实验四 动态悬挂法测定工程材料的杨氏模量.ppt

,单击以编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,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。,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,上：通过传感器,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,，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,1.210,11,牛顿,米,-2,和,210,11,牛顿,米,-2,。先估算出共振频率,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.,估算本实验的测量误差。可从以下几个方面考虑：仪器误差限。悬挂点偏离节点引起的误差。炉温分布不均匀和温度测量不准确引起的误差。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,1 KHz,、,1V,的音频信号分别直接输入激振传感器和拾振传感器。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。,