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杨氏模量是用来描述固态物质弹性性质的一个物理量,与物质的几何形状和具体尺寸没有关系,在其他条件都相同的情况下,杨氏模量越大的物质越不容易发生形变.它是反映材料弹性性质的参量之一,也是设计各种工程结构时选用材料的主要依据之一.
测定金属丝的杨氏模量的器材主要有测定仪一套(包括金属丝的杨氏模量测定仪、光杠杆、砝码、镜尺组等)、米尺、游标卡尺、螺旋测微器(千分尺)等.
(3)用钢卷尺测量光杠杆镜面到标尺的距离D和金属丝的长度L.
(4)用钢板尺测出光杠杆后足到两前足连线的垂直距离b.
(5)选择金属丝的不同位置,多次测量金属丝的直径d,求其平均值.
(四)计算金属丝的杨氏模量及其不确定度,表示出测量结果.
3 实验中误差产生的原因
在实验过程中,实验取得的测量数据与实验要求的测量值范围相差很多.究其原因,是实验过程中的误差造成的,根据性质可将其分为两类:系统误差和随机误差.
(1)实验过程中,杨氏模量测量仪一般没有调节成标准状态的功能,因此,测量时测量仪很大程度上是处于非标准状态.在这样的情况下进行实验,就会存在着系统误差.
(2)在杨氏模量测量时,金属丝在未加砝码时常处于弯曲状态,如果此时直接加一个砝码记一个读数那就会造成测量的系统误差,错将金属丝弯曲部分当作加砝码后产生的形变读数.
(3)误差也会取决于金属丝的微小变化量和金属丝的直径,由于平台上的圆柱形卡头上下伸缩,存在系统信息误差,用望远镜读取微小变化量时存在随机误差.
(4)测量金属丝直径时,由于存在椭圆形,故測出的直径存在系统误差和随机误差.
(5)实验测数据时,由于金属丝没有绝对静止,读数时存在随机误差.
(6)米尺使用时如果没有拉直,也会造成一定的误差.
4 为避免实验误差应采取的措施
(1)由于标尺基本是平行固定在立柱上,只要底座放置在水平桌面上,标尺就基本铅直,而望远镜和光杠杆平面镜却是都要手动进行调节的,常处于倾斜较大的非标准状态,而实验人员常常对测量仪处于非标准状态下的误差没有足够的认识.所以实验前要对测量仪的状态进行确认调整.同时调节望远镜时,要仔细调节目镜,消除视差.
(2)整个测量过程中的动作要轻,保持整个测量装置稳定.光杠杆和望远镜尺组一经调好,在实验中不得再移动,否则测量数据无效,应重新测量.
(3)为避免金属丝弯曲造成实验测量结果误差,可以在所有读数读取之前,先在托盘上加一到两个砝码,将金属丝拉直后,再逐渐加砝码正式开始读数.
(4)每一次加减砝码的间隔时间尽量保持相等.取放砝码时一定要轻拿轻放,动作平稳,不要使砝码托摆动,否则将会导 致光杠杆后足尖发生移动.每次增减砝码后,要等金属丝完全不晃动时才能读数.
(5)实验时所加砝码是有缺口的,在逐次加砝码时要求砝码口要互相相对放置,如果放置时缺口始终面朝一个方向,就会造成砝码倒塌,测量失败.
(6)测相关信息量时,应根据精度要求选用相应的量具.用千分尺测d时,应先检查零点读数,并记录零点误差.考虑到金属丝的不均匀性,应在不同位置用螺旋测微器测量其直径d.
(7)不要用手触摸仪器的光学表面,擦拭时要用镜头纸.
综上所述,只要针对可能造成实验误差的原因,进行实验时加以关注和改进,科学、规范操作,就可以减小甚至避免在实验过程中产生的误差,提高实验测量的精确度.
测定金属丝的杨氏模量的器材主要有测定仪一套(包括金属丝的杨氏模量测定仪、光杠杆、砝码、镜尺组等)、米尺、游标卡尺、螺旋测微器(千分尺)等.
(3)用钢卷尺测量光杠杆镜面到标尺的距离D和金属丝的长度L.
(4)用钢板尺测出光杠杆后足到两前足连线的垂直距离b.
(5)选择金属丝的不同位置,多次测量金属丝的直径d,求其平均值.
(四)计算金属丝的杨氏模量及其不确定度,表示出测量结果.
3 实验中误差产生的原因
在实验过程中,实验取得的测量数据与实验要求的测量值范围相差很多.究其原因,是实验过程中的误差造成的,根据性质可将其分为两类:系统误差和随机误差.
(1)实验过程中,杨氏模量测量仪一般没有调节成标准状态的功能,因此,测量时测量仪很大程度上是处于非标准状态.在这样的情况下进行实验,就会存在着系统误差.
(2)在杨氏模量测量时,金属丝在未加砝码时常处于弯曲状态,如果此时直接加一个砝码记一个读数那就会造成测量的系统误差,错将金属丝弯曲部分当作加砝码后产生的形变读数.
(3)误差也会取决于金属丝的微小变化量和金属丝的直径,由于平台上的圆柱形卡头上下伸缩,存在系统信息误差,用望远镜读取微小变化量时存在随机误差.
(4)测量金属丝直径时,由于存在椭圆形,故測出的直径存在系统误差和随机误差.
(5)实验测数据时,由于金属丝没有绝对静止,读数时存在随机误差.
(6)米尺使用时如果没有拉直,也会造成一定的误差.
4 为避免实验误差应采取的措施
(1)由于标尺基本是平行固定在立柱上,只要底座放置在水平桌面上,标尺就基本铅直,而望远镜和光杠杆平面镜却是都要手动进行调节的,常处于倾斜较大的非标准状态,而实验人员常常对测量仪处于非标准状态下的误差没有足够的认识.所以实验前要对测量仪的状态进行确认调整.同时调节望远镜时,要仔细调节目镜,消除视差.
(2)整个测量过程中的动作要轻,保持整个测量装置稳定.光杠杆和望远镜尺组一经调好,在实验中不得再移动,否则测量数据无效,应重新测量.
(3)为避免金属丝弯曲造成实验测量结果误差,可以在所有读数读取之前,先在托盘上加一到两个砝码,将金属丝拉直后,再逐渐加砝码正式开始读数.
(4)每一次加减砝码的间隔时间尽量保持相等.取放砝码时一定要轻拿轻放,动作平稳,不要使砝码托摆动,否则将会导 致光杠杆后足尖发生移动.每次增减砝码后,要等金属丝完全不晃动时才能读数.
(5)实验时所加砝码是有缺口的,在逐次加砝码时要求砝码口要互相相对放置,如果放置时缺口始终面朝一个方向,就会造成砝码倒塌,测量失败.
(6)测相关信息量时,应根据精度要求选用相应的量具.用千分尺测d时,应先检查零点读数,并记录零点误差.考虑到金属丝的不均匀性,应在不同位置用螺旋测微器测量其直径d.
(7)不要用手触摸仪器的光学表面,擦拭时要用镜头纸.
综上所述,只要针对可能造成实验误差的原因,进行实验时加以关注和改进,科学、规范操作,就可以减小甚至避免在实验过程中产生的误差,提高实验测量的精确度.