【教學(xué)目的】
1．理解動(dòng)態(tài)法測(cè)量楊氏模量的基本原理。
2．掌握動(dòng)態(tài)法測(cè)量楊氏模量的基本方法，學(xué)會(huì)用動(dòng)態(tài)法測(cè)量楊氏模量。
3．了解壓電陶瓷換能器的功能，熟悉信號(hào)源和示波器的使用。
4．培養(yǎng)綜合運(yùn)用知識(shí)和使用常用實(shí)驗(yàn)儀器的能力。
【教學(xué)要求】
1．了解測(cè)量楊氏模量的主要方法，理解動(dòng)態(tài)法測(cè)量楊氏模量的基本原理。
2．掌握動(dòng)態(tài)法測(cè)量楊氏模量的基本方法，學(xué)會(huì)用動(dòng)態(tài)法測(cè)量楊氏模量。
3．了解壓電換能器的功能，學(xué)習(xí)信號(hào)源和數(shù)字存儲(chǔ)示波器的使用。
4．理解共振頻率的基本概念，掌握利用示波器觀測(cè)共振頻率的基本方法。
5．了解基頻共振的基本概念，學(xué)會(huì)判斷基頻共振的基本方法。
6．理解外延法測(cè)量物理量的基本思想，掌握外延法測(cè)量基頻共振頻率的基本原理和實(shí)現(xiàn)方法。
7．學(xué)會(huì)直接測(cè)量量和間接測(cè)量量不確定度的估算，完整表示實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
【實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思想與實(shí)現(xiàn)方法】
1．楊氏模量
楊氏模量的定義與物理意義，測(cè)量楊氏模量的理論研究和工程應(yīng)用意義，測(cè)量楊氏模量的基本方法――靜態(tài)法和動(dòng)態(tài)法。
靜態(tài)法的基本原理，拉伸法測(cè)量鋼材的楊氏模量，壓縮法測(cè)量金屬材料的楊氏模量。靜態(tài)法的優(yōu)缺點(diǎn)，為什么要用動(dòng)態(tài)法？
2．動(dòng)態(tài)法的基本思想
動(dòng)態(tài)法――動(dòng)――振動(dòng)，振動(dòng)規(guī)律，數(shù)學(xué)語言描述，四階偏微分方程，求解出楊氏模量與樣品參數(shù)和振動(dòng)頻率的關(guān)系，對(duì)圓棒試樣，直徑與長(zhǎng)度滿足d<直徑d、長(zhǎng)度L、質(zhì)量m的測(cè)量，分別提供了直尺、游標(biāo)卡尺、千分尺和電子天平。實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵是測(cè)量振動(dòng)頻率。即如何使樣品振動(dòng)，怎樣檢測(cè)振動(dòng)狀態(tài)是基頻振動(dòng)，測(cè)出基頻共振頻率。
3．動(dòng)態(tài)法的實(shí)現(xiàn)
功率函數(shù)信號(hào)發(fā)生器作為激勵(lì)振動(dòng)的電源，采用壓電換能器實(shí)現(xiàn)試樣的振動(dòng)和振動(dòng)狀態(tài)的接收，通過數(shù)字存儲(chǔ)示波器觀測(cè)共振狀態(tài)，鑒定基頻共振，測(cè)量共振頻率。
4．實(shí)驗(yàn)裝置與使用
【課堂討論問題】
1．掌握楊氏模量的基本概念，了解測(cè)量楊氏模量的主要方法。
2．掌握固有頻率和共振頻率的概念，了解用示波器觀察共振現(xiàn)象的基本方法。
3．了解外延測(cè)量法及其適用條件。
4．了解動(dòng)態(tài)法測(cè)量楊氏模量的基本原理。
5．了解動(dòng)態(tài)法測(cè)量楊氏模量的基本過程及其注意事項(xiàng)。
【注意事項(xiàng)】
1．千萬不能用力拉懸絲，否則會(huì)損壞膜片或換能器。懸掛試樣或移動(dòng)懸絲位置時(shí)，應(yīng)輕放輕動(dòng)，不能給予懸絲沖擊力。
2．換能器由厚度約為0.1～0.3mm的壓電晶體用膠粘接在0.1mm左右的黃銅片上構(gòu)成，故極其脆弱。測(cè)定時(shí)一定要輕拿輕放，不能用力，也不能敲打。
3．試樣棒不能隨處亂放，要保持清潔；拿放時(shí)應(yīng)特別小心，避免弄斷懸絲摔壞試樣棒。
4．安裝試樣棒時(shí)，應(yīng)先移動(dòng)支架到既定位置后再懸掛試樣棒。
5．實(shí)驗(yàn)時(shí)，懸絲必須捆緊，不能松動(dòng)，且在通過試樣軸線的同一截面上，一定要等試樣穩(wěn)定之后才可正式測(cè)量。
6．盡可能采用較小的信號(hào)激發(fā)，激振器所加正弦信號(hào)的峰－峰值幅度限制在6V內(nèi)，這時(shí)發(fā)生虛假信號(hào)的可能性較小。
7．信號(hào)源、換能器、放大器、示波器等測(cè)試儀器均應(yīng)共“地”。
8．懸掛點(diǎn)或支撐點(diǎn)如在節(jié)點(diǎn)時(shí)極難進(jìn)行測(cè)量；全放在端點(diǎn)，測(cè)量雖很方便但易引入系統(tǒng)誤差。
9．如試樣材質(zhì)不均勻或呈橢圓形，就會(huì)有多個(gè)共振頻率出現(xiàn)，這時(shí)只能通過更換合格試樣來解決。