实验报告册范例(2009)Word文档格式.doc
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式中，是相对伸长称为线应变；
是单位面积上的垂直作用力，称为正应力；
比例系数E称为该金属丝的杨氏模量，其表征材料本身性质，在SI制中单位为Pa。
用钢丝作为试样，设外力来源于质量为m的重物，钢丝直径为D，可得出
（2）
（2）式中，m、D和L都比较容易测量，而变化量极小，用普通测长仪器很难准确测量，本实验借助光杠杆放大法间接测量。
2．光杠杆放大测量原理
通常光杠杆望远镜测量系统由光杠杆小镜、望远镜和标尺构成，如图1所示。
图1光杠杆放大测量原理
b
2q
q
R
ai
a0
l
DL
N
B
测量时，将光杠杆小镜的前脚放在固定平台N上，后脚立在待测物体B上，通过调节光杠杆望远镜系统，从望远镜中可以看到小镜反射的标尺像。
开始时，水平叉丝对应的读数为a0，当待测物B因加置质量m有向下的微小位移时，光杠杆后脚随B下降，使小镜以b为半径转过一微小角度q，此时在望远镜中看到水平叉丝对应的另一读数ai。
根据反射定律，反射线旋转2q角，按几何关系可知
（）（3）
由此可见，光杠杆的作用在于将微小长度变化量放大为直尺上的位移量，即为光杠杆望远镜测量系统的放大倍数M。
将（3）式代入
（2）式中，并注意（H为望远镜上下视距丝之间的读数差），则有
（4）
（4）式即为本实验的测量公式。
四、实验内容与方法
1．调节光杠杆望远镜测量系统
（1）调节测量架铅直度（以水准泡为准）。
（2）目测粗调光杠杆小镜镜面铅直，然后调整望远镜俯仰、高度及其与标尺夹角，通过望远镜上方准星在光杠杆小镜中观察到望远镜及标尺的像。
（3）细调目镜及望远镜调焦鼓轮，在望远镜中看到清晰的标尺像及十字叉丝。
2．预加3kg砝码使钢丝拉直，此时读数为a1，然后依次加1kg砝码，记下相应的a2、a3、……、a8（上行值），再逐次减1千克砝码，记下a¢
8、a¢
7、……、a¢
1（下行值），并求出，逐差法处理，求出加1千克砝码望远镜中标尺读数之差。
注意：
在读数测量过程中，不能作任何调节，加减砝码时动作要轻且缺口垂直错开，待稳定后读数测量。
3．在用上行值（或下行值）法测量ai（a¢
i）的同时，多次重复测量H。
4．用米尺一次测量预加3kg砝码时钢丝长度L，根据实际情况估计误差大小。
5．用螺旋测微计在不同位置、不同方向多次重复测量钢丝直径D（10次测量）。
6．用正确测量方法一次测量光杠杆小镜前后脚之间的垂直距离b。
注意事项：
1．实验装置调整好之后，在加减砝码读数测量过程中，它们的相对位置不能再动。
2．严禁用手触模光学镜面，防止光杠杆小镜摔到地上。
五、实验数据记录与处理
实验数据记录及处理见表一
表一
项目
次数
（kg）
（cm）
L（cm）
b（cm）
H（cm）
D（mm）
（cm）
1
3
13.95
13.90
13.92
4.24
84.5
7.56
4.05
0.505
2
4
15.00
14.95
14.98
4.22
5
16.05
4.25
4.02
0.510
6
17.10
4.01
7
18.18
18.14
18.16
0.511
8
19.20
0.500
9
20.29
20.30
0.515
10
21.32
21.31
0.512
0.509
平均值
4.23
4.04
1．计算钢丝杨氏模量E
将上述相关数据代入（4）式知
（Pa）
2．计算不确定度
由（4）式知，杨氏模量误差传递公式
（5）
对测量量m（kg）（kg）
（kg）
对测量量L（cm）（cm）
对测量量b（cm）（cm）
对测量量H，其平均值的
A类不确定度（cm）
B类不确定度（cm）
则
（cm）
对测量量D，其平均值的
A类不确定度（mm）
B类不确定度（mm）
则（mm）
对测量量，其平均值的
A类不确度（cm）
B类不确定度（cm）
则
（cm）
每加载1kg伸长量（cm）（cm）
将上面所算结果代入（5）式有：
则
六、实验结果完整表示
七、实验分析与讨论
1．本实验借助光杠杆望远镜测量系统将不易测量的微小变化量放大转化为可直接测量量，进而获知待测金属丝弹性模量。
实验中关键要体会并掌握光学实验方法中通用的目测粗调、光学原理细调这两个基本步骤的含义，方可迅速正确地调节，并进行相应的测量。
在读数测量过程中，遵守有关仪器规范操作要求，使实验误差降低到最小。
2．思考题
（1）如何判断在整个加减砝码过程中钢丝是弹性形变？
答：
根据每加减相同重量的砝码时，从望远镜中读得的标尺读数差是否相等即可正确判知。
（2）根据误差分析，要减小E的测量误差，关键应抓住哪几个量的测量？
本实验采取了什么措施。
从不确定度传递公式及实验中具体测量过程及结果来看，要减小E的测量误差，关键应抓住金属丝直径D与加载m千克砝码时钢丝伸长量ΔL的测量。
两者由于量值较小，且对测量量D而言，其相对不确定度传递系数为2，考虑到钢丝直径的不均匀性，因此在测量钢丝直径D时，用千分尺在钢丝不同部位、不同方向多次测量；
而对钢丝伸长量DL，则是借助光杠杆放大将其转化为标尺在测量望远镜中的读数差l，采用上行、下行两次测量，并利用逐差法处理相关数据所得。
（3）试分析所用光杠杆的测量精度是多少（即望远镜中一个毫米代表实际的伸长量是多少）？
要使测量精度达到0.01mm，应采取什么措施？
本实验所用光杠杆的测量精度为（mm），要使测量精度达到0.01mm，可通过增加R为2R即可。
（4）是否任何一组偶数个数据都可以用逐差法处理？
要满足什么条件？
并非任何一组偶数个数据都可用逐差法处理。
只有当自变量等间距变化，而因变量可转化自变量多项式函数表达式时，方可用逐差法处理数据。
（5）如果不用逐差法计算，能否用图解法处理？
怎样做？
可以用图解法处理，具体作法如下：
1）以为自变量、为因变量，作图。
2）选取直线上两点（并非实验测量点，且两点应相距整个图线）求斜率即可。
（6）试设计用本实验所用光杠杆及望远镜标尺系统，测量固体薄膜厚度（比如纸张）的原理及方法。
答：
设固体薄膜厚度为x，
将待测物置于光杠杆小镜后脚下，从光杠杆望远镜系统中读出水平叉丝对应读数a0，
然后将待测物从光杠杆小镜后脚下轻轻取出，读出望远镜中水平叉丝对应读数a1，
则由光杠杆望远镜测量原理及方法可得
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