大学物理实验教案

实验项目 霍尔位置传感器法测杨氏弹性模量 1、弯曲法测杨氏模量的原理； 2、掌握用读数显微镜测量微小位移的方法，测定杨氏模量； 3、了解用霍耳位移传感器测杨氏模量的方法； 4、学习用逐差法处理数据。 1. 弯曲法测杨氏弹性模量 如图5-1所示，将一截面为矩形的金属长条薄板架在两个位于同一水平面的平行刀口上，则称该金属薄板构成一根“梁”，当梁的中央悬一质量为m的砝码时，金属长条薄板受力向下弯曲。设挂砝码处下降的驰垂度为Z，这时板材的杨氏模量E为 教学目的 mgL3E?3 （1） 4abZ式中L为二刀口之间的距离， a、b分别为金属薄板的厚度和宽度。 根据(1)式，测出等号右边各量，就可以求得杨氏模图1 量E。式中a、b、L、m这四个量用一般方法容易测得。Z是一个微小变化量，本实验用读数显微镜和霍尔位置传感器来测量。 2. 霍尔位置传感器测微小位移原理 本实验使用的95A型霍尔集成传感器，其输出信号电压V为 V?KBI 式中K为该传感器灵敏度，B为磁感应强度，I为通过传感器的电流强度。如图2所示，该实验磁场由两块磁铁构成，磁场中B近似与位移Y成线性关系。 即 B?CY C为比例系数。 因而V=KBI=KCYI 在电流不变情况下， 实验原理 V=K2Y (2) 式中K2?KCL 图2 即传感器输出信号电压只与Y方向位移有关。 当铜刀口下面挂上砝码m时，横梁中心下降了Z，使得铜杠杆顶端霍尔传感器上升一距离Y1，根据杠杆原理Z与Y1关系为 Z?C1Y1 式中C1为杠杆两臂长度之比。

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在微小位移Z情况下，可认为霍尔传感器输出信号电压(2)式仍然成立。 V?K2Y?K2Z?K0Z (3) C1式中K0?K2 C1(3)式表明，霍尔传感器输出信号电压与横梁中点下降距离Z成正比。只要对传感器进行定标，定出比例系数K0，就可以利用该传感器测量微小位移Z了。 教学重点与难点 1、使用千分尺、游标卡尺测长时的注意事项； 2、掌握读数显微镜的调试和测量方法并能正确读数； 3、学习用逐差法处理实验数据； 1、正确安装实验装置； 2、调试好读数显微镜； 3、记录在不同负载下铜尺的下垂量； 4、测量铜尺厚度和宽度； 5、计算杨氏模量和百分偏差。 1、正确测量并记录铜尺厚度和宽度； 2、下垂量各组数据的均匀度； 3、杨氏模量计算结果的有效数字和数量级、单位； 4、正确表示测量结果的百分偏差。 1、 为什么要用逐差法处理数据？有何优点？ 2、 从杨氏模量的公式分析，对测量结果影响最大的因素是……？ 《大学物理实验》—— 马靖 张丽华 黄建敏主编 《大学物理实验指导》—— 丁道滢 陈之前编 《物理实验教程》——丁慎训 张连芳主编 《大学物理实验》—— 霍剑青 吴泳华等主编 一、预习与操作评分标准（满分100） 预习：(40分) 实验目的：5分；实验仪器：5分； 实验原理：20分。其中：文字叙述 12分；主要公式 3分；原理图 5分 填空：共10分 实验操作部分（60分）： 游标尺操作及测量数据：10分；千分尺操作及测量数据：10分； 杨氏模量仪调节、读数显微镜调焦、零点标定、初始读数：20分； 加砝码、操作读数显微镜读数及数据分布：20分。 二、报告的评分标准（满分100） 铜尺厚度a，宽度b的测量数据：各10分；共20分。 表格数据（有效数字、分布）25分； Z和V的平均值、比例系数各10分，其中：有效数字、单位各5分；共302

实验内容 提要 测量与数据处理要求 思考题 参考资料 评分标准

分。 杨氏模量15分，其中：有效数字、单位、数量级各5分。 百分偏差10分 3