共振法测定杨氏模量及其与温度的关系实验
共振法测定杨氏模量及其与温度的关系实验
【教学目的】
1. 学习用弯曲共振法测定材料的杨氏模量；
2. 学习用内插法测量、处理实验数据；
3. 了解压电换能器的功能，熟悉信号源、示波器和温控器的使用；
4. 培养综合运用知识和实验仪器的能力。
【教学内容】
1. 测量样品的质量、长度和直径；
2. 用支撑式测定支架测试样的弯曲振动频率，并求出试样的杨氏模量；
3. 用悬挂式支架测不锈钢棒在不同温度T下的弯曲振动频率f，并求出相应的杨氏模量E。做出f-T曲线和E-T曲线。
【教学要求】
1. 认真阅读实验课本和有关资料(信号发生器、示波器、温控器等)并仔细观察实验装置。重点阅读课本中“注意事项”一节；
2. 样品质量和长度各测量一次，直径测量3-6次，求平均值；
3. 对支撑式测试架要求做铜和不锈钢两种样品:
(1)采用两种方法：极值法(正弦波振幅)和相位法(李萨如图形)测量共振基频；
(2)支撑点(悬挂点)置于节点的正负30mm范围内，对各不同位置x测量共振频率f，做f-x/L曲线(L为棒长)，通过内插确定支撑点在节点位置的共振频率；
(3)用课本34.7式求杨氏模量E，并进一步求ΔE；
(4)观察和测定试样的一次谐波共振频率。
4. 对悬挂式装置，要求做不锈钢样品。用高温悬丝挂好样品，然后重复要求3中(1)-(4)项内容；
5. 将悬挂的不锈钢样品移至加热炉内：
(1)测量不同温度(室温、100℃、150℃、200℃、250℃、300℃、350℃、400℃、450℃、500℃)下的共振频率f，并求出相应的杨氏模量E；
(2)做f-T曲线和E-T曲线。
6. 实验完毕，所有用品复原，断电，关炉，防火。
【教学难点】
1． 正确判断真假共振信号。
2． 实验过程中保护压电换能器。
3． 采用悬挂法时，悬丝必须捆紧，并使试样处于正确位置。
4． 试样进入加热炉中时，它和悬丝不能接触任何物体。
5． 加热炉升温，采用阶梯升温方式。
6． 升温时应注意防烫，在关断加热炉之后，由于炉温下降较慢，注意防火。
【问题讨论】
1．你在实验中是否发现假共振峰，是何原因？如何判断？如何消除？
2．悬挂时捆绑的松紧，悬丝的长短、粗细、材质、刚性都对实验结果有影响，是何原因？可否消除？