范地操作仪器和记录数据。
总之，杨氏模量的重复测量误差是一个需要重视的问题。
我们应该深入分析误差产生的原因，并采取有效措施来减小误差，提高测量的准确性和可靠性。
只有这样，我们才能更准确地了解材料的力学性能，为科学研究和工程应用提供有力支持。
弯梁法测量杨氏模量
3.5弯梁法测量杨氏模量实验目的1．学习用弯曲法测量金属的杨氏模量。
2．了解和使用霍尔位置传感器。
3．学习微位移的测量方法。
仪器用具霍尔位置传感器杨氏模量装置（包括读数显微镜、95A 型集成霍尔传感器等），霍尔位置传感器输出信号测量仪（数字电压表）。
实验原理在弹性限度内，物体在长度方向单位横截面积所受的力/F S 称为应力，物体在长度方向产生的相对形变/L L ∆称为应变，由胡克定律可知，这二者是成正比的，即F L E S L∆= （3.5-1） 其比例系数E 称做杨氏弹性模量，即//F S E L L=∆ （3.5-2） 杨氏模量是描述固体材料在线度方向受力后，抵抗形变的能力的重要物理量。
它与材料的物质结构、化学结构及其加工制作方法等自身性质有关，与材料的几何形状和所受外力的大小无关，是工程设计中机械构件选材的重要参数和依据。
测量杨氏模量的常用方法有拉伸法、弯曲法和振动法等。
本实验采用弯曲法测量金属的杨氏模量，运用霍尔位置传感器法测量微位移。
一．用弯曲法测量金属的杨氏模量。
将厚为a 、宽为b 的金属板放在相距为d 的二刀口上（图3.5-1），在金属板上二刀口的中点处挂上质量为m 的砝码，板被压弯，设挂砝码处下降Z ∆，这时板材的杨氏模量334d mg E a b Z=∆ （3.5-3） 下面推导式(3.5-3)。
图3.5-2为沿金属板方向的纵断面的一部分。
在相距dx 的O 1O 2二点上的横断面，在金属板弯曲前互相平行，弯曲后则成一小角d ϕ。
显然，在金属板弯曲后，其下半部呈现拉伸状态，上半部为压缩状态，而在金属板的中间的一薄层虽弯曲但长度不变，称为中间层。
计算与中间层相距为y 、厚dy 、形变前长为dx 的一段，弯曲后伸长了yd ϕ，它受到的拉力为dF ，根据胡克定律有dF yd E dS dxϕ= 式中，dS 表示形变层的横截面积，即dS bdy =，于是d dF Eb ydy dxϕ= 此力对中间层的转矩为dM ，即2d dM Eby dy dx ϕ= 而整个横断面的转矩M 应是22301212ad d M Eb y dy Ea b dx dx ϕϕ==⎰ （3.5-4）层图3.5-1 图3.5-2如果将金属板的中点C 固定，在中点两侧各为2d 处分别施以向上的力12mg （图3.5-3），则金属板的弯曲情况应当和图3.5-1所示的完全相同。
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。
杨氏模量实验报告数据处理
杨氏模量实验报告数据处理实验目的：本实验旨在通过测量金属试样的应力-应变关系，计算出杨氏模量，并对实验数据进行处理和分析。
实验原理：杨氏模量是描述材料抗弯刚度的物理量，定义为单位面积内所受的拉应力与相应的拉应变之比。
实验中，我们采用了悬臂梁法来测量杨氏模量。
实验步骤：1. 准备工作：a. 清洁并测量金属试样的尺寸，记录下其长度L、宽度W和厚度H。
b. 将金属试样固定在实验台上，使其成为一个悬臂梁。
2. 实验测量：a. 在试样上标出若干个等距离的测量点，用游标卡尺测量每个测量点的位置距离试样固定点的距离x。
b. 使用力传感器测量每个测量点处的挠度d。
c. 记录下每个测量点处施加的力F。
3. 数据处理：a. 计算每个测量点处的应力σ，公式为：σ = F / (W * H)。
b. 计算每个测量点处的应变ε，公式为：ε = d / L。
c. 绘制应力-应变曲线图，横轴为应变ε，纵轴为应力σ。
d. 选择直线段，根据线性回归方法计算出斜率k，即弹性模量E。
e. 计算杨氏模量Y，公式为：Y = E / (1 - ν^2)，其中ν为泊松比。
实验数据处理结果：根据实验测量数据和上述数据处理步骤，我们得到了以下结果：金属试样的尺寸：长度L = 50 cm宽度W = 2 cm厚度H = 0.5 cm实验测量数据：测量点位置距离试样固定点的距离x (cm) 挠度d (mm) 施加力F (N) ----------------------------------------------0.00 0.00 0.005.00 0.02 0.1010.00 0.05 0.2015.00 0.09 0.3020.00 0.14 0.4025.00 0.19 0.50数据处理：根据上述实验测量数据，我们可以计算得到应力σ和应变ε：测量点位置距离试样固定点的距离x (cm) 应力σ (MPa) 应变ε----------------------------------------------0.00 0.00 0.0005.00 0.50 0.000410.00 1.00 0.00115.00 1.50 0.001820.00 2.00 0.002625.00 2.50 0.0034根据上述数据，我们绘制了应力-应变曲线图如下：[插入应力-应变曲线图]根据线性回归方法，我们选择直线段进行计算，得到斜率k为1.25 MPa/mm。
弯梁法测量杨氏模量
3.5弯梁法测量杨氏模量实验目的1．学习用弯曲法测量金属的杨氏模量。
2．了解和使用霍尔位置传感器。
3．学习微位移的测量方法。
仪器用具霍尔位置传感器杨氏模量装置（包括读数显微镜、95A 型集成霍尔传感器等），霍尔位置传感器输出信号测量仪（数字电压表）。
实验原理在弹性限度内，物体在长度方向单位横截面积所受的力/F S 称为应力，物体在长度方向产生的相对形变/L L ∆称为应变，由胡克定律可知，这二者是成正比的，即F L E S L∆= （3.5-1） 其比例系数E 称做杨氏弹性模量，即//F S E L L=∆ （3.5-2） 杨氏模量是描述固体材料在线度方向受力后，抵抗形变的能力的重要物理量。
它与材料的物质结构、化学结构及其加工制作方法等自身性质有关，与材料的几何形状和所受外力的大小无关，是工程设计中机械构件选材的重要参数和依据。
测量杨氏模量的常用方法有拉伸法、弯曲法和振动法等。
本实验采用弯曲法测量金属的杨氏模量，运用霍尔位置传感器法测量微位移。
一．用弯曲法测量金属的杨氏模量。
将厚为a 、宽为b 的金属板放在相距为d 的二刀口上（图3.5-1），在金属板上二刀口的中点处挂上质量为m 的砝码，板被压弯，设挂砝码处下降Z ∆，这时板材的杨氏模量334d mg E a b Z=∆ （3.5-3） 下面推导式(3.5-3)。
图3.5-2为沿金属板方向的纵断面的一部分。
在相距dx 的O 1O 2二点上的横断面，在金属板弯曲前互相平行，弯曲后则成一小角d ϕ。
显然，在金属板弯曲后，其下半部呈现拉伸状态，上半部为压缩状态，而在金属板的中间的一薄层虽弯曲但长度不变，称为中间层。
计算与中间层相距为y 、厚dy 、形变前长为dx 的一段，弯曲后伸长了yd ϕ，它受到的拉力为dF ，根据胡克定律有dF yd E dS dxϕ= 式中，dS 表示形变层的横截面积，即dS bdy =，于是d dF Eb ydy dxϕ= 此力对中间层的转矩为dM ，即2d dM Eby dy dxϕ= 而整个横断面的转矩M 应是 22301212a d d M Eb y dy Ea b dx dxϕϕ==⎰ （3.5-4）层图3.5-1 图3.5-2如果将金属板的中点C 固定，在中点两侧各为2d 处分别施以向上的力12mg （图3.5-3），则金属板的弯曲情况应当和图3.5-1所示的完全相同。
杨氏模量的标准偏差
杨氏模量的标准偏差杨氏模量是材料力学性质的重要参数之一，它描述了材料在受力时的刚度和弹性。
在工程实践中，材料的杨氏模量是一个重要的物理量，它对材料的力学性能和工程设计具有重要的影响。
然而，由于材料的组织结构、制备工艺、温度等因素的影响，杨氏模量的数值往往会存在一定的偏差。
因此，研究杨氏模量的标准偏差对于准确评估材料性能具有重要意义。
杨氏模量的标准偏差是指在一定条件下，多次测量得到的杨氏模量数值之间的离散程度。
标准偏差越小，说明测量值之间的差异越小，反映了测量结果的稳定性和可靠性。
而标准偏差越大，则说明测量值之间的差异越大，测量结果的稳定性和可靠性就越低。
影响杨氏模量标准偏差的因素有很多，首先是材料本身的特性。
材料的成分、晶粒结构、缺陷等都会对杨氏模量的测量结果产生影响。
其次是测量方法和仪器的精度。
在测量杨氏模量时，不同的测量方法和仪器的精度不同，会对测量结果产生一定的影响。
此外，实验条件的稳定性和测量人员的技术水平也会对杨氏模量的标准偏差产生影响。
为了准确评估杨氏模量的标准偏差，我们需要采取一系列科学的实验方法和数据处理技术。
首先，要选择合适的实验方法和仪器，保证测量的准确性和稳定性。
其次，要进行重复测量，获取足够多的数据样本，通过统计分析得到杨氏模量的平均值和标准偏差。
最后，要对实验结果进行合理的数据处理和误差分析，排除外界干扰因素，确保测量结果的可靠性。
在实际工程中，了解杨氏模量的标准偏差对于材料选择、设计优化和性能评估具有重要意义。
通过准确评估杨氏模量的标准偏差，可以帮助工程师更好地选择材料、设计结构，提高工程产品的性能和可靠性。
因此，加强对杨氏模量标准偏差的研究，提高测量方法的准确性和稳定性，对于推动材料科学和工程技术的发展具有重要意义。
总之，杨氏模量的标准偏差是评估材料力学性能的重要指标，它反映了材料性能测量结果的稳定性和可靠性。
通过科学的实验方法和数据处理技术，可以准确评估杨氏模量的标准偏差，为工程实践提供可靠的数据支撑。
弯曲法测量横梁的杨氏模量
弯曲法测量横梁的杨氏模量1. 引言说到物理，很多人第一反应可能是“头疼”，但是今天我们聊的是一个挺有意思的话题——如何通过弯曲法来测量横梁的杨氏模量。
别担心，我不会给你灌输太多枯燥的理论，咱们轻松聊聊这个过程，保证让你听得津津有味。
杨氏模量听上去像是某种神秘的魔法咒语，其实它就是一个衡量材料在受力时变形能力的指标。
听起来是不是有点复杂？别怕，咱们一步步来，像喝茶一样，慢慢品味。
2. 什么是杨氏模量2.1 概念解析杨氏模量简单来说就是描述材料“硬度”的一个参数。
想象一下，如果把一根棒子放在桌子上，然后在中间加个重物，这根棒子就会弯曲。
弯曲得越厉害，说明这根棒子越“软”；如果弯得不多，那就是“硬”。
杨氏模量就是用来量化这个“硬”与“软”的比例的。
它是用力除以变形量，单位是帕斯卡，听上去很高级对吧？其实就是个数字而已，用来告诉我们材料的特性。
2.2 为什么测量杨氏模量那么，为什么我们要测量这个杨氏模量呢？这可不是为了让大家在聚会上装逼，而是因为在工程设计、建筑施工等领域，了解材料的特性至关重要。
想象一下，如果你用了一种软软的材料来建房子，结果房子塌了，那就麻烦大了。
杨氏模量帮助我们选择合适的材料，确保结构的安全和稳定。
3. 弯曲法的测量过程3.1 准备工作好，接下来我们聊聊弯曲法测量的具体步骤。
首先，你得准备一根横梁，通常用木头、钢铁或者塑料都可以。
然后，需要一个支撑架，把横梁稳稳地架起来。
记住，架子得结实，否则你就等着看一场“横梁坍塌”的精彩戏码。
接下来，我们准备一个重物，比如一个小沙袋，慢慢放到横梁的中间。
这个时候，你会看到横梁开始弯曲，真是有趣得很。
3.2 数据记录弯曲完了，我们就需要用尺子来测量弯曲的程度，通常用的叫做“挠度”。
你看，挠度就是横梁中间下沉的高度。
然后，把重物的重量和这个挠度记录下来，记得是小心翼翼哦，别把数据搞混了。
通过这些数据，我们就能计算出杨氏模量了。
用公式算一算，得出的数字就是我们需要的杨氏模量。
弯曲法测杨氏模量实验报告
弯曲法测杨氏模量实验报告弯曲法测杨氏模量实验报告引言：弯曲法是一种常用的材料力学测试方法，可用于测定材料的弯曲刚度和杨氏模量。
本实验旨在通过弯曲法测定杨氏模量，并探讨其在材料力学中的应用。
实验目的：1. 了解弯曲法的基本原理和步骤；2. 掌握材料的弯曲刚度和杨氏模量的测定方法；3. 分析杨氏模量对材料性能的影响。
实验仪器和材料：1. 弯曲试验机；2. 弯曲试样；3. 游标卡尺；4. 夹具。
实验步骤：1. 准备工作：a. 将弯曲试样固定在弯曲试验机上，确保其平整且不受外力干扰；b. 调整弯曲试验机的参数，如加载速度和试验范围，以满足实验需求。
2. 弯曲试验：a. 在弯曲试验机上施加一个垂直于试样的力，使其发生弯曲变形；b. 同时记录试样在不同加载下的位移和载荷数据；c. 根据实验数据计算出试样的弯曲刚度和杨氏模量。
3. 数据处理：a. 绘制载荷与位移的曲线图，分析试样的弯曲性能；b. 利用弯曲刚度和试样几何参数计算出杨氏模量。
实验结果与分析：通过实验测得的载荷与位移数据，我们可以绘制出一条弯曲曲线。
根据曲线的形状和斜率，可以判断材料的弯曲性能和刚度。
同时，根据实验数据计算出的杨氏模量可以反映材料的抗弯刚度和强度。
杨氏模量是材料力学中的重要参数，它描述了材料在受力时的变形性能。
较高的杨氏模量意味着材料具有较高的强度和刚度，适用于承受大量载荷的结构。
而较低的杨氏模量则表示材料较为柔软，适用于需要弯曲或变形的应用。
杨氏模量还可以用于材料的质量控制和品质评估。
通过测定不同材料的杨氏模量，可以比较它们的性能差异，并选择适合特定应用的材料。
此外，杨氏模量还可以用于预测材料在实际工程中的受力情况，从而优化结构设计和材料选择。
结论：本实验通过弯曲法测定了杨氏模量，并分析了其在材料力学中的应用。
实验结果表明，弯曲法是一种有效的测量杨氏模量的方法，可以为材料选择和结构设计提供重要参考。
杨氏模量的大小与材料的强度和刚度密切相关，对材料的性能和应用具有重要影响。
弯曲法测杨氏模量
2)随机误差：多次重复测量同一物理量，各次有差 异，产生的误差以不可预定的方式变化着，即ε时
而大，时而小。整体来说，满足高斯分布规律。
单峰性
f（x）
偶然误差的三个特点： 对称性
有界性
4. 系统误差和偶然误差的关系
0
Δx
它们之间的区别不是绝对的，在一定条件下可以 相互转化。
例：砝码的误差，对厂家是偶然误差
对使用者是系统误差
5. 精密度、准确度、精确度
• 精密度——描述重复测量结果之间的离散程度，反映随机 误差大小。
• 准确度——描述测量结果与真值的偏离程度，反映系统误 差的大小。
i1
n 1
它反映了数据的离散程度，在该测量列中任何一个
测量值的误差在-σ~+σ之间的概率为68.3%
σ小，数据比较集中，即精密度高，
σ大，数据分散，精密度低
2) 多次测量平均值的标准偏差
算术平均值 n
xi
x i1 n
标准偏差
x
n
xi x2
i1
n 1
平均值的标准偏差
• 精确度——准确度和精密度的结合。
精密度最好 准确度较好
精密度较好 准确度最差
精密度最差 准确度最好
6.绝对误差、相对误差
绝对误差Δx= x x0
相对误差
E0
x x0 x0
100%
通常取1-2位数字来表示。
例：L1=1000米、ΔL1=1米、 L2=100厘米、 ΔL2=1 厘米，求L1和L2的相对误差。
三种杨氏模量测量方法比较
收稿 日期 ：２ １ —０ ４ ０ １ ４一ｌ
逐差法和作图外推法等。可见 ， 氏模量测量实验 杨 在 帮助 学生 积累科 研 初 步经 验 方 面具 有 重要 价 值 ，
为提高学生的操作技能和综合素质提供了极佳的实
训平台。本文探讨 了几种杨氏模量 测量方法 的特 点 ，分析 了其主要误差来源，并就如何有效地组织 教学提出了若干参考建议。
ｔ ｃ ｉ ｇ ｓ ｍｅ ｂ ｎ ｆ ｉ ｔａ ｈ ｎ ｕ ｇ ｓｉｎ ｆｍｅ ｓ ｒ ｇ ｍｅ ｈ ｄ ｆｙ ｔ ＇ ｍｏ ｕｕ ｅ ｐ ｔｆｒ ａ ｄ ｉ ｏ ｉｉ ｇ ｔ ｅ ｔ ｃ ｉ ｇｒ — ｅ ｈ ｎ ． ｏ ｅ ｅｉ ￣ ｅ ｃ ｉ ｇ ｓ ｇ ｅ ｔ ｓｏ ａ ｕ ｎ ｔ ｏ ｓ ｏ ｏｍｇｓ ｄ ｌ ｓａ ｕ ｗ ｒ ｃ ｍｂ ｎ ｎ ｅ ｈ ｎ ａ ｅ ｏ ｉ ｒ ｏ ｎ ｈ ａ ｅ
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杨氏模量测定实验误差分析与研究(精)
第7卷第3期2008年3月南阳师范学院学报JournalofNanyangNormalUniversityVo.l7No13Mar.2008杨氏模量测定实验误差分析与研究李书义,宋金璠(南阳师范学院物理与电子工程学院,河南南阳473061)摘要:杨氏模量测定是物理实验教学中的一个重要实验,针对实验中存在的误差来源及减少误差的办法进行深入分析.通过理论分析和实验验证,测定的杨氏模量实验数据精度明显改善.关键词:杨氏模量;光杠杆;误差;数据中图分类号:O436 文献标识码:A 文章编号:1671-6132(2008)03-0035-03杨氏模量是表征固体材料弹性性质的特征物理量,是机械构件取材的重要依据,是工程技术中常用的常数,鉴于材料形变在物性研究和工程应用中的重要性,杨氏模量测定自然成为理工科大学普通物理实验的重要内容之一[2-5][1]相同的情况下,杨氏模量大的金属丝伸长较小,而杨氏模量小的金属丝伸长较大.所以杨氏模量表达了材料抵抗外力产生形变的能力.在(2)式中,F、L0、d都比较容易测量,但$L是一个很小的长度变化,很难用普通的长度测量仪器测准确,因此测定杨氏模量的装置,都是围绕如何测准伸长量来设计的.本文采用光杠杆装置测金属丝的长度变化$L.实验时将钩码挂在金属丝上,光杠杆后足放在金属丝中部的铜柱上,后足随着金属丝的伸长而下降,从而带动镜面和镜面的法线偏转H角,从望远镜看到竖尺由偏转后的平面镜反射的像上与叉丝对齐的刻度减去未偏转前的刻度为$n=nci-ni.由图知tanH=,tan2H=因为H角很小,所以DRtan2HU2tanH,即.目前测定杨氏模量的方法有多种,如:拉伸法、梁弯曲法、百分表法、光杠杆法、干涉条纹法、共振法等多种方法,涉及力学、光学、电磁学等领域.随着科技的进步,新的测量方法不断涌现,测量精度也越来越高,但是就实验教学而言,选择哪一种实验方法才能既有利于学生能力的培养,又便于和生产实践相结合,这是实验教学改革必须解决的问题.本文结合长期的物理实验教学,认为光杠杆法虽然所用仪器相对陈旧,测量精度不高,但实验原理比较简单,容易被学生接受和掌握,涉及力学、光学知识,实验过程具有一定的趣味性,因而被广大教师所采用.同时,通过对实验误差来源的分析,使学生对杨氏模量测量系统有了更进一步的认识.1 杨氏模量的定义根据胡克定律,在弹性限度内,金属丝的长应变与正应力成正比,设金属丝原长为L0,横截面积为S,受力F后伸长了$L,则=YL0S2直径为d,则S=Pd,因此代入上式得4(1)D$n,(3)2R式中D表示光杠杆臂长(将光杠杆放在纸上压出$L=三足尖的痕迹,后脚痕迹点到前两痕迹点连线的垂直距离),R表示光杠杆镜面到标尺间的距离,将(3)式代入(2)式,有8FL0R式中比例系数Y称为金属丝的杨氏模量.设金属丝Y=4FL0.Pd$L(2)Y=.PdD$n(4)上式表明:在金属丝长度L0、直径d及所加外力F收稿日期:2008-01-05作者简介:李书义(1964-),河南南阳人,实验师,主要从事物理实验教学与研究。
应用静态横梁弯曲法测量杨氏模量
数据记录和处理
01
02
03
数据记录
在实验报告中详细记录每 次施加砝码的重量、对应 的位移和弯曲程度。
数据处理
根据测量数据，计算杨氏 模量值，并进行误差分析。
结果分析
根据实验结果，分析杨氏 模量的影响因素，并得出 结论。
03 实验结果分析
数据分析和处理
数据收集
对实验过程中获取的原始数 据进行整理，确保数据准确 无误。
实验结束后，应清理实验区域，确保没有杂物和危 险品残留。
遵守操作规程
操作人员应严格遵守实验操作规程，不要随意改变 实验步骤或操作方式，以免发生意外事故。
05 实验改进和拓展
实验误差分析和改进方法
误差来源
静态横梁弯曲法测量杨氏模量时，可能存在 多种误差来源，如测量工具精度、环境温度 变化、人为操作误差等。
精确测量
在测量过程中，应尽量减小误差， 如测量横梁长度、高度等参数时 要精确，以获得更准确的结果。
注意观察实验现象
在实验过程中，应注意观察横梁 弯曲程度、砝码悬挂位置等细节， 以便及时发现异常情况。
安全防范措施
佩戴防护眼镜
实验过程中，操作人员应佩戴防护眼镜，以防实验 过程中产生的飞溅物伤害眼睛。
保持实验区域整洁
在实验中，通常将试样放在支架上，一端固定，另一端施加 集中力使其发生弯曲。通过测量横梁的弯曲曲率，结合集中 力的值，可以计算出材料的杨氏模量。
杨氏模量的定义和意义
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，其值越大表示材料越 不易变形。
杨氏模量是材料的重要力学性能参数，广泛应用于材料科学、工程领域和日常生 活等方面。了解材料的杨氏模量对于评估其机械性能、优化产品设计、提高产品 质量等方面具有重要意义。
关于梁弯曲法测定杨氏模量的实验原理
＝０， 而 从
图 １ 粱的弯曲
下 面首 先 根据 文 献 ［ ］给 出 正 确 的表 达 ２ 式． 再分析 文献 ［ ］发生错误 的原 因． １ 在等效情 况下 ， 忽略梁 的 自重 ， 的受力 情况 棒
① 收 稿 日期 ：００—０ ２ ２１ ９— １
ｄ：（ 一 ｈ 寻： ）
联系． 实上 ， （ ） 事 由 ４ 得
＝
从而
Ｆ １＝ｍ ｌ （ｌ＋ｌ） Ｆ ｇ２ １ ２ ； ２＝ｍ ｌ （ｌ ２ ／ ｇ １ １ ＋ｌ） ／ 棒 上距点 Ｃ右侧 为 （ ０≤ ≤ ｌ） 的 Ｄ点 ， ：处 两侧 受 大小相 等方 向相反 的力 矩作用 ， 其大小 为
Ｍ ＝ （２一 ｚ ） ＝ｍ ｌ（２一ｘ ／ ｚ ２ ｇ １１ ） （１＋ｚ） （） １
ｄ＝（ ） 警 ｈ 争一 ＝
而不是像文献［］ １ 所说的ｄ Ａ＝（ 一 ． ÷ ）
尽 管文献 ［ ］中给 出 的 （ １ ７—３ ）式 是 错误 的 ， 但 是 由此得 到 的式 （ ７—４ ）的结论 却 是 正 确 的 ， 然 而这是 出于偶然 的巧合 ， 不是 出于必 然 的内在 的 而
杨 述武 主编 的 《 通物 理 实 验 （ 、 学 及 热 普 一 力
为 ： 右两端分 别受 ｍ ／ 竖直 向上 的拉 力作用． 左 ｇ２ 由
学部分） …是被广泛选用的大学物理实验教材． 》 其 中实验七 “ 氏模量 的测定 （ 弯 曲法 ） 在实验 杨 梁 ”
原理 中存在一 个错误 ．
吴文 良， ： 于梁 弯曲法测定杨 氏模 量 的实验原理 等 关
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效 于 将 棒 的 Ｃ点 固 定 ， 两 端 分 别 施 以 向 上 的 力 在
＝
（ 川 寺一
实验五 弯曲法测量横梁的杨氏模量
实验五弯曲法测量横梁的杨氏模量【实验目的】（1）熟悉霍尔位置传感器的特性；（2）弯曲法测量黄铜的杨氏模量；（3）测黄铜杨氏模量的同时，对霍尔位置传感器定标；（4）用霍尔位置传感器测量可锻铸铁的杨氏模量。
【实验原理】（1）霍尔位置传感器霍尔元件置于磁感应强度为的磁场中，在垂直于磁场方向通以电流，则与这二者相垂直的方向上将产生霍尔电势差：（1）（1）式中为元件的霍尔灵敏度。
如果保持霍尔元件的电流不变，而使其在一个均匀梯度的磁场中移动时，则输出的霍尔电势差变化量为：（2）（2）式中为位移量，此式说明若为常数时，与成正比。
为实现均匀梯度的磁场，可以如图1所示，两块相同的磁铁（磁铁截面积及表面磁感应强度相同）相对放置，即极与极相对，两磁铁之间留一等间距间隙，霍尔元件平行于磁铁放在该间隙的中轴上。
间隙大小要根据测量范围和测量灵敏度要求而定，间隙越小，磁场梯度就越大，灵敏度就越高。
磁铁截面要远大于霍尔元件，以尽可能的减小边缘效应影响，提高测量精确度。
若磁铁间隙内中心截面处的磁感应强度为零，霍尔元件处于该处时，输出的霍尔电势差应该为零。
当霍尔元件偏离中心沿轴发生位移时，由于磁感应强度不再为零，霍尔元件也就产生相应的电势差输出，其大小可以用数字电压表测量。
由此可以将霍尔电势差为零时元件所处的位置作为位移参考零点。
霍尔电势差与位移量之间存在一一对应关系，当位移量较小（），这一对应关系具有良好的线性。
（2）杨氏模量杨氏模量测定仪主体装置如图2所示,在横梁弯曲的情况下，杨氏模量可以用下式表示：（3）其中：为两刀口之间的距离，为所加砝码的质量，为梁的厚度，为梁的宽度，为梁中心由于外力作用而下降的距离，为重力加速度。
上面公式的具体推导见附录。
【实验仪器】（1）霍尔位置传感器测杨氏模量装置一台（底座固定箱、读数显微镜、95型集成霍尔位置传感器、磁铁两块等）；（2）霍尔位置传感器输出信号测量仪一台（包括直流数字电压表）。
其中：1.铜刀口上的基线 2.读数显微镜 3.刀口 4.横梁 5.铜杠杆（顶端装有型集成霍尔传感器） 6.磁铁盒7.磁铁（极相对放置）8.调节架9砝码【实验过程】1．基本内容：测量黄铜样品的杨氏模量和霍尔位置传感器的定标。
应用静态横梁弯曲法测量杨氏模量研究报告
应用静态横梁弯曲法测量杨氏模量研究报告摘要：本文采用静态横梁弯曲法，对不同种类的金属进行测量，得到它们的杨氏模量。
结果表明，本文采用的方法较为准确，能够较好地反映金属的物理性质，为实际应用提供了一定的参考。
关键词：静态横梁弯曲法；杨氏模量；金属引言杨氏模量是描述材料刚性的一个重要参数，对于材料的选用和加工都有着重要的意义。
本文采用静态横梁弯曲法来测量不同种类金属的杨氏模量，为实际应用提供了依据。
实验1. 测量装置静态横梁弯曲法测量装置由几何形状规整的横梁、两个支座、夹具、刻度尺等部件组成。
将待测材料放在横梁上，通过施加外力使其发生弯曲变形，通过测量变形前后的横梁长度及变形距离来计算杨氏模量。
2. 实验步骤（1）准备不同种类金属样品，磨光并切割成合适大小。
（2）在测量装置上安装样品，并调整支承点之间的距离。
（3）在横梁的中央处施加外力，使样品发生弯曲。
（4）记录横梁长度变化以及样品变形距离。
（5）重复以上步骤，取平均值计算杨氏模量。
结果与分析本文对铜、铁、铝、锡、银五种金属进行杨氏模量的测量，每种金属测量五次，计算平均值并给出标准差。
实验数据如下表所示：金属 | 平均模量（GPa） | 标准差（GPa）-----|-----------------|--------------铜 | 117.8 | 1.5铁 | 189.6 | 2.2铝 | 70.8 | 1.1锡 | 46.1 | 0.9银 | 83.2 | 1.3通过以上数据可以看出，不同种类金属的杨氏模量存在较大的差异。
铁的杨氏模量最大，约为189.6GPa；锡的杨氏模量最小，约为46.1GPa。
金属的密度、晶格结构等因素都会影响其杨氏模量。
结论通过静态横梁弯曲法对不同种类金属的杨氏模量进行测量，可以得到比较准确的结果。
实验结果表明，铁、银等金属的杨氏模量较高，铝、锡等金属的杨氏模量较低。
实验方法简单易行，对于金属材料的选用和应用有着一定的参考意义。
(整理)实验报告：杨氏模量的测量.
测定金属的杨氏模量实验日期：2014年3月4日星期二下午姓名：一、CCD成像测定杨氏模量：实验目的：（1）用金属丝的伸长测定杨氏模量；（2）用CCD成像系统测量微小长度变化；（3）用逐差法、作图法和最小二乘法处理数据。
实验仪器：测定杨氏模量专用支架，显微镜，CCD CAMERA 型号WAT-308A DC+12V（CCD摄像机，监视器），米尺（带有卡口），螺旋测微器（分度0.01mm，量程0-25mm），电子天平（精度0.01g）实验原理：（1）由胡克定律我们知道在弹性限度内：，其中是应力，E为杨氏模量，为应变。
那么对于截面积为S，长为L，在力F作用下形变时，有如下关系：F，S，L比较容易测量，但是比较微小难以测量，所以实验中用CCD成像进行观察和直接测量。
则由此可以测定杨氏模量E。
（2）CCD与主体实验装置如右图所示：实验中先使用显微镜M把确定金属丝下端所挂圆柱体上的细横线放大，同时通过不随金属丝伸长而移动的M内部分划板上的刻度线作为刻线高低的高度标准。
然后利用CCD成像进行观察。
实验内容与数据处理：1、认识和调节仪器：（1）预热CCD显示屏，调节支架S竖直，调节钳形平台的两边螺丝的松紧，使得钳形平台既可以很好的限制金属丝的转动又不用造成过多的摩擦干扰。
（2）先调节显微镜目镜，看清清晰的分划板像，然后调节物镜与金属丝下挂的圆柱上的细横线的远近，使得可以同时看清分划板和细横线的像（3）打开和连接CCD，放置在显微镜后较近的位置，仔细调节位置使得分划板像清晰，此时也可微调显微镜目镜。
然后调节显微镜的前后位置旋钮，使得细横线也变清晰。
（此时要注意微调显微镜前后的旋钮时要对应移动CCD的前后，保持分划板的清晰）反复调节可以得到分划板和细横线都比较清晰的像。
2、观测金属丝受外力拉伸后的变化：在砝码盘上一次加砝码，质量约为200.0g(需要具体重新测定精确值)。
金属丝伸长后读出对应的读数（i=1,2…9），再加上一个略轻砝码，再一次减去砝码，读出：表中已用逐差法进行计算得到平均加四个砝码产生的伸长量与加的重量。
应用静态横梁弯曲法测量杨氏模量
实验装置的特点
• 该装置是在横梁弯曲法测量装置基础上加 装霍尔位置传感器而构成。
• 1. 横梁弯曲法装置 • 2. 霍尔位置传感器以及霍尔位置传感器输
出信号测量仪 • 3. 霍尔位置传感器与横梁弯曲法测量装置
之间的构造关系
实验原理
E mgl3
4 b
(1.1.5.2–4)
K
U H
UH
Ai
E mgl3 mgl3K
• 本实验可以让学生接触到材料杨氏模量和 霍尔效应两个方面的基本实验内容，起到 融会贯通的效果。
实验目的
(1) 学习用横梁弯曲法测量杨氏弹性模量的实 验方法；
(2) 学习对霍尔位置传感器定标的方法；
(3) 用电测量法测量杨氏弹性模量。
实验装置
图 1.1.5.2–1 静态横梁弯曲法测杨氏模量装置示意图
3.1 用逐差法计算
3.1.1用逐差法处理 i Ai 的数据，得到其平均值 Ai ；
3.1.2用逐差法处理
U H
的数据，得到其平均值
U Hi
3.2 用作图法处理
从图线 UH 的斜率求得 K
.4.根据 ( 式 1.1.5.2–8) 求出被测试料的杨氏模量E
E mgl 3 mgl 3K
4 b 4 bU H
梁的弯曲形变
• 当梁的中央悬挂一个负载时，它就发生弯 曲，其凸的一边(梁的下半部)伸长，而凹的 另一边(梁的上半部)压缩，这就产生弯曲形 变，它与材料的杨氏模量有关，因此通过 伸长法、梁弯曲法都可以测定材料的杨氏 模量．
本实验的特点
• 本实验除了应用读数显微镜测量微小位移 以外，还利用霍尔位置传感器把力学量转 化为电学量进行测量，这就构成关于微小 位移测量方面不同于传统方法的一种电测 手段