杨氏模量教学实验的改进

阿布来提·阿布力孜，阿合买提江·买买提

(新疆大学 物理科学与技术学院，新疆 乌鲁木齐 830046)

杨氏模量是表征固体材料性质的一个重要物理量，它描述了固体材料抗形变能力，是工程设计中选用材料时需要考虑的重要参数之一[1]。杨氏模量测定在科学研究和技术应用中都具有重要意义。测量杨氏模量的方法有很多，如拉伸法、梁弯曲法、百分表法、干涉条纹法、共振法等，每种方法各有各的特点，适合不同的测量需求[2]。在大学物理实验中，固体材料杨氏模量的测量是理工科院校物理实验中必做实验之一。由于拉伸法测定杨氏模量试验装置存在着调节困难、实验装置在测量过程中轻微震动都会影响读数和数据的正确度，完成该实验带来一定程度的困难，所以下面对实验方法进行了合理的改造。

1 激光光杠杆法测量杨氏模量

1.1 实验原理

在外力作用下，固体所发生的形状变化，称为形变。它可分为弹性形变和范性形变两类，在本实验中，只研究弹性形变。最简单的形变是棒状物体(或金属丝)受外力后的伸长与缩短。假定长为L，截面积为S的均匀金属丝在受到沿长度方向的外力F作用下伸长ΔL，根据胡克定律有：在弹性限度内，伸长应变ΔL/L与压强F/S成正比，即有

(1)

式中E为金属丝的杨氏模量(也称弹性模量)，是表征固体性质的一个重要物理量，金属丝截面为圆形，其直径为d，相应截面积S=πd2/4，代人(1)式得

(2)

式中F、L、d均易测量，唯ΔL是很难用普通测量长度仪测准的微小变化量．因此，我们采用光杠杆法来测量这个微小长度的变化．平面镜与镜架构成了光杠杆，用光杠杆法测微小长度原理图如图1所示。……