杨氏模量测定仪实验指南：拉伸法与光杠杆原理

"YMC杨氏模量测定仪说明书(老款).doc" 本文将详细介绍YMC杨氏模量测定仪的使用方法、实验目的、实验原理以及相关设备，旨在帮助用户理解和操作该测定仪进行杨氏模量的精确测量。 **实验原理** 杨氏模量是固体材料弹性性能的重要参数，反映了材料在外力作用下发生弹性形变的能力。在实验中，通常通过拉伸法来测定金属丝的杨氏模量。当外力作用于金属丝，使其发生弹性形变时，根据胡克定律，金属丝的伸长量ΔL与其受到的外力F、初始长度L和截面积S之间的关系为： \[ \frac{F}{S} = Y \cdot \frac{\Delta L}{L} \] 其中，Y就是杨氏模量。由于金属丝的伸长量非常微小，一般测量工具难以准确捕捉，因此需要采用光杠杆法来放大这一变化。 **光杠杆法** 光杠杆是一种放大微小长度变化的装置，主要由平面镜M和三足架组成。镜面M可绕轴转动，三足尖abc形成等腰三角形，b为三足尖c到ab连线的距离，可以调节。通过调整，使得ab平行于镜面的转轴，且都在垂直于cd的同一平面内。当金属丝因受力伸长导致镜面倾斜时，光线经过镜面反射，观察者通过望远镜直横尺可以观测到光点的位置变化，从而计算出金属丝的伸长量ΔL。 **实验目的** 1. 掌握利用拉伸法测定钢丝杨氏模量的理论和实践操作。 2. 学习并运用光杠杆法测量微小长度变化的原理和技巧。 3. 熟悉光杠杆和望远镜直横尺的调节与使用方法。 4. 掌握数据处理中的逐差法，以提高实验结果的准确性。 **实验仪器及用具** 实验所需设备包括YMC-1或YMC-2杨氏模量测定仪，YMC-1望远镜直横尺，光杠杆，砝码，钢卷尺，千分尺，游标卡尺等。 **实验步骤** 1. 正确安装和调整光杠杆及望远镜直横尺，确保系统的稳定性。 2. 将金属丝固定在测定仪上，施加已知的外力F。 3. 观察并记录光点位置，随着金属丝伸长，光点位置会发生变化。 4. 使用逐差法处理实验数据，求得平均伸长量ΔL。 5. 计算杨氏模量Y，对比理论值，分析误差来源并进行误差分析。 通过本实验，学生不仅可以掌握杨氏模量的测量方法，还能深入了解弹性形变、光杠杆原理以及实验数据处理等多方面的知识，提高实验技能和科学素养。