实验35动态悬挂法测定杨氏模量.docx

大学物理实验教案实验名称：动态悬挂法测定杨氏模量1实验目的1）用动态悬挂法测定金属材料的杨氏模量；2）培养学生综合应用物理仪器的能力；3）进一步熟悉示波器的使用2实验仪器YM-2型动态杨氏模量测试台1台、YM-2型信号发生器1台、示波器S16B天平1台、游标尺和螺旋测微计各一只、试样铜棒和不锈钢棒各一根3实验原理3.1实验原理杨氏模量是工业材料的一个重要参数，它标志着材料抵抗弹性形变多的能力本实验将一根截面均匀的试样棒悬挂在两只传感器（一只振荡，一只拾振）下面，在两端自由的条件下，使做自由振动根据棒的振动方程4—2■ySy=o：：X4EJft2求解该方程，对圆棒得.3E=1.6067与f2d4(1)式中1为棒的长度，d为棒的直径，m为棒的质量，f为固有频率用悬挂法测量杨氏模量时，共振频率和固有频率相比只偏低0.005%在本实验中测得的是共振频率，由于两者相差极小，故（1）式中的固有频率f在数值上可以用试样的共振频率代替3.2实验方法由（1）式，样品的尺寸可以用卡尺和千分尺测量，质量的测量可以用天平固有频率f的测量采用动态悬挂法进行由信号发生器输出的正弦波电压，加在传感器（激荡）上，通过传感器（激荡）把电信号转变成为机械振动，再由悬线把机械振动传给试样，使试样受迫做振动，试样另一端的悬线把试样的振动传给传感器（拾荡），这时机械振动又转变成电信号。

该信号经放大器后送到示波器中穎舉计—倍号不生筋显示当信号发生器的频率不等于试样的共振频率时，试样不发生共振，示波器上几乎没有信号或信号波形或波形很小当信号发生器的频率等于试样的共振频率时，试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常温下的共振频率4教学内容（1）实验装置熟悉及安装1 （2）实验数据测量）分别用卡尺、千分尺、天平测定试样（铜棒、不锈钢棒）的长度I、直径d、质量m,其中直径d应在不同位置多次测量取其平均值2 ）检查换能器工作状态接通信号发生器后换能器（激荡）应有轻微鸣声，用手触摸两换能器挂钩应有杂波出现3 ）将试样铜棒（或不锈刚棒）对称悬挂在纱线上4）用专用导线连接各仪器，打开信号发生器和示波器电源开关6）调节信号发生器使输出电压为在共振点附近应配合微调旋钮频率在900-1200之间）5）调节示波器处于可观察状态4V,调节发生器的频率使试样棒共振，调节应缓慢进行铜棒的共振频率在600-800HZ之间，不锈钢棒的共振5实验教学组织及教学要求（1）教学组织1）检查学生的预习实验报告，同时给学生5-10分钟时间熟悉仪器，对本实验有一定的感性认识2）讲解实验要点及注意事项，同时以提问的方式检查学生的预习情况，加深学生对实验原理的理解。

3）随时注意学生的实验操作过程，及时指导解决学生实验中出现的突发情况4）检查每个学生的实验数据，记录实验情况2）教学要求1）用动态悬挂法测定金属材料的杨氏模量2）熟悉示波器的使用6实验教学重点及难点1）重点：用动态悬挂法测定金属材料的杨氏模量2）难点：共振频率的调节7实验中容易出现的问题8实验参考数据（1）数据记录表1样品的参量值试样l(mm)m(g)f(Hz)铜棒154.8436.450789.5不锈钢棒155.3634.5501108.1表2样品的直径测量序号铜棒不锈钢棒15.9305.99625.9316.00435.9305.99845.9315.99455.9346.00165.9335.999（2）数据处理1）铜棒：u=Ubl:』：7012mm0.000078154.84°.005=0.0029g皿二0.00008036.4500.5〔3-0.29Hz-0.00037789.5d:d=5.932mmua=Sa=0.00067mmuB°.004二0.0023mmu=0.0024mm=1.6067_4d=1.6067S10'33"36.45W789.52345.93210*=1.09441011Nm2Ee2222Em4Ed2Ef=.30.007820.000080240.00040220.000372-0.0018二EE巨=1.09440.00181011=0.0021011Nm2综上，铜棒的杨氏模量计算的最终结果为E二E_u巨二1.094_0.0021011Nm2Ee=0.18%2）不锈钢棒:u=ub0.。

2"012mm3u0.012155.36=0.0000770.005“.0029g.30.0029=0.00008434.550=0.5=0.29Hz,30.291108.1=0.00026d=5.999mmuau二0.0027mm二Sd=0.0015mmuB_m二O.O4二0.0023mml3mE=1.6067_4d.33_3才6067x(155.36"°)沃34.550x10_345.999101108.12=1.97421011Nm2Ee二2Em24Ed22Ef20.007820.000080240.00040220.00037=0.0018uEe=1.09440.00181011=0.0021011N.m2综上，不锈钢棒的杨氏模量计算的最终结果为E二E_UE二1.094_0.0021011Nm2Ee=0.18%9实验结果检查方法铜棒和钢棒的杨氏模量大小与给定材料的值大小相符，而且不确定度较小10课堂实验预习检查题目1）材料的杨氏模量体现了材料的什么性质?2)试讨论试样的长度、直径、质量可以采用什么仪器测量？3) 天平使用的主要步骤是什么？11思考题1)试讨论试样的长度、直径、质量、共振频率分别采用什么规格的仪器测量合适？为什么？2)材料的杨氏模量体现了材料的什么性质？。