大学物理实验4.ppt

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1、实验四动态悬挂法测定工程材料的杨氏模量杨氏模量是工程材料的一个重要物理参数。它标志着材料抵抗弹性变形的能力按国标的测量方法是“动态悬挂法”。其基本方法是将一根截面均匀的试样悬挂在两只传感器下面，再来能割断自由的条件下，使左自由振动。实验时监测出试样振动时的固有基频，并根据试样的几何尺寸，密度等参数，测得材料的杨氏模量。〈一〉实验目的〈二〉实验仪器〈三〉实验原理〈四〉操作步骤〈五〉讨论问题〈六〉设计性扩展实验〈一〉实验目的1.用动态悬挂法测定金属材料的杨氏模量。2.培养学生的综合应用物理仪器的能力。

2、3.设计性扩展实验，培养学生研究探索的科学精神〈二〉实验仪器本实验的基本原理是试样在不同温度时的共振频率。为了测出该频率，实验时采用如图所示装置由信号发生器输出的等幅正弦波信号，加在传感器Ⅰ上：通过传感器Ⅰ把电信号转变成机械振动，再由悬线把机械振动传给式样，使试样受迫作横振动。试样的另一端的悬线把试样的机械振动传给传感器Ⅱ，这是机械振动又转变成电信号。该信号经放大后送到示波器中显示。当信号发生器的频率不等于试样的共振频率时，式样发生共振。这时示波器上的波形突然增大，读出的频率就是试样在该温度下的共

3、振频率。根据（1）式，即可以计算出该温度下的杨氏模量。不断改变加热炉的温度，可以测出在不同温度时的杨氏模量。〈三〉实验原理根据棒的横振动方程求解该方程，对园棒得（1）式中l为棒长，d为棒的直径，m为棒的质量。如果在实验中测定了试样在不同温度时的固有频率f，即可以计算出试样在不同温度时的杨氏模量E在国际单位制中杨氏模量的单位为牛顿·米-2〈四〉操作步骤1.测定试样的长度l，直径d，和质量m。2.在室温下铜和不锈钢的杨式模量分别约为1.2×1011牛顿·米-2和2×1011牛顿·米-2。先估算出共振频

4、率f，以便寻找共振点。因试样共振状态的建立需要有一个过程，且共振峰十分尖锐，因此在共振点附近调节信号频率找寻共振峰时，必须十分缓慢地进行。3.作变温测量时，不断加热试样，测出不同温度下的共振频率，求出不同温度下材料的杨氏模量E（最高温度测到约为600℃）。4.作出杨氏模量E和温度t的关系图线。5.作常温测量时，可将热源（如电烙铁）靠近很明显地演示杨氏模量值与温度有关。〈五〉讨论问题1.试从分析误差，计论试样的长度l、直径d、质量m、共振频率f分别应该采用什么规格的仪器测量？为什么？2.估算本实验的

5、测量误差。可从以下几个方面考虑：①仪器误差限。②悬挂点偏离节点引起的误差。③炉温分布不均匀和温度测量不准确引起的误差。④因操作者技术不熟练引起的误差。〈六〉设计性扩展实验1.试用李萨如较长形法判别试样的共振频率。2.根据实验原理，要使试样自由振动就应把悬线吊扎在试样的节点上（见附录一），但这样做就不能激发和拾取试样的振动。因此实际的吊扎位置都要偏离节点。请你用“内插法”准确测定悬线吊扎在试样节点上时的共振频率，并修正你的实验结果。特别提示1.先将约1KHz、1V的音频信号分别直接输入激振传感器和拾

6、振传感器。在安静的环境中，应能听到轻微的声音。如没有，可打开传感器的盖子，调整振动膜片的位置，使发声。如果仍不发声，可盖好传感器的盖子，用钳子夹住挂钩，向外拽（不会拽坏），使振动膜片略为变形，不被磁极吸住。2.在传感器调整好的情况下，实验时输入激振传感器的信号仅需约为0.2-0.4V。注意不能大。3.在共振峰附近，调节“频率微调”必须十分缓慢，否则0.1Hz的共振峰分辨率就显现不出来了。