光杠杆法测定杨氏模量实验报告
变后的镜面和改变前的镜面必然有一个角度差,用θ来表示这个角度差。从下图我们可以看出:
L b tan b ,式中b为光杠杆前后足距离,称为光杠杆常数。
设开始时在望远镜中读到的标尺读数为r0,偏转后读到的标尺读数为
ri,则放大后的钢丝伸长量为C r-r0,由图中几何关系有:
2 tan2
C/2H
,
C
4H
由上式得到: L
bC
4H
代入计算式,即可得下式:
E
这就是本实验所依据的公式。
16FLH
D2bC
四、实验步骤
(1)调整测量系统 1、目测调整
首先调整望远镜,使其与光杠杆等高,然后左右平移望远镜与调节平面镜,直到凭目测从望远镜上方观察到光杠杆反射镜中出现调节平面镜的像,再适当转动调节平面镜直到出现标尺的像。 2、调焦找尺
首先调节望远镜目镜旋轮,使“十”字叉丝清晰成像;然后调节望远镜物镜焦距,直到标尺像和“十”字叉丝无视差。 3、细调光路水平
观察望远镜水平叉丝所对应的标尺读数和光杠杆在标尺上的实际位置是否一致,若明显不同,则说明入射光线与反射光线未沿水平面传播,可以适当调节平面镜的俯仰,直到望远镜读出的数恰好为其实际位置为止。调节过程中还应该兼顾标尺像上下清晰度一致,若清晰度不同,则可以适当调节望远镜俯仰螺钉。 (2)测量数据
1、首先预加10kg的拉力,将钢丝拉直,然后逐次改变钢丝拉力(逐次增加2kg),测量望远镜水平叉丝对应的读数。
由于物体受力后和撤销外力后不是马上能恢复原状,而会产生弹性滞后效应,所以为了减小该效应带来的误差,应该在增加拉力和减小拉力过程中各测一次对应拉力下标尺读书,然后取两次结果的平均值。
2、根据量程及相对不确定度大小,用钢卷尺测量L和H,千分尺测量D,游标卡尺测量b。考虑到钢丝直径因为钢丝截面不均匀而产生误差,应该在钢丝的不同位置测量多组D在取平均值。
(3)数据处理
由于在测量C时采取了等间距测量,适合用逐差法处理,故采用逐差法对视伸长C求平均值,并估算不确定度。其中L、H、b只测量一次,由于实验条件的限制,其不确定度不能简单地由量具仪器规定的误差限决定,而应该根据实际情况估算仪器误差限。
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