网上有关“大学物理实验的3道思考题。急!!!”话题很是火热,小编也是针对大学物理实验的3道思考题。急!!!寻找了一些与之相关的一些信息进行分析,如果能碰巧解决你现在面临的问题,希望能够帮助到您。
用拉伸法测量杨氏弹性模量
任何物体在外力作用下都会发生形变,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。如果外力较大,当它的作用停止时,所引起的形变并不完全消失,而有剩余形变,称为塑性形变。发生弹性形变时,物体内部产生恢复原状的内应力。弹性模量是反映材料形变与内应力关系的物理量,是工程技术中常用的参数之一来源:https://www.fplkm.cn/bkjj/202412-43.html。
一. 实验目的
1. 学会用光杠杆放大法测量长度的微小变化量。
2. 学会测定金属丝杨氏弹性模量的一种方法。
3. 学习用逐差法处理数据。
二. 实验仪器
杨氏弹性模量测量仪支架、光杠杆、砝码、千分尺、钢卷尺、标尺、灯源等。
三. 实验原理
在形变中,最简单的形变是柱状物体受外力作用时的伸长或缩短形变。设柱状物体的长度为L,截面积为S,沿长度方向受外力F作用后伸长(或缩短)量为ΔL,单位横截面积上垂直作用力F/S称为正应力,物体的相对伸长ΔL/L称为线应变。实验结果证明,在弹性范围内,正应力与线应变成正比,即
(3-1-1)
这个规律称为虎克定律。式中比例系数Y称为杨氏弹性模量。在国际单位制中,它的单位为N/m2,在厘米克秒制中为达因/厘米2。它是表征材料抗应变能力的一个固定参量,完全由材料的性质决定,与材料的几何形状无关。
本实验是测钢丝的杨氏弹性模量,实验方法是将钢丝悬挂于支架上,上端固定,下端加砝码对钢丝施力F,测出钢丝相应的伸长量ΔL,即可求出Y。钢丝长度L用钢卷尺测量,钢丝的横截面积 ,直径 用千分尺测出,力F由砝码的质量求出。在实际测量中,由于钢丝伸长量ΔL的值很小,约 数量级。因此ΔL的测量采用光杠杆放大法进行测量。
(a) (b)
1—反射镜和透镜;2—活动托台;3—固定托台;4—标尺;5—光源
图3-1-1 光杠杆装置及测量原理图
光杠杆是根据几何光学原理,设计而成的一种灵敏度较高的,测量微小长度或角度变化的仪器。它的装置如图3-1-1(a)所示,是将一个可转动的平面镜M固定在一个⊥形架上构成的来源:https://sxphszu.cn/zhishi/202412-50.html。
图3-1-1(b)是光杠杆放大原理图,假设开始时,镜面M的法线正好是水平的,则从光源发出的光线与镜面法线重合,并通过反射镜M反射到标尺n0处。当金属丝伸长ΔL,光杠杆镜架后夹脚随金属丝下落ΔL,带动M转一θ角,镜面至M′,法线也转过同一角度,根据光的反射定律,光线On0和光线On的夹角为2θ。
如果反射镜面到标尺的距离为D,后尖脚到前两脚间连线的距离为b,则有
; 来源:https://sxphszu.cn/zhishi/202412-17.html
由于θ很小,所以 ;
消去θ,得 ( ) (3-1-2)
由于伸长量ΔL是难测的微小长度,但当取D远大于b后,经光杠杆转换后的量 却是较大的量,2D/b决定了光杠杆的放大倍数。这就是光放大原理,它已被应用在很多精密测量仪器中。如:灵敏电流、冲击电流计、光谱仪、静电电压表等。
将(3-1-2)式代入(3-1-1)式得:
(3-1-3)
本实验使钢丝伸长的力F,是砝码作用在纲丝上的重力mg,因此杨氏弹性模量的测量公式为:
(3-1-4)
式中,Δn与m有对应关系,如果m是1个砝码的质量,Δn应是荷重增(或减)1个砝码所引起的光标偏移量;如果Δn是荷重增(或减)4个砝码所引起的光标偏移量,m就应是4个砝码的质量。
图3-1-2 测量装置图
四. 实验内容
1. 仪器调节来源:https://www.fplkm.cn/%E6%9C%AA%E5%91%BD%E5%90%8D/202501-208.html
(1)按图3-1-2安装仪器,调节支架底座螺丝,使底座水平(观察底座上的水准仪)。
(2)调节反射镜,使其镜面与托台大致垂直,再调光源的高低,使它与反射镜面等高。
(3)调节标尺铅直,调节光源透镜及标尺到镜面间的距离D,使镜头刻线在标尺上的像清晰。再适当调节反射镜的方向、标尺的高低,使开始测量时光线基本水平,刻线成像大致在标尺中部。记下刻线像落在标尺上的读数为n。
注意:此时仪器已调好,在测量时不能再调了!
2. 测量
(1)逐次增加砝码,每加一个砝码记下相应的标尺读数 ,共加8次,然后再将砝码逐个取下,记录相应的读数 ′,直到测出 为止。
加减砝码时,动作要轻,防止因增减砝码时使平面反射镜后尖脚处产生微小振动而造成读数起伏较大。
(2)取同一负荷下标尺读数的平均值 ,用逐差法求出钢丝荷重增减4个砝码时光标的平均偏移量Δn。
(3)用钢卷尺测量上、下夹头间的钢丝长度L,及反射镜到标尺的距离D。
(4)将光杠杆反射镜架的三个足放在纸上,轻轻压一下,便得出三点的准确位置,然后在纸上将前面两足尖连起来,后足尖到这条连线的垂直距离便是b。
(5)用千分尺测量钢丝直径d,由于钢丝直径可能不均匀,按工程要求应在上、中、下各部进行测量。每位置在相互垂直的方向各测一次。
五. 数据处理
1.测量钢丝的微小伸长量,记录表如下
序号来源:https://fplkm.cn/cshi/202412-42.html
i
砝码质量
M(Kg)
光标示值ni(cm)
光标偏移量
δn=ni+4-ni(cm)
偏差
∣δ(δn)∣
增荷时
减荷时
平均值
0来源:https://sxphszu.cn/xwzx/202412-141.html
1
2
3
4
5
6
7
钢丝微小伸长量的放大量的测量结果为Δn=( ± )cm
2. 测量钢丝直径记录表 d0= mm
测量部位
上 部
中 部
下 部
平均值
测量方向
纵 向
横向
纵 向
横 向
纵 向
横 向
d(mm)
不确定度 mm
测量结果d=( ± )mm
3. 单次测L、D、b值:
L=( ± )m;
D=( ± )m;
b=( ± )m
4. 将所得各量带入(3-1-4)式,计算出金属丝的杨氏弹性模量,按传递公式计算出不确定度,并将测量结果表示成标准式 ( ± )N/m2。
六.问题讨论
1. 两根材料相同,但粗细、长度不同的金属丝,它们的杨氏弹性模量是否相同?
2. 光杠杆有什么优点?怎样提高光杠杆的灵敏度?
3. 在实验中如果要求测量的相对不确定度不超过5%,试问,钢丝的长度和直径应如何选取?标尺应距光杠杆的反射镜多远?
4. 是否可以用作图法求杨氏弹性模量?如果以所加砝码的个数为横轴,以相应变化量为纵轴,图线应是什么形状?
附表:常用金属与合金的杨氏弹性模量
物质名称
杨氏弹性模量
(1011达因/厘米2)
物 质 名 称
杨氏弹性模量
(1011达因/厘米2)
铝
7.0
铸铜(99.9%)来源:https://sxphszu.cn/%E6%9C%AA%E5%91%BD%E5%90%8D/202501-200.html
7.44
铸铁(99.99%)
13.8
精炼或韧炼铜(99.99%)
8.00
韧炼铁(99.99%)
17.2
黄铜
11.0
钢
17.2~22.6
磷青铜
12.0
铂(韧炼 99.99%)
14.7来源:https://sxphszu.cn/zhishi/202412-9.html
锰铜
10.3
钨来源:https://sxphszu.cn/%E6%9C%AA%E5%91%BD%E5%90%8D/202501-202.html
34
康铜
15.2
铅(模砂铸造99.73%)
1.38
镍铬
21.0
《大学物理学习题讨论课指导第二版(上、下)》(沈慧君等)清华大学出版社
本书集作者数十年大学物理习题讨论课教学实践经验撰写而成。内容分力学(含狭义相对论)、静电学、稳恒电流磁场、热学、振动与波、光学和量子物理共七章。全书共收入各种类型的题目600多道,题题有详解。选题内容覆盖全部大学物理理论课教学要点,具有代表性。 上册各章节有简炼的“内容提要”和明确的“教学要求”。选题类型有围绕课程重点、难点、基本概念的课内讨论题、计算题,还有供读者复习选用的课后练习题。选题难易层次分明,能满足不同程度的教学需要。书后对课后练习题做了解答,可供参考。 下册内容是对上册的课内讨论题、计算题所做的详细解答。全书解题思路清晰、方法简炼,力求启发、引导、一题多解,并对学生多发性错误进行分析,注重培养逻辑思维及综合分析能力。 可供各类高校物理课师生使用,还可作为大学非物理专业、电大及成人自学考试物理课的辅助教材。
来源:https://www.sxphszu.cn/%E6%9C%AA%E5%91%BD%E5%90%8D/202501-181.html2.《大学物理学(第二版)学习指导与习题解答》(张三慧)清华大学出版社
本书是《大学物理学(第2版)》的学习指导用书。内容包括该教材各章的概念原理复习、解题要点和习题解答等。由于《大学物理学(第2版)》编入的习题内容广泛,实例新颖,富有启发性和趣味性,习题结构难易搭配合理,而本书复习内容重点突出,解题思路描述明确清楚,习题解答严谨细致,因此本书不但是学习《大学物理学(第2版)》的好帮手,对于选用其他教材学习物理课程或自学大学物理的学生都是很好的辅助材料。
3.《大学物理学(第二版)思考题解答》(邓新元等)清华大学出版社 来源:https://sxphszu.cn/bkjj/202412-72.html
本书是清华大学教材《大学物理学》(第2版)(张三慧先生编著,清华大学出版社出版)所有五册书上的全部思考题的参考解答,其内容涵盖力学、热学、电磁学、振动波动、波动光学和量子物理等各个部分。
本书中给出的参考解答力求准确,并尽量写得深入浅出,以便于读者阅读和思考。 来源:https://fplkm.cn/%E6%9C%AA%E5%91%BD%E5%90%8D/202501-168.html
本书是一本适用性较强的大学物理教学辅导参考书,对学习大学物理十分有益。本书可供正在学习《大学物理学》课程(不管选用何种教材)的大学生参考。此外,对于从事物理教学的教师和要参加研究生入学考试的学生以及大专、成教学习物理课的学生,本书都有很好的参考价值。
关于“大学物理实验的3道思考题。急!!!”这个话题的介绍,今天小编就给大家分享完了,如果对你有所帮助请保持对本站的关注!来源:https://sxphszu.cn/cshi/202412-112.html