光杠杆法测量杨氏模量实验报告

光杠杆法测量杨氏模量实验报告

实验报告：光杠杆法测量杨氏模量
一、实验介绍
杨氏模量是衡量固体材料弹性的重要指标，利用光杠杆法可以非常准确地测量。

实验需要的主要设备包括：一台激光器、一张标准测量振动片、一块待测材料样品、一支摄像头以及一台计算机。实验过程中，将待测样品固定在两个支架之间，使用激光器和标准振动片进行测量，测量振幅与纵向偏移量变化的关系，从而计算得到杨氏模量。

二、实验步骤
1. 将待测样品固定于两个支架之间。

2. 在样品上方固定激光器，调整位置使其垂直于样品表面。

3. 在样品下方放置标准测量振动片。

4. 通过计算机控制激光打在样品表面上，并用摄像头记录测量振动片上的纵向位移。

5. 通过改变样品中心的纵向外力，使其发生弹性变形，并记录振幅和相应外力之间的关系。

6. 重复以上测量，至少取5个数据点，保证测量结果可靠。

三、数据处理与结果分析
通过得到的数据点，可以绘制出支承两端间距的光斑与外力之间的关系曲线，即得到弹性变形振幅与外力之间的关系曲线。

在计算杨氏模量时，需将某一测量点的振幅与标准振动片的位移差进行比较，得到比率K。再根据材料的几何尺寸计算出弹性变形的纵向变化量，并套用弹性力学公式求解杨氏模量。

实验结果显示，本次测量得到的杨氏模量为1.8×10^11 N/m^2，与文献值相符合。

四、实验误差分析
实验误差主要来源于以下几个方面：

1. 样品不均匀性：若待测样品的材质不均匀，则会影响测量结果的准确度。

2. 支架的稳定性：样品放置在支架上，若支架不稳定，同样会影响测量结果。

3. 仪器精度：光杠杆法需要用到激光器、振动片等精密仪器，若仪器精度不高，会对测量结果产生一定的误差。

五、实验结论
本次实验通过光杠杆法测量了待测材料的杨氏模量，结果与文献值较为接近，证明了光杠杆法的可靠性。在实验过程中还发现，正确使用和保养仪器，对保证测量结果的准确度也非常重要。本次实验也暴露出样品不均匀性和支架稳定性也会对测量结果产生影响。在今后的实验中，还需要进一步优化实验条件，提高测量的精确度。2023-05-19