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1、清华大学实验报告系别：航天航空学院班号：航04班姓名：张大曦（同组姓名：）作实验日期：2011年9月28日教师评定：实验2.1拉伸法测弹性模量一、 实验目的（1）学习用拉伸法测量弹性模量的方法；（2）掌握螺旋测微计和读数显微镜的使用；（3）学习用逐差法处理数据。二、实验原理1.弹性模量及其测量方法弹性形变范围内，正应力与线应变成正比，即式中的比例系数称作材料的弹性模量利用本实验中直接测量的数据，可将上式进一步写为测量钢丝的弹性模量的方法是将钢丝悬挂于支架上，上端固定，下端加砝码对钢丝施加力F，测出钢丝相应的伸长量，即可求出E。2.逐差法处理数据为了充分利用实验中获得的数据，利用下式计算，该方法
2、称为逐差法，可以减小测量的随机误差和测量仪器带来的误差。三、实验仪器包括支架、读数显微镜、底座、钢尺和螺旋测微计（分别用来测量钢丝长度和直径）。四、实验步骤与注意事项（1）调整钢丝竖直。（2）调节读数显微镜。先粗调再细调。（3）测量。测量钢丝长度L及其伸长量。再用螺旋测微计在钢丝的不同地方测量其直径D，测6次，并在测量前后记录螺旋测微计的零点d各3次。五、 数据表格及数据处理1. 测量钢丝长度L及其伸长量仪器编号；钢丝长度L=mm。序号增砝码时减砝码时增时减时123456 mm78910利用测量值与平均值及标准偏差公式得到：= mm的仪器误差：的不确定度：= mm，进一步求出及其不确定度：2.
3、 测定钢丝直径D测定螺旋测微计的零点d测量前_,_,_测量后_,_,_平均值 mm序号123456钢丝的平均直径 mm利用测量值与平均值及标准偏差公式得到：3. 总不确定度计算由计算公式推导出E的相对不确定度的公式实验室给出，其余的、项按上述数据处理过程所得值代入，计算出结论：拉伸法可以测量钢丝的弹性模量，由于实验仪器的精密程度有限，所得的弹性模量的不确定度较大。六、 思考题解答与分析1. 在本实验中读数显微镜测量时那些情况下会产生空程误差？应如何消除它？在测量中，转动手轮至标记点的过程中反转手轮会产生空程误差，在从增砝码变到减砝码手轮反转时会产生空程误差。在测量中，应通过使手轮只向一个方向转
4、动来消除空程误差，若是在调节某次标记线位置时，叉丝转过了标记线，则舍去这次的位移值，继续测量下一个位移值。在增减砝码手轮反转过程中，因尽量使手轮多转几圈，消除空程误差后，再进行下面的测量。2. 从E的不确定度计算式分析哪个量的测量对E的结果的准确度影响最大？测量中应注意哪些问题？由公式可知，测量值对实验不确定度的影响最大。因此在实验过程中，要特别注意测量值的准确性。在测量钢丝直径时，应尽可能使各测量点分散，并通过多次测量取平均值来减小误差。另外，在测量前后要记录螺旋测微计的零点各3次，来减小系统误差对测量值的影响。八、实验感受与收获这是我的第一次实验，心情激动但也害怕结果会误差很大。事实证明顾
5、虑其实是多余的，认真踏实的做实验就会有收获。通过本次试验，我锻炼了动手和观察能力，也深刻地体会到实验工作的辛苦，长时间使用读数显微计会使眼睛非常疲劳。实验2.2动力学法测弹性模量一、 实验目的（1）学习一种更实用、更准确的测量弹性模量的方法；（2）学习用实验方法研究与修正系统误差。二、实验原理本实验的计算公式：实际测量时，由于不能满足，此时上式应乘上一修正系数，即三、实验装置（1）信号发生器。本实验用的是函数信号发生器，能输出正弦波、方波、三角波、脉冲波等各种信号。（2）激振器。激振器为电磁式。包括永久磁铁、杯形铁芯、线圈、膜片和悬线等。加永久磁铁的目的是为了使振动频率与线圈中电信号频率一致，
6、否则将出现倍频现象。（3）拾振器。采用弯曲振动的压电换能器。（4）示波器。本实验用双踪示波器。能同时观测两个波形的大小和频率，还能在示波器屏幕上以数字形式显示被测信号频率大小，并可达到0.01Hz的分辨率。（5）游标卡尺和螺旋测微计。四、实验任务（1）连接线路，学习调节和使用方法。（2）测量被测样品的长度、直径及质量。（3）测样品的弯曲振动基频频率。实验上采用下述方法测量棒的弯曲振动基频频率：在基频节点处正负30mm范围内同时改变两悬线位置，每隔5mm10mm测一次共振频率。画出共振频率与悬线位置关系曲线。五、数据处理与作图1. 测量铜棒长度和质量；2. 测定钢丝直径测定螺旋测微计的零点（单位
7、为mm）。测量前 0 , -0.005 , -0.006 测量后 0 , -0.005 , -0.007 平均值序号1234565.9675.9705.9705.9685.9685.969钢丝的平均直径利用测量值与平均值及标准偏差公式得到：3. 绘制曲线（为黄铜棒的基频共振频率，为悬线位置与棒端点的距离）4. 计算E利用E的计算公式：得到：5. 总不确定度计算实验室给出，项按上述数据处理过程所得值代入，计算出结论：动力学法可以测量黄铜棒的弹性模量，由于实验中利用作图方法确定基频振动频率，又利用实验方法修正系统误差，因此实验的不确定度比拉伸法要小很多，在准确度上有了很大的提高。六、误差分析1.
8、测钢丝直径的误差分析在测量黄铜棒直径时，由于黄铜棒直径不是完全均匀的，如果多次测量的距离太小，会增大测量误差。为减小这部分误差，应尽可能使各测量点分散，并通过多次测量取平均值来减小误差。另外，由于螺旋测微计不对零，会引入系统误差，为减小这部分误差，应该在测量前后记录螺旋测微计的零点位置，并取平均值。在计算黄铜棒直径时要在测量值中减去这个平均值。2. 测量共振频率的误差分析在寻找共振点时，如果调节信号发生器频率过快，会产生较大的偶然误差。为减小这部分误差，应该尽可能缓慢的调节信号发生器的频率，并在共振频率附近时用频率微调旋钮进行调节。如果在共振相位未稳定时进行读数，会引入一部分偶然误差。因此在测
9、量时，一定要在相位稳定后再读数。另外，外界的信号干扰也同样会时共振相位发生改变，引入偶然误差，采取接地措施，会减少外界信号的干扰，但若是想得到更准确的测量值，应该在由信号屏蔽处理的环境下进行实验。还有，由于示波器的信号频率显示不能足够准确，会引入系统误差，利用测量精度更高的示波器会减小这部分系统误差。3. 讨论分析、不准确对实验结果的影响：由计算公式可知，当测量值偏大时，计算得到的值将偏小，同理当测量值偏小时，计算得到的值将偏大。当测量值偏大时，计算得到的值将偏小，同理当测量值偏小时，计算得到的值将偏大。而由公式可知，测量值对实验不确定度的影响比测量值大很多，因此在实验过程中，要特别注意测量值的准确性。七、实验感受与收获通过这次实验，我学习了一种更实用、更准确的测量弹性模量的方法。通过与拉伸法测弹性模量的比较，我深刻的体验到了利用作图的方法和实验修正系统误差的方法，会极大地减小测量误差，使测量结果更准确。这次实验，我收益良多。8 / 8文档可自由编辑打印