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任何固體在外力作用下都會(huì)改變固體原來(lái)的形狀大小，這種現(xiàn)象叫做形變。一定限度以內(nèi)的外力撤除之后，物體能*恢復(fù)原狀的形變，叫彈性形變。
    簡(jiǎn)單的形變是線狀或棒狀物體受到長(zhǎng)度方向上的拉力作用，發(fā)生長(zhǎng)度伸長(zhǎng)。設(shè)金屬絲（或桿）的原長(zhǎng)為L，橫截面積為S，在彈性限度內(nèi)的拉力F作用下，伸長(zhǎng)了L。比值F/S為金屬絲單位橫截面積上所受的力，叫做脅強(qiáng)（或應(yīng)力），相對(duì)伸長(zhǎng)量 L/L叫脅變（或應(yīng)變）。據(jù)虎克定律，脅強(qiáng)和脅變成正比，即：
                               （1）
比例系數(shù)：
                               （2）
E叫做物體的彈性模量（或稱楊氏模量）。E的大小與物體的粗細(xì)、長(zhǎng)短等形狀無(wú)關(guān)，只決定于材料的性質(zhì)，它是表示各種固體材料抗拒形變能力的重要物理量，是各種機(jī)械設(shè)計(jì)和工程技術(shù)選擇構(gòu)件用材必須考慮的重要力學(xué)參量。
    楊氏彈性模量的測(cè)量方法有靜態(tài)測(cè)量法、共振法、脈沖傳輸法等，其中以共振法和脈沖法測(cè)量精度較高。楊氏彈性模量的靜態(tài)測(cè)量法就是在物體加載以后，測(cè)出物體的應(yīng)力和應(yīng)變，根據(jù)一定的計(jì)算式得到E值，主要有拉伸法、梁彎曲法等。
用力F作用在一立方形物體的上面，并使其下面固定（如圖一），物體將發(fā)生形變成為斜的平行六面體，這種形變稱為切變，出現(xiàn)切變后，距底面不同距離處的形變不同（AA'>BB'），而相對(duì)形變則相等,即
                                                          （6-3）

（1）先置水準(zhǔn)儀于小平臺(tái)上，檢查、調(diào)節(jié)小平臺(tái)水平（應(yīng)在相互正交的兩個(gè)方向上都達(dá)到水平指示），達(dá)到水平后，取下水準(zhǔn)儀。
    （2）小圓柱下端預(yù)先掛上2kg砝碼，以拉直金屬絲，然后調(diào)小平臺(tái)高低位置，使小平臺(tái)上表面與小圓柱體上端等高，抄記金屬絲的長(zhǎng)度L（固定端至小圓柱體上表面之間的距離）。
    （3）把光杠桿立在小平臺(tái)上（前腳置于小平臺(tái)上的溝槽內(nèi)，后腳立于小圓柱體上），并調(diào)節(jié)光杠桿的小鏡面至鉛直（目估即可）。
    （4）調(diào)節(jié)尺讀望遠(yuǎn)鏡：
把尺讀遠(yuǎn)鏡立在光杠桿小鏡前約1.10～1.30m處，調(diào)節(jié)其高度，使望遠(yuǎn)鏡大致與光杠桿小鏡等高；用尺讀望遠(yuǎn)鏡瞄準(zhǔn)線對(duì)準(zhǔn)小鏡；先用一只眼睛靠近目鏡頭上方直接朝小鏡看去，應(yīng)能見(jiàn)到鏡子里有標(biāo)尺的像；如看不到，可變動(dòng)一下望遠(yuǎn)鏡及標(biāo)尺的相對(duì)位置，或移動(dòng)尺讀望遠(yuǎn)鏡底座，或調(diào)整光杠桿鏡面，直至上述現(xiàn)象出現(xiàn)。
在上述狀態(tài)下調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡，分兩步進(jìn)行：① 先調(diào)望遠(yuǎn)鏡的目鏡，直至看到清晰的十字絲，并轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡目鏡鏡筒，使橫絲水平；② 調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡的調(diào)焦手輪（通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)中部旋鈕）直至看清標(biāo)尺的像，且標(biāo)尺像與十字絲同面，即當(dāng)眼睛略上下移動(dòng)時(shí)，橫絲和標(biāo)尺像無(wú)相對(duì)位移（無(wú)視差）。此后便可以進(jìn)行觀測(cè)，記下橫絲所對(duì)準(zhǔn)的標(biāo)尺讀數(shù)n0。
    （5）依次添加砝碼七次（每次添1kg），并逐次記錄出現(xiàn)于望遠(yuǎn)鏡中的標(biāo)尺刻度n1、n2、…、n7。然后，依次減去砝碼七次（每次1kg），并記錄相應(yīng)的讀數(shù)n7、n6、n5、n4、…、n0，求同一拉力下的平均讀數(shù) 、 、…、 。然后將平均讀數(shù)分成 、 、 、 和 、 、 、 兩組，用逐差法算出每增添4kg砝碼時(shí)的平均讀數(shù)差 。計(jì)算式為：  =[（ - ）+（ - ）+（ - ）+（ - ）]/4
    （6）用尺讀望遠(yuǎn)鏡測(cè)量標(biāo)尺至光杠桿的前腳距離D；尺讀望遠(yuǎn)鏡上下叉絲對(duì)齊標(biāo)尺刻度之差×100倍為D的2倍值。用卡尺測(cè)量光杠桿后腳長(zhǎng)a（方法見(jiàn)光杠桿測(cè)量裝置末段所述）；用螺旋測(cè)微器測(cè)量金屬絲的直徑d（應(yīng)在不同位置量五次，求平均值 ）。
    （7）記錄金屬絲長(zhǎng)度L，四個(gè)砝碼的拉力F，以及D、a。它們的不確定度及L值由實(shí)驗(yàn)室給出。用（6）式算出楊氏模量E，計(jì)算出E的不確定度，寫出E±UE。

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    實(shí)驗(yàn)的詳細(xì)裝置如圖1所示。其中尺讀望遠(yuǎn)鏡由望遠(yuǎn)鏡和標(biāo)尺架組成，望遠(yuǎn)鏡的仰角可由仰角螺釘調(diào)節(jié)，望遠(yuǎn)鏡的目鏡可以調(diào)節(jié)，還配有調(diào)焦手輪。楊氏模量?jī)x是一個(gè)較大的三腳架，裝有兩根平行的立柱，立柱上部橫梁*可以固定金屬絲，立柱下部架有一個(gè)小平臺(tái)，用于架設(shè)光杠桿。小平臺(tái)的位置高低可沿立柱升降、調(diào)節(jié)、固定。三腳架的三個(gè)腳上配有三個(gè)螺絲，用于調(diào)節(jié)小平臺(tái)水平。
    光杠桿如圖2所示，將一個(gè)小反射鏡裝在一個(gè)三腳架上，前兩腳和鏡子同面，后腳（或叫主桿、主腳）垂直鏡架，其長(zhǎng)度a可以調(diào)節(jié)。

實(shí)驗(yàn)原理
    由（1）式可知，只要測(cè)得F、S、L、 L各量，就可以求出物體楊氏模量。其中F可以從添加的砝碼直接寫出；S可用螺旋測(cè)微器（千分尺）量出金屬絲的直徑d算出；L可用米尺量度，唯有 L很微小，用一般工具不能量準(zhǔn)，本實(shí)驗(yàn)用光杠桿對(duì) L進(jìn)行準(zhǔn)確的間接測(cè)量。