摘  要：杨氏模量测量作为大学物理实验课程中基本的实验课题，在实验教学中有着重要的意义。本文从多种实验方法中选取弯曲法测量杨氏模量实验。研究其实验原理与内容，并且进行具体实验操作与数据分析，详细剖析实验中所会遇到问题，有刀口偏移和读数显微镜读数困难等，造成实验误差，根据这些问题提出固定刀口的有关方案。解答学生在学习杨氏模量实验中会遇到的困难，有助于加深学生对杨氏模量实验的理解。

关键词：杨氏模量；弯曲法；刀口；霍尔位置传感器

Experimental Study on Measuring Young's Modulus by Bending Method

Abstract: The young's modulus is measured as the course of university physics experiment in basic experimental subject, plays an important role in experimental teaching. In this paper, the young's modulus was measured by the method of bending. This paper studies the principle and the content of the experiment, and carries on the concrete experiment operation and the data analysis.There are the deviation of the edge of the knife and the difficulty of reading the reading microscope, which lead to the experimental error. According to these problems, the scheme of fixing the cutting edge is put forward. It is helpful to deepen the students' understanding of Young's modulus experiment by answering students' difficulties in learning Young's modulus experiment.

Key Words: Young modulus; Bending method; Knife-edge; Hall position sensor

目    录

摘要 1

引用 1

1.杨氏模量实验综述 2

2.弯曲法测杨氏模量实验原理及仪器介绍 2

2.1弯曲法测量杨氏模量的实验原理 2

2.2霍尔位置传感器对微小位移的测量 4

2.3弯曲法测量杨氏模量仪器介绍 5

2.4实验内容与步骤 5

3.实验数据处理 6

3.1霍尔位置传感器定标 7

3.2铸铁的杨氏模量的测量 8

3.3人造骨的杨氏模量的测量 8

3.4杨氏模量不确定度计算 8

3.5杨氏模量实验数据处理分析 10

4.仪器测量误差及改进方案 10

4.1刀口不稳定造成基线位置的改变 10

4.2读数显微镜调节困难造成基线分辨不清 11

4.3改进方案 11

5.结束语 11

参考文献 12

致谢 13

弯曲法测量杨氏模量实验研究

引言

杨氏模量是标志材料抵抗弹性形变能力的重要物理量，它是工程材料的一个重要物理参数，是选定机械构件材料的依据之一[1]。杨氏模量出现于1807年，因ThomasYoung的成果而命名。随着科技发展不断涌现，杨氏模量适应现代发展的需求，涉及力学、电磁学领域的知识和在当代科学研究和工程技术广泛应用的现代物理技术，对学员的学习能力和创新意识培养具有极其重要的价值[2]。基于杨氏模量在日常生活和生产中的广泛应用，可见杨氏模量实验在未来有很大的发展前景。杨氏模量测量实验是多种学习方法的结合体，比如在长度测量时，我们应用到了游标卡尺；比如在微小位移的测量时，可以运用霍尔位置传感器来进行测量；再比如运用最小二乘法等方法来解决数据并分析。我们可以从中看出，杨氏模量测量实验对于学生多种能力都具有相当显著的培养作用，特别是综合实验能力。杨氏模量的测量方法多样，包括有伸长法、弯曲法和动态悬挂法等，其中弯曲法测量实验难度适中且精确度高，还运用到了霍尔位置传感器装置。本文正是采用弯曲法测量杨氏模量，以一个典型的实验进行解释，分析误差原因，为教学推广提供一些有价值的建议。

1. 杨氏模量实验综述

杨氏模量的测定是大学物理实验中的一个重要实验[3]。该实验属于大学物理专业学生所要学习的实验课题，在各大高校的物理实验中充当着重要角色。大学实验教学可以培养大学生能力技术水平，对社会培养高新技术人才有一定的贡献，而杨氏模量实验作为其中之一，也有它独特之处。杨氏模量实验的实验方法多样，且实验的步骤复杂，不同的步骤都应用到物理的不同能力，对于学生能力的培养有明显促进作用。杨氏模量实验过程中的重点是对于微小位移的测量，通过物理实验，加深学生对误差成因及仪器状态调节必要性的理解[4]。该实验可以训练基本物理量的测量的思想，认识弹性模量、应力、应变等基本概念，掌握简单生理环境的模拟，并掌握逐差法、最小二乘法等数据处理方法[5]。杨氏模量实验从方法上划分为拉伸法弹性模量测量、弯曲法弹性模量测量以及动态悬挂法弹性模量测量等。使用的方法多样，不同方法所涉及的物理知识也有所不同，体现出杨氏模量实验的的多样性。杨氏弹性模量实验是具有科学严谨性、多样性、培养性的实验，将在或者正在多个领域中得到广泛的应用。