实验2.4 用拉伸法测金属丝杨氏模量
杨氏模量是描述固体材料弹性形变能力的一个重要物理量，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。 本实验采用静态拉伸法，用光杠杆装置来测量微小形变，从而测定金属丝的杨氏模量。光杠杆法的原理已被广泛应用在测量技术中，如冲击电流计和光点检流计用光杠杆法测量小角度的变化。
【实验目的】 1.学会用静态拉伸法测定金属丝的杨氏模量。 2.掌握用光杠杆法测量微小伸长量的原理。 3.学会用逐差法处理实验数据。 【实验仪器】 杨氏模量仪、望远镜、标尺照明器、光杠杆、砝码、米尺、千分尺、游标卡尺、钢丝。
【实验原理】 弹性形变:外力撤除后物体能完全恢复原状的形变。 范性形变:如果加在物体上的外力过大，以致外力撤除后，物体不能完全恢复原状，而留下剩余形变。 在本实验中，只研究弹性形变。为此，应当控制外力的大小，以保证此外力去除后物体能恢复原状。
E称为杨氏模量，E的国际单位制单位是帕斯卡，记为Pa 一些常用材料的杨氏弹性模量 材料名称 钢 铁 铜 铝 铅 玻璃 橡胶 E/GPa 192-216 113-157 73-127 约70 约17 约55 约0.0078
α M S N1 D b 0N0 2N2 Δn O ΔL 图1 光杠杆 图2 光杠杆的原理图
【实验内容及步骤】 1.按图3安装仪器后，调节三角座底部的三个调整螺丝，使平台达到水平，望远镜与光杠杆最短距离为1米。 2.调整被测钢丝长度，使钢丝长度L为某一尺寸（可用米尺测量）。调整时用手拉住钢丝上端，旋松钢丝上夹头，即可调整被测钢丝的长度。 3.将光杠杆放在工作平台上，二前尖脚放在工作平台的横槽内，后面的主杆尖脚放在下夹头上，但不与钢丝相碰。使光杠杆平面镜与工作平台大致垂直。 4.调整望远镜及标尺照明器的位置：首先沿镜筒的轴线方向，通过准星，观察反射镜内是否有标尺照明器的像，如果无标尺照明器的像，则可左右移动底座，或松开手轮2调整望远镜，直至反射镜内出现标尺照明器的像为止。
5.旋转目镜，对分划板十字线进行聚焦。从望远镜内观察光杠杆反射镜内标尺的像，调节调焦手轮，直至清楚对准标尺由光杠杆镜面反射出的某一刻度，并在砝码盘上放一定量的砝码，使钢丝自然伸直，取下砝码，待稳定后通过望远镜读出标尺刻度值，同时记下此刻度值，为第一刻度值n0。 6.按顺序增加砝码（每次增加1kg），从望远镜中观察标尺刻度的变化，并依次记下相应的刻度值。然后按相反次序将砝码取下，记录相应的标尺读数。 7.取同一负荷下标尺读数的平均值用逐差法算出平均值
【注意事项】 1.加负荷时一定不可超过钢丝的弹性限度（不超过仪器所备砝码），否则上述计算公式就不成立。 2.被测钢丝长度调整好后，一定要用锁紧螺钉将钢丝紧固在钢丝夹头中，防止钢丝偏斜与滑长。 3.光杠杆主杆尖脚不能接触钢丝，不要靠着圆孔边，也不要放在夹缝中。光杠杆、望远镜标尺调整好后，整个实验中防止位置变动。 4.保持被测钢丝在整个实验中处于垂直状态，且L应是 对应的钢丝长度。 5.加取砝码要轻取轻放，待钢丝稳定时再观测数据。 6.观测标尺时眼睛要正对望远镜，不得忽高忽低引起视差。 7.注意保护平面镜和望远镜，不能用手触摸镜面。 8.实验完成后，应将砝码取下，防止钢丝疲劳。
【思考题】 1.本实验中测哪几个长度？为什么选用不同的仪器来测量？ 2.什么是光杠杆原理？如何用它来测量金属丝的微小伸长量？光杠杆法有何优点？怎样提高测量微小长度变化的灵敏度？ 3.本实验中将钢丝折成双线，其它条件不变，杨氏模量又该怎样变化？ 4.本实验中必须满足哪些实验条件？ 5.为什么要使钢丝处于伸直状态？如何保证？