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实验3 用拉伸法测量金属丝的杨氏模量
一、填空题
1.杨氏模量的计算式E?8DLmg中， L表示 、b表示 。 2?db?x参考答案：钢丝原长 光杠杆前后脚距离 分 值：2分 难度系数：2
2. 在测定杨氏模量的实验中，为了测量钢丝的微小伸长量，采用了 方法；为了消除读数过程造成的系统误差，采用 方法。 参考答案：光放大 对称测量 分 值：2分 难度系数：3
3. 在拉伸法测定杨氏模量的实验中，为了消除读数过程造成的系统误差，采用 方法；为减少数据处理过程造成的系统误差，采用了 方法。 参考答案：对称测量 逐差法 分 值：2分 难度系数：3
4.杨氏模量装置水平调节过程中，如发现水平泡偏向一边，则这边 （填“偏高”或“偏低”）。
参考答案：偏高 分 值：2分 难度系数：3
5.拉伸法测量杨氏模量实验中，增荷减荷的含义是 ，这样做的目的是 。 参考答案：依次增加减少钢丝负重 消除系统误差。 分 值：2分 难度系数：3 6．拉伸法测量杨氏模量实验中，螺旋测微器通常进行零点修正，它指的是 。 参考答案： 记录螺旋测微器的初读数 分 值： 2分 难度系数： 3
7. 拉伸法测量杨氏模量实验中，写出下列仪器的误差限：盒尺Δ仪= ，50分度游标卡尺Δ仪= 。
参考答案： 0.5mm 0.002mm 分 值： 2分 难度系数： 2
8. 拉伸法测量杨氏模量实验中，盒尺测量钢丝原长L为56.43cm.则结果的正确表示为 。
参考答案： L=564.3±0.5 mm 分 值： 2分 精品文档
精品文档 难度系数： 3
9．在拉伸法测量金属丝的杨氏模量时某同学利用分度值为0.01mm的千分尺测量钢丝直径d为0.750mm，0.775mm，0.762mm，试写出测量结果的正确表示_________。 参考答案： d=0.762±0.009 mm 分 值： 2分 难度系数： 3
10.在光杠杆放大法测量钢丝的微小伸长量?L时，测量公式为?L?示_____________________，b表示 。 参考答案：标尺上像距离的变化 光杠杆前后脚距离 分 值： 2分 难度系数： 2
b??x， ?x表 2D二、选择题
1.下列哪个因素的误差对于测量结果杨氏模量的影响最大。 （ ）
A. 钢丝直径d； B.钢丝原长 b；C.光杠杆前后脚距离D； D.标尺上像的移动距离Δx。 参考答案： D 分 值： 3 难度系数： 3
2．在测杨氏模量实验中，当负荷按比例增加或减少，读出相应的标尺数据时，发现标尺读数的增量面的不按比例增减，相差较大，可能的原因 。 （ ） A．起初砝码太轻，尚未将金属丝完全拉直；
B．金属丝锈蚀，粗细不均匀使金属丝产生剩余形变； C．光杠杆后足位置安放不当，与平台有摩擦；
D．杨氏模量仪支柱未调整铅直，造成钢丝一端的夹头不能在平台圆孔中上下自由滑动。 参考答案： D 分 值： 3 难度系数： 3
3. 对于一定温度下金属的杨氏模量，下列说法正确的是： （ ） A．只与材料的物理性质有关而与与材料的大小及形状无关； B．与材料的大小有关，而与形状无关； C．与材料的形状有关，而与大小无关； D．与材料的形状有关， 与大小也有关 ； 参考答案： A 分 值： 3 难度系数： 3
4.用光杠杆测微小长度的变化，从望远镜视场中看到的标尺像是 ( ) 精品文档
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A.缩小的倒立实像； B.放大的倒立虚像； C.缩小的正立虚像； D.放大的正立实像。 参考答案： B 分 值： 3 难度系数： 3
5.在弹性模量测定实验中，通常先预加1Kg砝码，其目的是 ( ) A．消除摩擦力 B.使系统稳定，底座水平 C.拉直金属丝，避免将拉直过程当为伸长过程进行测量 D.减小初读数，消除零误差 参考答案： C 分 值： 3 难度系数： 3
6.杨氏模量实验中，下面说法不正确的是（ ）。
A.逐差法处理数据，数据必须是偶数个； B. 钢丝伸长量转化为尺子读数改变量的测量； C. 钢丝原长的测量对杨氏模量影响最大； D. 有的钢丝弯曲，可预加几个砝码使其伸直。 参考答案： C 分 值： 3 难度系数： 3
7.拉伸法测量杨氏模量实验中，钢丝的粗细对于测量结果的影响是（ ）。
A．偏大； B. 偏小； C. 无影响； D. 无法确定。 参考答案： C 分 值： 3 难度系数： 3
三、简答题
1.杨氏模量的计算式E?8DLmg中，各物理量表示什么？
?d2b?x参考答案：E—表示测量的杨氏模量；D—表示标尺到平面反光镜的距离；L—表示钢丝原长；m—表示加在钢丝上的负荷砝码的质量；g—当地重力加速度；d—钢丝的直径；b—光杠杆前后脚的距离，?x—表示钢丝加负荷后标尺上像读数的变化。 分 值： 7分 难度系数：3
2.简述光杠杆放大原理
参考答案：
光杠杆是用来测量微小长度变化的工具。其通过改变物体长度发生变化ΔL，带动光杠
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杆后底角发生变化，使光杠杆平面镜发生转动θ角，导致入射到平面镜后再反射到望远镜筒中的反射光线发生移动2θ，物体的像位置发生随之移动Δx, 则
?L=b?n 2D其中b为管杠杆前后脚距离，D为平面反光镜到标尺的距离。 分 值： 8分 难度系数：3
3.简述欲通过望远镜筒观察到清晰的标尺上像的调节过程。 参考答案：
1.杨氏模量测定仪仪器调整 （1）调节仪器水平； （2）调节光杠杆平台与固定钢丝的圆柱体上表面处于同一水平面。调节平面镜与平台垂直；
2.望远镜镜筒的调节
（1）调节望远镜与反射镜等高共轴；
（2）轻移望远镜，通过望远镜外部准线看反光镜可以到标尺的像； （3）调节目镜，看到清晰叉丝的像；
（4）调焦望远镜，看到反光镜，轻轻的左右移动望远镜尺组和竖直微调旋钮，通过望远镜看到完整反光镜；
（5）调焦望远镜，看到标尺的像。 分 值：7分 难度系数： 4 4.“用拉伸法测量金属丝的杨氏模量”实验中通常采用逐差法处理数据，求?x，在什么条件下能用这种方法处理数据？说明用逐差法求?x的优点。
参考答案：
如果在实验处理数据时，如自变量为等间距变化，且两物理量之间存在线性关系，可用逐差法处理实验数据---------------------------------4分
逐差法的优点是充分利用数据，保持多次测量的优点，减少测量误差，测量结果更具有可行度。 ----------------------------------8分
分 值：8分 难度系数： 3
5. 光杠杆有什么优点，怎样提高光杠杆测量的灵敏度? 参考答案：
优点是：可以测量微小长度变化量。提高放大倍数即适当地增大标尺距离D或适当地减小光杠杆前后脚的垂直距离b，可以提高灵敏度，因为光杠杆的放大倍数为2D/b。
分 值：6分 难度系数：4
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6. 何谓视差，怎样判断与消除视差?
参考答案：眼睛对着目镜上、下移动，若望远镜十字叉丝的水平线与标尺的刻度有相对位移，这种现象叫视差，细调调焦手轮可消除视差。
分 值：6分 难度系数:3
四、计算题
1．某同学利用光杠杆?L?b?x，测量微小长度是得到如下数据试写出实验结果的正确表2D示。其中： b=6.712±0.002cm,D=132.29±0.04cm.,Δx=1.04±0.01cm. 解：?L?b6.712cm?x??1.04cm=0.0264cm -----------------4分 2D2?132.29cm 利用间接测量结果的不确定度表示公式：
u(?L)?(ln?L)2?(ln?L)2?(ln?L)2?[]+[]+[]-----------------------------6分 ?LbD?Xu(?L)u(b)2u(D)2u(?X)20.00220.0420.012?[]+[]+[]?[]+[]+[]=0.0096 ?LbD6.712132.291.04?Xu(?L)?u(?L)??L?0.0096?0.0264cm=0.0003cm -----------------------------9分 ?L ?L=0.0264?0.0003cm(P=0.683) --------------------10分 分 值：10分 难度系数： 4
2. 拉伸法测量钢丝杨氏模量实验中，利用下面数据给出杨氏模量E?8DLmg的正确表
2?db?x示测得结果如下：钢丝直径d=0.454±0.004mm；光杠杆足长b=54.60±0.02mm；金属丝原长L=612.4±0.5mm；镜尺距离D=1624.4±0.5mm,负荷1kg的标尺读数差为?x=1.00±0.03cm. 参考答案： 杨氏模量
8DLmg8?1624.4?10?3m?612.4?10?3m?1kg?9.8N/kgE?2??2.20?1011N/m2---4分 ?32?2?2?db?x3.14159?(0.454?10m)?54.60?10m?1.00?10m利用间接测量结果不确定度表示得到杨氏模量的表达式为：
??lnf???lnf?uF??u(x1)???u(x2)??F??x1???x2?22??lnf?u(x)?n?得到
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