大学物理实验(北京联合大学十三五规划教材)

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第三章综合性实验 综合性实验是指在同一个实验中涉及力学、热学、电 磁学、光学或近代物理等多个知识领域，综合应用多种方 法和技术的实验。为了巩固学生在基础性实验阶段的学习 成果，开设综合性实验，有利于开阔学生的眼界和思路， 提高学生对实验方法和实验技术的综合运用能力。 实验十五弯曲法测定杨氏模量及霍耳位置传感器的应 用 【实验目的】 1． 学习用弯曲法测量杨氏模量。 2． 学习霍耳位置传感器原理以及传感器定标的方法 。 3． 用定标后的霍耳位置传感器测量杨氏模量。 4． 用逐差法和线性回归法处理数据。 【实验仪器】 杨氏模量测量仪（含读数测量显微镜、带刀口的可调 支座、带刀口的金属框、砝码、水平仪、待测金属等）， 霍耳位置传感器（霍耳位置传感器、磁铁），数字直流电 压表。 【实验原理】 固体材料在外力作用下会发生弹性形变，材料抗形变 的能力是用杨氏模量来表征的，用公式表示为 FS=YΔLL（151） 其中，比例系数Y为杨氏模量，F为施加的外力，S为材 料的横截面，L为材料的长度，ΔL为形变量。 测量微小形变有多种方法，在本实验中综合使用了两 种实验手段。 1． 用弯曲法测量杨氏模量 设梁是一根长为L，厚度为h，宽度为a的矩形梁，两端 自由地放在一对平行的刀口上，在梁的中央（两刀刃的中 点处）挂上质量为m的砝码。在梁的弹性限度内，如不计梁 本身的重量，设梁上挂码处下降了Δz（称为弛重量），在 ΔzL时，如图151所示，该梁的杨氏模量Y为 Y=L3mg4h3aΔz(152) 用测微目镜及目镜中的标尺直接读出弯曲位移量Δz， 即可测出杨氏模量。 图151弯曲示意图 2． 用霍耳位置传感器测量杨氏模量 用霍耳位置传感器测量杨氏模量的实验装置如图152 所示。 图152用霍耳位置传感器测量杨氏模量测量仪 1—金属框上的基线； 2—读数显微镜； 3—刀口； 4—横梁； 5—铜杠杆（**装有95A型集成霍耳传感器） ； 6—磁铁盒； 7—磁铁(N极相对放置）； 8—三维调节 架； 9—砝码 根据霍耳效应的基本公式 UH=KIB(153) 霍耳电压UH与磁感应强度B成正比、与霍耳电流I成正 比。 在本实验中是由两个同极（N）相对的磁铁形成的磁场