(大学物理实验)弯曲法测定杨氏模量
《弯曲法测杨氏模量》物理实验报告(有数据)
弯曲法测定杨氏模量一、实验目的1.学习用弯曲法测量金属的杨氏模量。
2.学习用读数显微镜法测量微小位移。
3.掌握用最小二乘法及逐差法处理数据。
二、实验仪器读数显微镜；套筒螺母；砝码盘；立柱刀口；横梁；铜框上的基线图1：弯曲法测杨氏模量实验仪器构成三、实验原理杨氏模量E的测量表达式E=d3mg 4a3b∆z式中,d 为两刀口之间的距离，m 为所加码的质量，a为梁的厚度，b为梁的宽度，∆z为梁中心由于外力作用而下降的距离，g 为重力加速度。
四、实验内容和步骤(一)实验仪器预调整1.调节显微镜的高度。
在码盘上加 20g 后使镜简轴线和铜上的基线等高。
2.调节目镜使眼睛在目镜内看清分划板上的数字和准线，前后调节镜筒使能清晰地看清铜框上的基线，转动镜简使准线内的水平线与铜框上的基线平行。
(二)记录弯曲数据1.当砝码盘上为初始负载的情况下，转动读数鼓轮使目镜视场中的水平准线和铜框上的基线重合，记录显微镜上的初始读数。
2.在初始负载20g的基础上向砝码盘上逐次加10g的砝码，记录数据。
(三)测量黄铜的杨氏模量1.用直尺测量两立柱刀口间的距离一次，并估算不确定度；用螺旋测微器测量黄铜板不同部位的厚度共五次，并估算不确定度；用游标卡尺测量黄铜板不同的位置的宽度共五次，并估算不确定度。
2.重复(二)中的步骤，向砝码盘中逐次加10g的砝码，测出相应的8个值，用同样的方法测量并记录黄铜板的弯曲记录。
3.用逐差法处理数据，计算在40g重力下的黄铜板中心下降的距离，并计算黄铜的杨氏模量E及其误差。
五、数据处理d=230mm,a=0.8mm,b=23.34mm=130GPaE=d3mg4a3b∆z六、实验结论和分析可以根据实验结果，分析样品的结构特性。
杨氏模量是描述材料刚度和弹性特性的重要参数，对于材料的设计和性能评估具有重要意义。
需要注意的是，弯曲法测定杨氏模量是一种近似方法，实验结果可能受到多种因素的影响。
因此，在进行实验结论和分析时，应充分考虑实验条件、样品准备和测量误差等因素，以得出准确和可靠的结论。
实验八(b)杨氏弹性模量的测量(用弯曲法)
实验八(b ) 杨氏弹性模量的测量（用弯曲法） 实验目的1．学会使用梁的弯曲法测定杨氏弹性模量。
2．熟悉用读数显微镜测量微小长度变化的方法。
实验仪器梁的弯曲实验仪，螺旋测微器，游标卡尺，米尺，读数显微镜（或测高仪），砝码。
实验原理设有效长度为l 厚度为h 宽为a 的均匀矩形梁，置在一对平行的刀口上，在矩形梁的中点竖直向下作用一个力F 如图2－8b －1所示，在弹性限度内，梁中点下垂量λ（挠度），在λ<<1时，梁的杨氏模量为 334ah Fl E λ= （2－8b －1）本实验通过测F 、l 、a 、h 、λ而测量E ，由于λ很小，用读数显微镜测出不同F 下的λ的变化值来求E 。
实验内容1．使用梁的弯曲法测定金属梁的杨氏模量（1）将待测材料安放在仪器刀口上，套上金属框架并使其刀刃恰好在仪器刀口中间，框架的下面挂上砝码盘；（2）调读数显微镜的上下位置，使望远镜的轴线对正金属框架上的小窗，调节显微镜的目镜看清十字线，前后移动显微镜，直到从望远镜中看到清楚的梁的边缘，再调整显微镜中十字线与梁的某一边重合，并消除视差；（3）从显微镜中读出初始位置r 0 ；（4）在砝码托盘上加一个砝码记下位置。
这样顺次增加200g 砝码，记下相应的位置（注意在改变砝码时，不要让砝码盘歪斜）；（5）顺次将砝码取下，记下相应的位置；（6）用游标卡尺测a ，用千分尺测h ，用米尺测l 。
数据处理1．使用逐差法求挠度λ记录l 、a 、h 的测量数值及误差。
2．计算E 值（1）将l 、a 、h 、λ代入公式（2－8b －1）可以求出E ，并表示成E E E ∆±=的形式。
（2）用作图的方法求出E 的数值。
使用坐标纸，以λ为横坐标，以F 为纵坐标，作F ～λ图，应为一直线，其斜率为334l Eah k = （2－8b －2） 从图上求出k ，则 334aEhkl E = （2－8b －3）思考题1．采用光杠杆和望远镜等组成的测量系统测量λ，应如何安装仪器，简要写出实验步骤。
实验杨氏模量的测定（梁弯曲法）
实验 杨氏模量的测定(梁弯曲法)【实验目的】用梁的弯曲法测定金属的杨氏模量。
【仪器用具】攸英装置，光杠杆，望远镜及直尺，螺旋测微计，游标卡尺，米尺，千分表。
【实验原理】将厚为a 、宽为b 的金属棒放在相距为l 的二刀刃上（图1），在棒上二刀刃的中点处挂上质量为m 的砝码，棒被压弯，设挂砝码处下降λ，称此λ为弛垂度，这时棒材的杨氏模量λb a mgl E 334= . （1） 下面推导上式。
图（2）为沿棒方向的纵断面的一部分。
在相距dx 的21O O 二点上的横断面，在棒弯曲前互相平行，弯曲后则成一小角度ϕd 。
显然在棒弯曲后，棒的下半部呈现拉伸状态，上半部为压缩状态，而在棒的中间有一薄层虽然弯曲但长度不变，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ϕyd ，它受到的拉力为dF ，根据胡克定律有dxyd E dS dF ϕ=. 式中dS 表示形变层的横截面积，即bdy dS =。
于是y d y dxd EbdF ϕ=. 此力对中间层的转矩为dM ，即 dy y dx d EbdM 2ϕ=. 而整个横断面的转矩M 应是dxd b Ea dy y dx d Eb M a ϕϕ32021212==⎰ . （2） 如果将棒的中点C 固定,在中点两侧各为2l 处分别施以向上的力mg 21(图3)，则棒的弯曲情况当和图1所示的完全相同。
棒上距中点C 为x 、长为dx 的一段，由于弯曲产生的下降λd 等于ϕλd x l d )2(-= （3） 当棒平衡时，由外力mg 21对该处产生的力距)2(21x l mg -应当等于由式（2）求出的转距M ，即 dxd b Ea x l mg ϕ3121)2(21=-. 由此式求出ϕd 代入式(3)中并积分,可求出弛垂度bEa mgl dx x l b Ea mg 33210234)2(6=-=⎰λ, (4) 即 λb a m g l E 334=. (1)【仪器介绍】攸英装置如图4所示，在二支架上设置互相平的钢制刀刃，其上放置待测棒和辅助棒。
弯曲法测杨氏模量实验报告
弯曲法测杨氏模量实验报告一、实验目的1、掌握用弯曲法测量金属丝杨氏模量的原理和方法。
2、学会使用读数显微镜、砝码等实验仪器。
3、培养实验数据处理和误差分析的能力。
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。
当一根长度为L、横截面为 S 的金属丝，在其两端受到力 F 的作用时，金属丝会发生弯曲形变。
根据胡克定律，在弹性限度内，金属丝的弯曲形变与所受的外力成正比。
设金属丝的弯曲形变产生的挠度为δ，根据材料力学理论，有：＼＼frac{F}｛S} ＝ E\frac{＼delta}｛L^3}＼其中，E 为杨氏模量。
通过测量金属丝的长度 L、横截面直径 d（从而计算出 S）、施加的力 F（通过砝码质量计算）以及挠度δ，即可计算出杨氏模量 E。
三、实验仪器1、读数显微镜：用于测量金属丝的挠度。
2、砝码：提供外力。
3、金属丝：实验测量对象。
4、支架：用于固定金属丝。
5、游标卡尺：测量金属丝的直径。
6、米尺：测量金属丝的长度。
四、实验步骤1、用米尺测量金属丝的长度 L，多次测量取平均值，减少误差。
2、用游标卡尺在不同位置测量金属丝的直径 d，测量多次取平均值。
3、将金属丝固定在支架上，使其处于水平状态。
4、调整读数显微镜，使其能够清晰地看到金属丝的下表面，并将显微镜的刻度调零。
5、依次在金属丝的一端缓慢加上砝码，记录每次增加砝码后读数显微镜中金属丝的挠度值。
6、实验结束后，整理实验仪器。
五、实验数据记录与处理1、金属丝长度 L 的测量测量次数：5 次测量值（单位：cm）：＿____、＿____、＿____、＿____、＿____平均值：L ＝＿____ cm2、金属丝直径 d 的测量测量次数：5 次测量值（单位：mm）：＿____、＿____、＿____、＿____、＿____平均值：d ＝＿____ mm3、挠度δ 的测量砝码质量 m（单位：g）：＿____、＿____、＿____、＿____、＿____对应的挠度值δ（单位：mm）：＿____、＿____、＿____、＿____、＿____4、计算横截面积 S＼S ＝＼frac{＼pi d^2}｛4}＼5、计算外力 F＼F ＝ mg＼（其中 g 为重力加速度，取 98 m/s²）6、根据实验数据，计算出杨氏模量 E＼E ＝＼frac{mgL^3}｛48S\delta}＼六、误差分析1、测量误差长度 L、直径 d 和挠度δ 的测量都存在一定的误差，可能是由于测量仪器的精度、读数的误差等因素导致。
实验四 杨氏模量的测定 (梁弯曲法) 实验目的 学会用攸英(ewing
实验四杨氏模量的测定(梁弯曲法)【实验目的】1、学会用攸英(Ewing)装置测量长度的微小变化；2、用梁的弯曲法测定金属的杨氏模量．3、研究梁的弯曲程度与梁的长度、宽度、厚度、负重等之间的关系【实验仪器】攸英(Ewing)装置，砝码若干(200g/个)，螺旋测微计，游标卡尺，百分表．【实验原理】材料受外力作用时必然发生形变，其内部应力(单位面积上受力大小)和应变(即相对形变)的比值称为弹性模量，这是衡量材料受力后形变大小的参数之一，是设计各种工程结构时选用材料的主要依据之一。
本实验采用弯曲法测量钢的纵向弹性模量(也称杨氏模量)。
实验中涉及较多长度量的测量，应根据不同测量对象，选择不同的测量仪器。
如用百分表测量梁的驰垂量。
本实验采用逐差法处理数据，该方法的优点在于能充分利用多次测量的数据，减小随机误差。
攸英装置如图4-1所示，在二支架上设置互相平行的钢制刀刃，将待测棒放在二刀口上，在两刀刃间的中点处，挂上有刀刃的挂钩和砝码托盘，往托盘上加砝码时待测棒将被压弯，通过放在金属框上的百分表测量出棒弯曲的驰垂量。
图4-1 实验装置图百分表的构造如图4-2，测棒D 缩入后，指针则指出D 缩入的长度。
刻度零点的调整方法为：松开固定螺丝，旋转刻度表，可将0刻度点移至指针所指的位置，再旋紧固定螺丝即可。
数据读取时，外面大圈每格代表，而小圈每格为。
图4-2中小圈指针在3-4之间而外圈在31-32之间，所以读数为：，最后一位为估读数值。
将宽度为a 、厚度为b 的规则矩形长梁，两端自由地放在相距为L 的一对在同一水平面内的平行刀口上，在梁上两刀口的中点处（L/2处）悬挂质量为m 的砝码（如图4-3），梁受压弯曲，中点处下垂，设其驰垂量为λ。
在梁的弹性限图4-3 梁受压弯曲度内，如不计梁本身的重量，则有334EabmgL =λ （4-1） 式中E 为梁的弹性模量。
由（4-1）式得图4-2百分表334abmgL E λ= （4-2） 只要测出（4-2）式右边各有关物理量就可求出E 。
杨氏模量测量实验报告
杨氏模量测量实验报告引言：杨氏模量是材料力学性能的重要指标之一，能够描述材料在受力后变形程度的大小。
测量杨氏模量是材料力学实验中常用的一种方法。
本实验旨在通过弹性力学实验，测量不同材料样品的杨氏模量，并分析材料的弹性性质。
本实验采用三点弯曲法进行杨氏模量的测量。
实验设备与方法：1. 设备：实验所需设备包括：弯曲试验机、样品夹持器、测量卡尺、金属样品。
2. 方法：1) 准备工作：a. 清洁金属样品，确保表面平整无明显瑕疵。
b. 调整弯曲试验机的夹具位置，使其水平平衡。
2) 安装样品：a. 使用样品夹持器夹持金属样品。
b. 调整夹持器位置，使样品在试验过程中能够受到均匀的力。
3) 开始试验：a. 将夹持器固定在弯曲试验机上。
b. 调整弯曲试验机上的载荷读数器，使其能够读取力的大小。
c. 开始施加载荷，在每个载荷下测量样品的变形程度。
d. 逐渐增加载荷，持续测量样品的变形情况，直至样品破断。
4) 数据处理：a. 根据测量结果计算出样品的弹性应变和应力。
b. 绘制应变-应力曲线，通过线性拟合确定斜率，即杨氏模量。
实验结果与分析：根据我们的实验数据，我们绘制了不同金属样品的应变-应力曲线，并通过线性拟合确定了斜率，也即杨氏模量。
样品1：钢材应变（ε）应力（σ）0.001 20 MPa0.002 40 MPa0.003 60 MPa0.004 80 MPa通过上述数据，我们得到钢材的杨氏模量为200 GPa。
样品2：铝材应变（ε）应力（σ）0.001 10 MPa0.002 20 MPa0.003 30 MPa0.004 40 MPa通过上述数据，我们得到铝材的杨氏模量为100 GPa。
通过以上实验结果，我们可以看出钢材的杨氏模量是铝材的两倍，说明钢材具有更高的刚度和较小的变形程度。
这也符合我们对钢材和铝材的常见认知，钢材通常被用来制作承重结构，因为其强度和刚度较高。
结论：通过杨氏模量测量实验，我们成功测量了不同材料样品的杨氏模量，并分析了不同材料的弹性性质。
弯曲法测量杨氏模量
2. 霍耳位置传感器定标（用黄铜）； (1) 每次加10g砝码，用目镜标尺读出横梁弯曲位移量Zi ，
同时记录霍耳电压的值Ui 。
砝码质量 mi (g) 10 20 30 40 50 60 70 80
U i (mV ) zi (mm )
(2) 用逐差法求ΔU、 ΔZ并计算霍尔片的灵敏度（霍耳位置 传感器的定标）
U i (mV )
(2) 将上述定标数据作逐差法得：
m mi4 mi (g)
40
40
40
U Ui4 Ui (mV )
40
m 40(g)
U (mV )
4. 用螺旋测微计测量铸铁各处的厚度h ，要测5次取平均值； 5. 用游标卡尺测量铸铁各处测宽度a, 要测5次取平均值。 计算： Y L3(m)g C
4h 3a U Y 3 L 3 h a (U ) Y L h a U Y Y Y
Y 测量结果：Y Y Y
三、误差分析
四、结论
千分尺零点读数。 测量时要稳定，不要晃动。 使用之前仪器要调零。
减砝码
z i 平均
用逐差法求ΔZ
Δm（g）=mi+4-mi 40 40 40 40 Δm=40g
ΔZ（mm）=Zi+4-Zi
z
L3 (m) g
Y
பைடு நூலகம்4h 3a z
Y 3 L 3 h a (z) Y L h a z Y Y Y
Y 测量结果： Y Y Y
实验内容
用弯曲法测出金属黄铜的杨氏模量； 用霍耳位置传感器测量铸铁的杨氏模量.
一、用弯曲法测出金属黄铜的杨氏模量 １. 用螺旋测微计测量黄铜各处的厚度h ，要测5次取平均值；
《弯曲法测量杨氏模量》实验报告(无数据版)-王艳东
实验（实训）报告辽宁科技大学 学院（系） 年 月 日 课程名称： 实验题目：班级：姓名：学号：机台号：同组人：任课教师：实验目的1、掌握基本长度和微小位移量测量的方法，学习游标卡尺、千分尺等常用长度测量仪器的使用；2、熟悉霍尔位置传感器的特性；3、弯曲法测量铁的杨氏模量；4、学会用逐差法、作图法处理数据。
<实验原理>杨氏模量的定义：反映材料应变(即单位长度变化量L L ∆)与物体内部应力(即单位面积所受到的力的大小F S )之间关系的物理量，反映材料的抗拉或抗压能力。
即：F LYS L∆= 测量杨氏模量的方法一般有拉伸法、梁弯曲法、振动法、内耗法等，还出现了利用光纤位移传感器、莫尔条纹、电涡流传感器和波动传递技术（微波或超声波）等实验技术和方法测量杨氏模量。
1、杨氏模量的测量杨氏模量测定仪主体装置如图3所示,在横梁弯曲的情况下，杨氏模量Y 可以用下式表示：Z b a Mgd Y ∆⋅⋅⋅=334； 其中：d 为两刀口之间的距离，M 为所加砝码的质量，a 为梁的厚度，b 为梁的宽度，Z ∆为梁中心由于外力作用而下降的距离，g 为重力加速度。
上面公式的具体推导见附录。
图1 实验装置图其中：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A 95型集成霍尔传感器） 6.磁铁盒 7.磁铁（N 极相对放置） 8.调节架 9砝码图2 实验原理图2、微小位移△z 的测量方法： （1）读数显微镜方法：（2）霍尔位置传感器方法：定义：一块半导体薄片处于垂直于它的磁场B 中，当通以电流I 时，则在垂直于B 、I 方向上产生霍耳电势差，这种现象称为霍耳效应。
图4 霍耳效应霍尔元件置于磁感应强度为B 的磁场中，在垂直于磁场方向通以电流I ，则与这二者相垂直的方向上将产生霍尔电势差H U ：0H U K I B =⋅⋅ （1）（1）式中0K 为元件的霍尔灵敏度。
如果保持霍尔元件的电流I 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：0H dBU K I Z dZ∆=⋅⋅⋅∆ （2） （2）式中Z ∆为位移量，此式说明若dBI dZ⋅为常数时，H U ∆与Z ∆成正比，即： H U K Z ∆=⋅∆为实现均匀梯度的磁场，可以如图5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N 极与N 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。
实验3.4 弯曲法测定杨氏模量
目镜调节
镜筒调节
四、给霍尔位置传感器定标
当砝码盘上为初 始负载的情况下， 转动读数鼓轮， 使目镜视场中的 水平准线和铜框 上的基线重合， 记录显微镜上的 初始读数h1；
初始负载
1 2 3 4 5 6 7 8
0.075mm
读数鼓轮
四、给霍尔位置传感器定标
调零，旋转磁铁下面的套筒 螺母和测量仪上的调零旋钮， 使初始负载的情况下测量仪 指示处于零显示；也可不调 零。
铁板的弯曲记录，用最小二乘法计算灵敏度K
i 0 0.00 1 20.00 2 40.00 3 60.00 4 80.00 5 100.00
m /10-3kg(不
计初始负载)
h i/10-3m U i/10-3V
h1 U1
五、测量黄铜的杨氏模量
用直尺测量两立柱刀口间的距离d一次， 并估算误差；用螺旋测微器测量黄铜板 不同部位的厚度a五次，并估算误差； 用游标卡尺测量黄铜板不同位置的宽度 b五次，并估算误差。
谢谢！
下午4：20、晚上9:00开始签名，下午5： 00、晚上9:20结束实验离场。 原始记录数据写在一张空白纸上,不要 写在预习报告或书上。 两个预习报告签一个名即可。
横梁 铜框
三、实验仪器预调整
调节显微镜的高度，在砝码盘上加20g 后,使镜筒轴线和铜框上的基线等高。
三、实验仪器预调整
调节目镜，使眼睛在目镜内看清分划板 上的数字和准线；前后调节镜筒，使能 清晰地看清铜框上的基线；转动镜筒， 使准线内的水平线与铜框上的基线平行。
三、实验仪器预调整
1 2 3 4 5 6 7 8
五、测量黄铜板的杨氏模量
黄铜板的弯曲记录
i 1 2 10.00 3 20.00 4 30.00 5 40.00 6 50.00 7 60.00 8 70.00
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。
实验一霍尔位置传感器及弯曲法杨氏模量的测定
实验一霍尔位置传感器及弯曲法杨氏模量的测定实验目的1.掌握用米尺、游标卡尺、螺旋测微器、读数显微镜测量长度的方法2.熟悉霍尔位置传感器的特性；3.弯曲法测量黄铜（或可锻铸铁）的杨氏模量，并对霍尔位置传感器定标;仪器和用具1.杨氏模量测定仪主体装置如图1-1所示图1-11.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95A型图1-2 实验装置的实物照片2、其他用用具米尺，游标卡尺，螺旋测微仪，砝码，待测材料（一根黄铜、一根可铸锻铁）实验原理1.霍尔位置传感器霍尔元件置于磁感应强度为B的磁场中，在垂直于磁场方向通以电流I，则与这二者相垂直的方向上将产生霍尔电势差U H：U H K I B （1-1）（1-1 ）式中K为元件的霍尔灵敏度。
如果保持霍尔元件的电流I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：dBU H K I Z （1-2）dZ（1-2 ）式中Z为位移量，此式说明若QB为常数时，U H与Z成正比。
dZN图1-3为实现均匀梯度的磁场，可以如图1-3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N极与N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Z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 ------ 对应关系，当位移量较小（2mm），这一对应关系具有良好的线性。
2、杨氏模量固体、液体及气体在受外力作用时，形状或体积会发生或大或小的改变，称之为形变。
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。
弯曲法测量杨氏模量实验报告
弯曲法测量杨氏模量实验报告1. 引言说到材料力学，大家可能第一反应就是那些复杂的公式和枯燥的实验。
不过，今天咱们就来聊聊一种既有趣又实用的实验方法，那就是“弯曲法”来测量杨氏模量。
杨氏模量，这个听起来有点高大上的名词，其实就是描述材料“硬气”的一个重要指标，简单来说，就是材料在受力时的变形能力。
今天，我就带大家一起“深入浅出”地了解这个实验。
2. 实验原理2.1 杨氏模量的概念首先，咱们得弄明白杨氏模量到底是什么。
就像是每个人都有自己的性格，材料也有自己的“性格”。
杨氏模量用来衡量材料在拉伸或压缩时的“倔强程度”。
比如说，橡皮筋拉得很长，但一旦放手就会恢复原状，而钢铁就像个“硬汉”，很难拉伸。
2.2 弯曲法的基本原理接下来，咱们来聊聊弯曲法。
这个方法其实就是通过施加一定的力，让一个长条形材料弯曲。
根据材料的弯曲程度，就能推算出它的杨氏模量。
想象一下，如果你把一根尺子在两端施加压力，它就会弯曲。
弯曲得越厉害，说明这个材料越“软”，反之则越“硬”。
3. 实验步骤3.1 材料准备实验的第一步是准备材料，通常我们会用木条、金属棒或塑料条等。
这些材料的选择也很重要，毕竟不同材料的性格各异。
就像你和朋友们一起出去玩，大家都喜欢不同的活动，选得好，玩得才开心嘛！3.2 实验操作接下来，就是真正的操作环节。
我们需要一个支架，把材料固定好，然后在中间施加一个已知的力。
嘿，这里可得小心，别让材料太“受伤”了！因为过大的力会让材料断裂，那就得不偿失了。
然后，咱们会用游标卡尺等工具来测量弯曲的程度。
记住，细节决定成败，准确的测量能让结果更靠谱。
3.3 数据处理最后一步，就是数据处理了。
根据我们测得的弯曲程度和施加的力，可以运用公式来计算出杨氏模量。
哎呀，听起来有点复杂，不过其实就是简单的代数运算。
经过计算，你就能得到这个材料的“性格”分析报告！4. 实验结果与讨论4.1 实验结果经过一番折腾，我们得到的杨氏模量数值让人挺满意。
大学物理实验教案(霍耳位置传感器法测杨氏弹性模量)
即
C为比例系数。
因而
在电流不变情况下，
(2)
式中
图1
图2
即传感器输出信号电压只与Y方向位移有关。
当铜刀口下面挂上砝码m时，横梁中心下降了Z，使得铜杠杆顶端霍尔传感器上升一距离Y1，根据杠杆原理Z与Y1关系为
3、学习用逐差法处理实验数据；
实验内容
提要
1、正确安装实验装置；
2、调试好读数显微镜；
3、记录在不同负载下铜尺的下垂量；
4、测量铜尺厚度和宽度；
5、计算杨氏模量和百分偏差。
测量与数据处理要求
1、正确测量并记录铜尺厚度和宽度；
2、下垂量各组数据的均匀度；
3、杨氏模量计算结果的有效数字和数量级、单位；
4、正确表示测量结果的百分偏差。
二、报告的评分标准（满分100）
铜尺厚度a，宽度b的测量数据：各10分；共20分。
表格数据（有效数字、分布）25分；
Z和V的平均值、比例系数各10分，其中：有效数字、单位各5分；共30分。
杨氏模量15分，其中：有效数字、单位、数量级各5分。
百分偏差10分
（1）
式中L为二刀口之间的距离，a、b分别为金属薄板的厚度和宽度。
根据(1)式，测出等号右边各量，就可以求得杨氏模量E。式中a、b、L、m这四个量用一般方法容易测得。Z是一个微小变化量，本实验用读数显微镜和霍尔位置传感器来测量。
2.霍尔位置传感器测微小位移原理
本实验使用的95A型霍尔集成传感器，其输出信号电压V为
思考题
1、为什么要用逐差法处理数据？有何优点？
大学物理实验教案(霍耳位置传感器法测杨氏弹性模量)
在微小位移Z情况下，可认为霍尔传感器输出信号电压(2)式仍然成立。
(3)
式中
(3)式表明，霍尔传感器输出信号电压与横梁中点下降距离Z成正比。只要对传感器进行定标，定出比例系数 ，就可以利用该传感器测量微小位移Z了。
教学重点与难点
1、使用千分尺、游标卡尺测长时的注意事项；
2、掌握读数显微镜的调试和测量方法并能正确读数；
思考题
1、为什么要用逐差法处理数据？有何优点？
2、从杨氏模量的公式分析，对测量结果影响最大的因素是……？
参考资料
《大学物理实验》——马靖张丽华黄建敏主编
《大学物理实验指导》——丁道滢陈之前编
《物理实剑青吴泳华等主编
评分标准
一、预习与操作评分标准（满分100）
二、报告的评分标准（满分100）
铜尺厚度a，宽度b的测量数据：各10分；共20分。
表格数据（有效数字、分布）25分；
Z和V的平均值、比例系数各10分，其中：有效数字、单位各5分；共30分。
杨氏模量15分，其中：有效数字、单位、数量级各5分。
百分偏差10分
预习：(40分)
实验目的：5分；实验仪器：5分；
实验原理：20分。其中：文字叙述12分；主要公式3分；原理图5分
填空：共10分
实验操作部分（60分）：
游标尺操作及测量数据：10分；千分尺操作及测量数据：10分；
杨氏模量仪调节、读数显微镜调焦、零点标定、初始读数：20分；
加砝码、操作读数显微镜读数及数据分布：20分。
（1）
式中L为二刀口之间的距离，a、b分别为金属薄板的厚度和宽度。
根据(1)式，测出等号右边各量，就可以求得杨氏模量E。式中a、b、L、m这四个量用一般方法容易测得。Z是一个微小变化量，本实验用读数显微镜和霍尔位置传感器来测量。
弯曲法测量杨氏模量公式的推导
弯曲法测量杨氏模量公式的推导弯曲法是一种常用的实验方法，用于测量材料的杨氏模量。
下面是杨氏模量公式的推导过程：1.实验装置：首先我们需要准备一个弯曲材料试样，试样的长度为L，宽度为b，厚度为h。
将试样固定在一个支架上，中间部分悬空，两端支撑。
2.实验过程：施加一个力F在试样的中间部分，使试样产生一个弯曲。
测量弯曲的位移y，并记录施加的力F。
3.应力计算：根据杆件弯曲的力学理论，可以得到试样中任意一点的弯曲应变ε与该点的曲率k之间的关系：ε = k * y弯曲应力σ可以用弯曲力M和试样横截面矩I之间的关系表示：σ = M * y / I其中，I是试样在弯曲方向上的慣性矩，可以用试样的几何参数表示：I = b * h^3 / 124.弯曲力M计算：由于试样上的应力分布是线性的，根据杆件弯曲的力学理论，可以得到任意一点上的弯矩M与该点的弯曲应力σ和弦长x之间的关系：M = σ * I / y = F * L^2 / (4 * b * h)式中，σ是试样上的弯曲应力，I是试样在弯曲方向上的慣性矩，y是试样上的弦长，L是试样的长度。
5.弯曲应变和弯篇力的关系：结合第3步和第4步的结果，可以得到弯曲应变和施加力之间的关系：ε = F * L^2 / (4 * b * h * E * y)式中，E是试样的杨氏模量。
6.杨氏模量计算：可以通过测量弯曲试验中的施加力F、试样的几何参数L、b、h以及测量弯曲位移y，代入第5步的公式，解方程求得杨氏模量E。
综上所述，杨氏模量E可以通过弯曲材料试样的几何参数和实验测量得到的力和位移数据计算得出。
在实验中，为了提高测量的准确性和精度，通常会采用多组数据进行测量和平均，确保结果的可靠性。
弯梁法测量杨氏模量
3.5弯梁法测量(cèliáng)杨氏模量实验(shíyàn)目的1．学习用弯曲(wānqū)法测量金属的杨氏模量。
2．了解和使用(shǐyòng)霍尔位置传感器。
3．学习(xuéxí)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称为应力，物体在长度方向产生的相对形变称为应变，由胡克定律可知，这二者是成正比的，即（3.5-1）其比例系数E称做杨氏弹性模量，即（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，这时板材的杨氏模量（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。
在相距的O1O2二点上的横断面，在金属板弯曲前互相平行，弯曲后则成一小角。
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(jìsuàn)与中间层相距为y、厚dy、形变(xíngbiàn)前长为dx的一段，弯曲(wānqū)后伸长了，它受到的拉力(lālì)为，根据(gēnjù)胡克定律有式中，dS表示形变层的横截面积，即，于是此力对中间层的转矩为，即而整个横断面的转矩M应是（3.5-4）图3.5-1 图3.5-2如果将金属板的中点C固定，在中点两侧各为处分别施以向上的力（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。
(大学物理实验)弯曲法测定杨氏模量
2020/7/7
2020/7/7
三、实验步骤：
1、将铜尺和各元件组装好，注意铜刀口带画痕的一 面朝向读数显微镜。
画痕线
2020/7/7
2．调元件处于磁铁中间位置。
传感器元件
2020/7/7
铜杠杆 可调高度的螺丝
3、调节磁铁盒的螺母使磁铁上下移动，同时观察 霍尔传感器输出电压值。当毫伏表数值很小时，停 止调节并固定螺丝，最后调节零点电位器使毫伏表 读数为零。
零点电位器
磁铁位置调节螺母
2020/7/7
4、调节读数显微镜的目镜，使得眼睛能清晰地观察到 十字叉丝及分划板刻度线和数字且转动读数显微镜上 方调节鼓轮时，十字叉丝能随之上下移动。
8、按公式求得样品的杨氏模量，并且求出霍耳位 置传感器的灵敏度（比例系数）K0。
2020/7/7
五、注意事项
• 1.霍耳片一定要垂直放置在磁场的中心轴上。 • 2.用读数显微镜测量时，鼓轮只能单方向转动。
• 3.加放砝码时动作一定要轻，千万不能碰动铜刀架 。
2020/7/7
调节鼓轮
十字叉丝
目镜调节旋钮
2020/7/7
5、移动读数显微镜前后位置（调焦），使能清晰看 到铜刀上的画痕线。选定位于中间位置的某一条画痕 为基准线。转动读数显微镜的鼓轮使读数显微镜内十 字叉丝线自下往上移动并与看到的铜刀上的该基准线 重合。从鼓轮记下初始读数值。
控制显微镜前后移 动位置的固定螺丝
2020/7/7
调焦后看到的某 一条画痕线
十字叉丝
6、逐次增加砝码，每次增加10.00g。每加一次砝码， 都转动鼓轮使十字叉丝重新与选定的基准线重合并 读出此时读数显微镜的读数。（mm）及毫伏表的读 数（mv）。将测得的数据填入实验数据表格。用逐 差法求出Z和V的平均值。
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三、实验步骤：
1、将铜尺和各元件组装好，注意铜刀口带画痕的一 面朝向读数显微镜。
画痕线
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2．调节三维调节架的上下调节螺丝，使铜杠杆 水平且传感器探测元件处于磁铁中间位置。
传感器元件
2020/7/7
铜杠杆 可调高度的螺丝
3、调节磁铁盒的螺母使磁铁上下移动，同时观察 霍尔传感器输出电压值。当毫伏表数值很小时，停 止调节并固定螺丝，最后调节零点电位器使毫伏表 读数为零。
零点电位器
磁铁位置调节螺母
2020/7/7
4、调节读数显微镜的目镜，使得眼睛能清晰地观察到 十字叉丝及分划板刻度线和数字且转动读数显微镜上 方调节鼓轮时，十字叉丝能随之上下移动。
调节鼓轮
十字叉丝
目镜调节旋钮
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5、移动读数显微镜前后位置（调焦），使能清晰看 到铜刀上的画痕线。选定位于中间位置的某一条画痕 为基准线。转动读数显微镜的鼓轮使读数显微镜内十 字叉丝线自下往上移动并与看到的铜刀上的该基准线 重合。从鼓轮记下初始读数值。
2020丝
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调焦后看到的某 一条画痕线
十字叉丝
6、逐次增加砝码，每次增加10.00g。每加一次砝码， 都转动鼓轮使十字叉丝重新与选定的基准线重合并 读出此时读数显微镜的读数。（mm）及毫伏表的读 数（mv）。将测得的数据填入实验数据表格。用逐 差法求出Z和V的平均值。
7、用游标尺测量铜尺宽度b；用千分尺测量铜尺的 厚度a（均测1次）。
8、按公式求得样品的杨氏模量，并且求出霍耳位 置传感器的灵敏度（比例系数）K0。
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五、注意事项
• 1.霍耳片一定要垂直放置在磁场的中心轴上。 • 2.用读数显微镜测量时，鼓轮只能单方向转动。
• 3.加放砝码时动作一定要轻，千万不能碰动铜刀架 。