Readme
1、 怎么分小组？
前一半同学为第一小组，第一次在403室完成1~3、8项实验内容，另一半为第二小组，第一次在409室完成1、4~8项内容，一周后对调实验室。
若这组同学≤10人，则不分小组，第一次在403室，第二次在409室。 实验设备1人1套。
2、 怎么预习本实验？
简写，通常一页纸。 3、 怎么操作？
本实验的注意事项和操作技巧较多，关键的要点有：
（1）勿碰金属丝（一进门就将书包等物放在桌旁的地上，以免挂断细丝）； （2）静下心来，边思考，边动手。
4、 怎么处理数据？
只需要处理实验内容中标“”号的部分。
5、 关于实验报告。
两周合写一份报告，这份报告应包含：
1份预习报告、2份经签字的实验原始数据、1份数据处理。
测量康铜丝的杨氏模量和泊松比
一、 基本原理
1、金属丝的杨氏模量与泊松比
杨氏模量是材料的重要力学参数，反映了材料抵抗形变能力的大小。拉力F与丝的原始横截面A之比定义为应力，伸长量∆L与丝的原始长度L之比定义为纵向线应变。在弹性范围内，应力与应变满足胡克定律：
F∆L
(1) =E
AL
其中E为材料的杨氏模量。
式(1)中只考虑了材料的微小纵向应变，忽略了横向变化。横向变化量∆d与丝的原始横向长度d之比定义为横向线应变。在实践中，纵向拉伸应变还会导致横向收缩应变。实验表明，在材料弹性范围内，横向线应变∆d/d与纵向线应变∆L/L之比为常数：
∆d∆L
(2) =-μ
dL
(2)式中的负号表示纵向拉伸导致横向收缩，μ为横向变形系数或称泊松比。
2、非平衡电桥
非平衡电桥与传感器配合使用，可测量温度、应力、位移等物理量。图1为非平衡电桥的原理图，其中电阻箱R1、R2、R3为电桥的三个臂，电阻箱R4与金属丝电阻Rs串联构成第四臂，R0为电位器，C是滑动头。当电桥平衡时：
R3R1
=
R2R4+Rs
任意桥臂阻值变化时，电桥将偏离平衡位置。金属丝受到拉伸引起电阻变化∆Rs，当R4+Rs的相对阻值变化
图1 非平衡电桥
量小于1%时，桥电压Ug（即D、E之间的电压）与该桥臂的电阻变化量近似满足线性关系：
Ug≈
UAC∆Rs
（3） ⋅
4R4+Rs
即将电阻的微小变化量转化成直流电压信号进行测量。
本实验的研究对象为康铜丝。
二、 待研究的问题
1、 测量康铜丝的杨氏模量； 2、 忽略拉伸过程中康铜丝电阻率的变化，利用非平衡电桥测量康铜丝相关物理
量的变化，进而计算其泊松比。
三、 实验仪器 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
设备名称
数量 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 1 10 1 8
康铜丝（已焊接两根导线） 木支架（已装配电位器、开关、电桥盒等） 卷尺（最大允差2.0mm） JCD3型读数显微镜（最大允差0.015mm） 读数显微镜垫块 ZX38A/10型交直流电阻箱（0.1级） KEITHLEY台式万用表（使用方法见附录） 低压钠灯（双线平均波长λ=0.5893μm）及电源 钠灯木垫块 甲电池(~1.5V) 玻璃片 砝码托盘（质量标注于底部） 增砣砝码（100克） LED灯 导线
四、 实验内容与要求
（前一半同学第一次在403室完成1~3、8项实验内容， 后一半同学第一次在
409室完成1、4~8项内容，一周后对调实验室）
1、调整高度调节螺栓，使木支架平衡，康铜丝与桌面平行，距桌面77mm。 2、利用所给设备搭建一套干涉法测量康铜丝直径的装置，看到干涉条纹后，请
报告教师，确认干涉条纹的效果。 要求：干涉条纹与劈尖顶端保持平行。
本步骤的操作具有较大的挑战性，请静下心来认真调节。
（1）观察45mm范围内的所有干涉条纹，简要描述在整个范围内干涉条纹的分布特点。
（2）说明上述现象的原因。
（3）为了提高测量康铜丝直径的精度，应测什么区域的条纹？
3、测量康铜丝的直径d（实验原理参考附录1）
（1）要求测量直径d的相对不确定度小于1.0%，请设计实验方案。 提示：参考一级实验《单摆测重力加速度》的设计方法，给出各参数的极限不确定度，说明用什么工具测量。 （2）根据设计方案测量实验数据。 （3）计算康铜丝的直径d。 注意：
（1）读数显微镜较沉重，搬运时若有困难，请向老师求助，以免摔坏仪器； （2）调节读数显微镜时要特别小心，避免碰触康铜丝；
（3） 钠灯不能频繁开关，关闭钠灯电源后要等5分钟才能再次点亮。
4、测量康铜丝的杨氏模量E
1）设计实验方案，给出相关公式； 2）根据设计方案操作实验，记录数据；
3）求康铜丝的杨氏模量E（合肥地区重力加速度g=9.795m/s2）。 5、按图1连接电路，建议分压UAC取0.3~0.5V（用KEITHLEY台式万用表监测，台式万用表的操作说明见附录2），以免康铜丝发热。
6、用KEITHLEY台式万用表监测Ug 。接通电路，待Ug示数稳定后，分别朝康铜丝上的两个焊接点哈气，并观察桥电压Ug的读数变化。 1）描述哈气时读数的变化； 2）上述现象由什么效应产生？ 7、确定康铜丝的泊松比μ
1）设计实验方案，给出相关公式（忽略拉力对金属丝电阻率的影响）； 2）根据设计方案操作实验，记录数据； 3）确定康铜丝的泊松比μ。 注意：
（1） 尽量减小焊接的导线对康铜丝的应力作用，以免影响测量；
（2） 接通开关后，仪器设备需要预热10分钟以使读数稳定； （3） 加砝码时要轻，以免拉断康铜丝；
（4） 每次加砝码后，等1分钟再读数，以使读数相对稳定； （5） 本实验中g 0.020mV即可视为电桥平衡。 8、整理仪器，将两端的高度调节螺栓调乱。
附录1：干涉法测细丝直径
参见右图，设劈尖长度为l，康铜丝直径为d。当单色光垂直照射劈尖时，会产生等厚干涉现象，当扫描n条亮纹（或暗纹）时读数显微镜移动ln，则由几何关系有：
dn⋅=lln
⇒d=
n⋅l⋅λ
2ln
附录2：KEITHLEY台式万用表的操作说明
将表笔香蕉插头插入1000V电压输入端，开启左下角的电源按钮后，KEITHLEY台式万用表通常就能正常工作，按几次“Digit”按钮，使测量精度切换到0.001mV即可。如果窗口未显示“mV DC”字样，请按照以下步骤操作： 1、 按图1接好电路；
2、 按“DCV”按钮以显示直流电压； 3、 按“AUTO” 按钮自动选择量程；
4、 若要测“μV”直流信号，按“Digits”按钮，使测量精度切换到0.001mV。
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1、 怎么分小组？
前一半同学为第一小组，第一次在403室完成1~3、8项实验内容，另一半为第二小组，第一次在409室完成1、4~8项内容，一周后对调实验室。
若这组同学≤10人，则不分小组，第一次在403室，第二次在409室。 实验设备1人1套。
2、 怎么预习本实验？
简写，通常一页纸。 3、 怎么操作？
本实验的注意事项和操作技巧较多，关键的要点有：
（1）勿碰金属丝（一进门就将书包等物放在桌旁的地上，以免挂断细丝）； （2）静下心来，边思考，边动手。
4、 怎么处理数据？
只需要处理实验内容中标“”号的部分。
5、 关于实验报告。
两周合写一份报告，这份报告应包含：
1份预习报告、2份经签字的实验原始数据、1份数据处理。
测量康铜丝的杨氏模量和泊松比
一、 基本原理
1、金属丝的杨氏模量与泊松比
杨氏模量是材料的重要力学参数，反映了材料抵抗形变能力的大小。拉力F与丝的原始横截面A之比定义为应力，伸长量∆L与丝的原始长度L之比定义为纵向线应变。在弹性范围内，应力与应变满足胡克定律：
F∆L
(1) =E
AL
其中E为材料的杨氏模量。
式(1)中只考虑了材料的微小纵向应变，忽略了横向变化。横向变化量∆d与丝的原始横向长度d之比定义为横向线应变。在实践中，纵向拉伸应变还会导致横向收缩应变。实验表明，在材料弹性范围内，横向线应变∆d/d与纵向线应变∆L/L之比为常数：
∆d∆L
(2) =-μ
dL
(2)式中的负号表示纵向拉伸导致横向收缩，μ为横向变形系数或称泊松比。
2、非平衡电桥
非平衡电桥与传感器配合使用，可测量温度、应力、位移等物理量。图1为非平衡电桥的原理图，其中电阻箱R1、R2、R3为电桥的三个臂，电阻箱R4与金属丝电阻Rs串联构成第四臂，R0为电位器，C是滑动头。当电桥平衡时：
R3R1
=
R2R4+Rs
任意桥臂阻值变化时，电桥将偏离平衡位置。金属丝受到拉伸引起电阻变化∆Rs，当R4+Rs的相对阻值变化
图1 非平衡电桥
量小于1%时，桥电压Ug（即D、E之间的电压）与该桥臂的电阻变化量近似满足线性关系：
Ug≈
UAC∆Rs
（3） ⋅
4R4+Rs
即将电阻的微小变化量转化成直流电压信号进行测量。
本实验的研究对象为康铜丝。
二、 待研究的问题
1、 测量康铜丝的杨氏模量； 2、 忽略拉伸过程中康铜丝电阻率的变化，利用非平衡电桥测量康铜丝相关物理
量的变化，进而计算其泊松比。
三、 实验仪器 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
设备名称
数量 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 1 10 1 8
康铜丝（已焊接两根导线） 木支架（已装配电位器、开关、电桥盒等） 卷尺（最大允差2.0mm） JCD3型读数显微镜（最大允差0.015mm） 读数显微镜垫块 ZX38A/10型交直流电阻箱（0.1级） KEITHLEY台式万用表（使用方法见附录） 低压钠灯（双线平均波长λ=0.5893μm）及电源 钠灯木垫块 甲电池(~1.5V) 玻璃片 砝码托盘（质量标注于底部） 增砣砝码（100克） LED灯 导线
四、 实验内容与要求
（前一半同学第一次在403室完成1~3、8项实验内容， 后一半同学第一次在
409室完成1、4~8项内容，一周后对调实验室）
1、调整高度调节螺栓，使木支架平衡，康铜丝与桌面平行，距桌面77mm。 2、利用所给设备搭建一套干涉法测量康铜丝直径的装置，看到干涉条纹后，请
报告教师，确认干涉条纹的效果。 要求：干涉条纹与劈尖顶端保持平行。
本步骤的操作具有较大的挑战性，请静下心来认真调节。
（1）观察45mm范围内的所有干涉条纹，简要描述在整个范围内干涉条纹的分布特点。
（2）说明上述现象的原因。
（3）为了提高测量康铜丝直径的精度，应测什么区域的条纹？
3、测量康铜丝的直径d（实验原理参考附录1）
（1）要求测量直径d的相对不确定度小于1.0%，请设计实验方案。 提示：参考一级实验《单摆测重力加速度》的设计方法，给出各参数的极限不确定度，说明用什么工具测量。 （2）根据设计方案测量实验数据。 （3）计算康铜丝的直径d。 注意：
（1）读数显微镜较沉重，搬运时若有困难，请向老师求助，以免摔坏仪器； （2）调节读数显微镜时要特别小心，避免碰触康铜丝；
（3） 钠灯不能频繁开关，关闭钠灯电源后要等5分钟才能再次点亮。
4、测量康铜丝的杨氏模量E
1）设计实验方案，给出相关公式； 2）根据设计方案操作实验，记录数据；
3）求康铜丝的杨氏模量E（合肥地区重力加速度g=9.795m/s2）。 5、按图1连接电路，建议分压UAC取0.3~0.5V（用KEITHLEY台式万用表监测，台式万用表的操作说明见附录2），以免康铜丝发热。
6、用KEITHLEY台式万用表监测Ug 。接通电路，待Ug示数稳定后，分别朝康铜丝上的两个焊接点哈气，并观察桥电压Ug的读数变化。 1）描述哈气时读数的变化； 2）上述现象由什么效应产生？ 7、确定康铜丝的泊松比μ
1）设计实验方案，给出相关公式（忽略拉力对金属丝电阻率的影响）； 2）根据设计方案操作实验，记录数据； 3）确定康铜丝的泊松比μ。 注意：
（1） 尽量减小焊接的导线对康铜丝的应力作用，以免影响测量；
（2） 接通开关后，仪器设备需要预热10分钟以使读数稳定； （3） 加砝码时要轻，以免拉断康铜丝；
（4） 每次加砝码后，等1分钟再读数，以使读数相对稳定； （5） 本实验中g 0.020mV即可视为电桥平衡。 8、整理仪器，将两端的高度调节螺栓调乱。
附录1：干涉法测细丝直径
参见右图，设劈尖长度为l，康铜丝直径为d。当单色光垂直照射劈尖时，会产生等厚干涉现象，当扫描n条亮纹（或暗纹）时读数显微镜移动ln，则由几何关系有：
dn⋅=lln
⇒d=
n⋅l⋅λ
2ln
附录2：KEITHLEY台式万用表的操作说明
将表笔香蕉插头插入1000V电压输入端，开启左下角的电源按钮后，KEITHLEY台式万用表通常就能正常工作，按几次“Digit”按钮，使测量精度切换到0.001mV即可。如果窗口未显示“mV DC”字样，请按照以下步骤操作： 1、 按图1接好电路；
2、 按“DCV”按钮以显示直流电压； 3、 按“AUTO” 按钮自动选择量程；
4、 若要测“μV”直流信号，按“Digits”按钮，使测量精度切换到0.001mV。