[发明专利]采用简谐振动的梁弯曲法测杨氏模量的实验装置及方法

摘要

采用简谐振动的梁弯曲法测杨氏模量的实验装置及方法，涉及一种杨氏模量测量装置及方法，本发明为解决目前大学物理实验中梁弯曲法测杨氏模量的实验原理单一抽象，望远镜调节难度大的问题。本发明装置包括在基座上设置两个立柱，一矩形截面金属梁两端自由地跨置在立柱上端的刀口上，金属梁上套一个铜框架，下端设置力敏传感器及内部固定铁块的金属框架，下方设置电磁铁装置，测量装置由四只磁敏电阻构成的差动电桥、可调交流电压源、电压放大装置及数字示波器等构成；本发明方法通过数字示波器测周期性变化的电桥输出电压波形的周期，得到金属梁弹簧振子做简谐振动的周期，代入公式计算出金属材料杨氏模量。本发明适用于杨氏模量的测量。

主权项

采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金属框架相连，金属框架内部固定一铁块，金属框架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、铁块、金属框架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；两块规格完全相同的磁铁分别设置在金属框架两侧面，可随金属框架上下移动，四只规格完全相同的磁敏电阻分别设置在四个夹具上，夹具安装在立柱上，夹具可沿立柱移动以改变位置，由四只磁敏电阻分别作为电桥的四个桥臂，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。