【实验一(拉伸法测金属丝杨氏模量)】在材料力学中,杨氏模量是衡量材料在弹性范围内抵抗拉伸变形能力的重要物理量。本实验旨在通过拉伸法测量金属丝的杨氏模量,帮助我们理解材料在受力时的形变特性,并掌握相关实验仪器的操作方法及数据处理技巧。
实验的基本原理是基于胡克定律:在弹性限度内,应力与应变成正比。公式为:
$$
E = \frac{F}{A} \cdot \frac{L_0}{\Delta L}
$$
其中,$ E $ 为杨氏模量,$ F $ 为施加的拉力,$ A $ 为金属丝的横截面积,$ L_0 $ 为原始长度,$ \Delta L $ 为拉伸后的长度变化。
实验中所用的主要仪器包括:光杠杆、螺旋测微器、千分表、砝码组以及待测金属丝等。首先,需使用螺旋测微器精确测量金属丝的直径,从而计算其横截面积;随后,将金属丝固定于实验装置上,并利用光杠杆系统放大金属丝的微小形变量,以便于读取和记录。
在实验过程中,逐步增加砝码质量,观察并记录每次加载后金属丝的伸长量。通过多次测量取平均值,可以有效减小误差。同时,应注意避免超出金属丝的弹性范围,以免造成不可逆形变或断裂。
实验结束后,根据测得的数据代入公式计算杨氏模量,并与理论值进行比较,分析可能存在的误差来源,如仪器精度、人为读数误差、环境温度变化等。
通过本次实验,不仅加深了对杨氏模量概念的理解,还提升了动手操作能力和数据分析水平,为今后学习更复杂的力学实验打下坚实基础。


