用简谐振动的梁弯曲法测杨氏模量的实验装置及方法与流程

技术特征：

1.用简谐振动的梁弯曲法测杨氏模量的实验装置，其特征在于，它包括在基座上设置两个立柱，在两个立柱上端各固定一个钢制刀口，两刀口的刀刃互相平行，一矩形截面金属梁两端自由地跨置在两个立柱上端的刀口上，在矩形截面金属梁上套一个铜框架，铜框架与矩形截面金属梁接触处也是一个刀口，并且铜框架刀口恰好位于两个立柱上端的刀口正中间，在铜框架下端设置力敏传感器，力敏传感器通过连接装置与一活动衔铁相连，活动衔铁通过连接装置与一铁块相连，铁块下方设置电磁铁装置；力敏传感器通过接口与力敏传感器测量控制器相连，力敏传感器用来测量铜框架所受拉力大小，也就是矩形截面金属梁中点处所受拉力大小，并可通过力敏传感器测量显示屏显示出来；电磁铁装置用来通过磁力作用于铁块给矩形截面金属梁施加拉力，然后释放，从而使铜框架、活动衔铁、铁块在矩形截面金属梁作用下做简谐振动，并可通过电磁铁装置工作电流调节旋钮调节拉力大小；

两个规格完全相同的铁芯分别设置在两个夹具上，夹具安装在立柱上，夹具可沿立柱移动以改变位置，两只规格完全相同的电感线圈分别绕在两个铁芯上，两只电感线圈及两只可调电阻共同构成一个差动电桥，由可调交流电压源给电桥提供电源，可调交流电压源输出的正弦信号电压幅度及频率大小可以通过旋钮进行调节，并可在可调交流电压源显示屏上显示出来；电桥的输出端连接运算放大器一，作为一个反向电压放大器，电压放大倍数可以通过改变可调反馈电阻及可调输入电阻的大小进行调节，将电桥的输出电压放大，再经作为输出缓冲器的运算放大器二输出，运算放大器二通过接口与数字示波器相连，数字示波器可以将放大后的电桥输出电压的波形显示出来，进行观察与测量。

2.根据权利要求1所述的用简谐振动的梁弯曲法测杨氏模量的实验装置测金属杨氏模量的实验方法，其特征在于，该方法的具体过程包括以下步骤：

步骤一、通过观察基座水准仪，调整基座上的基座调平螺丝，使矩形截面金属梁水平；

步骤二、沿立柱移动夹具一及夹具二，使活动衔铁位于铁芯一及铁芯二中间，通过可调交流电压源功能切换按键，在可调交流电压源显示屏上分别显示可调交流电压源输出的正弦信号电压幅度及频率大小，通过可调交流电压源电压调节旋钮及可调交流电压源频率调节旋钮进行调节，将可调交流电压源输出的正弦信号电压幅度及频率调节合适；通过改变可调反馈电阻及可调输入电阻的大小将运算放大器一的电压放大倍数调节合适，通过数字示波器将放大后的电桥输出电压的波形显示出来，通过数字示波器显示屏观察放大后的电桥输出电压的波形，进一步沿立柱仔细调整夹具一及夹具二的位置，使电桥输出电压为零，此时活动衔铁位于铁芯一及铁芯二的正中间；

步骤三、通过电磁铁装置开关按键使电磁铁装置工作，通过磁力作用于铁块给矩形截面金属梁施加拉力，并通过力敏传感器测量显示屏观察矩形截面金属梁所受拉力大小，通过调节电磁铁装置工作电流调节旋钮调节电磁铁装置的工作电流，使拉力大小合适，然后通过电磁铁装置开关按键使电磁铁装置停止工作，从而使矩形截面金属梁与铜框架、活动衔铁、铁块构成的金属梁弹簧振子开始做简谐振动，活动衔铁上下移动时气隙被改变，因此电感线圈一及电感线圈二的电感值随之发生周期性的变化，且一增一减，从而使电桥输出电压随之周期性地变化；

步骤四、该周期性变化的电桥输出电压经运算放大器一放大后，再经作为输出缓冲器的运算放大器二输出，波形在数字示波器上显示出来，在数字示波器显示屏上观察放大后的电桥输出电压的波形，测出其周期T，即矩形截面金属梁与铜框架、活动衔铁、铁块构成的金属梁弹簧振子做简谐振动的周期T；

步骤五、待金属梁弹簧振子停止振动，测出铜框架、活动衔铁、铁块的总质量m，即金属梁弹簧振子金属梁中点悬挂物体的质量m；

步骤六、用米尺测出矩形截面金属梁的有效长度，也就是安放此梁的两个立柱上端的两刀口中间的距离l，用游标卡尺测出矩形截面金属梁矩形截面的宽度b和高度d；

步骤七、将矩形截面金属梁的长度l、宽度b、高度d，金属梁中点悬挂物体的质量m，以及金属梁弹簧振子做简谐振动时的周期T代入公式即可求出金属梁材料的杨氏模量Y。