《理论力学创新实验》教学大纲

《理论力学创新实验》教学大纲一、课程名称：理论力学创新实验；TheoreticalMechanicsexperiment二、课程编号：三、教学对象：工程力学本科生四、教材或实验指导书名称：《理论力学创新实验》指南讲义五、学时学分0.5；总学时12六、实验的地位、作用和目的：基于力学基础理论，启发创新思维意识，培养科研实践能力,培养学生的创造性思维能力和动手能力。提高创新兴趣、调动创新积极性、激发创造欲望；七、实验的基本内容与基本要求：课程的主要内容有：力学创新教学（包括力学在工程中的应用；灵感与创造实物展览，多媒体理论与工程导航教学等）；静动摩擦系数的量测；物体转动惯量的量测；学生自己创新设计实践。八、设备与器材配置：多媒体导航台；摩擦系数量测装置；转动惯量量测装置。九、考核方式：提交实验报告，及创新设计作品。十、实验项目与内容提要序号实验名称内容提要每组人数实验时数所在实验室备注1力学创新教学理论与工程力学导航；灵感与创造展览30人/每组2理论力学创新实验2摩擦系数量测测定多种材料之间的静动摩擦系数4人/每组3理论力学创新实验3转动惯量量测复摆、三线摆装置量测转动惯量4人/每组3理论力学创新实验4自主创新设计内容自选个人或小组4理论力学创新实验《理论力学创新实验》指南讲义陆晓敏严湘赣陈定圻河海大学土木工程学院力学实验中心二OO三年八月八日目录1、理论力学创新实验室介绍2、静动摩擦因数测定实验指导3、转动惯量量测实验指导4、计频计数计时使用说明静动摩擦因数测定实验指导书一、实验装置简介右图是实验装置的示意图。通过摇把可以调节滑槽的倾角，光电管A的位置可以调节。滑块在滑槽中运动时，计时器可记录下滑块通过两个光电管之间的时间，通过光电管A、B之间的距离及测得的时间，利用动力学方程，可以计算出滑块材料与滑槽底面材料之间的动摩擦因数。二、设计实验过程（步骤）三、推导计算公式四、选择材料、测量动摩擦因数（包括实验组数，每次实验的数据，计算结果，平均值等）五、误差分析、建议六、再测定材料之间的静摩擦因数，并与动摩擦因数比较七、撰写实验报告书（包括实验目的、实验原理、实验步骤、实验结果等）参考资料：计频、计时、计数仪的使用说明。静力学基础动力学基础撑杆滑槽摇把光电管A光电管B计时器实验装置的示意图转动惯量测定实验指导书一、验装置简介右图（1）是三线摆实验装置的示意图，在圆盘上放上物体，通过量测三线摆扭转振动的周期，可以计算出物体的转动惯量。周期可以使用光电管测量。右图（2）是复摆实验装置的示意图，在架子上放上物体，通过量测复摆振动的周期，可以计算出物体的转动惯量。周期可以使用光电管测量。二、设计实验过程（步骤）（根据物体的形状及要量测的要求，选择合适的实验装置，设计如何用光电管来量测周期，实验分那几个步骤等）三、推导计算公式四、选择试件、测量动转动惯量（包括实验组数，每次实验的数据，计算结果，平均值等）五、误差分析、建议六、撰写实验报告书（包括实验目的、实验原理、实验步骤、实验结果等）参考资料：计频、计时、计数仪的使用说明。动力学基础计时器图（1）三线摆示意图图（2）复摆示意图SSM-5C计时-计数-计频仪一、概述本仪器是多种用途的时间计量仪器，具有计时、计数、计频等功能。仪器的输入可为光电转换、红外线转换、电位触发三种形式。测量的结果由五位LED数码显示。本仪器采用CD4000系列的CMOS电路组成，具有使用方便、功耗小、工作稳定、可靠的优点，而且抗冲击、抗震动能力强。能广泛运用于物理力学实验、化学电量分析、生物光照累计等需要进行时间、数量、频率及周期测量的教学演示、科研、生产等场所。1979年本仪器经教育部生产供应管理局鉴定（鉴定证书号[79]教供局字211号）。二、性能（一）时标频率源由4M石英晶体震荡器输出标准方波信号。频率偏差/102006日。（二）量程计时：0.001ms—1000s自动变换计数：1—510—11—510—1计频：）输入V5.3V(KHZ100PP（三）灵敏度：光电转换：（光谱范围5000埃-10000埃）启动：200勒克司停止：1000勒克司（四）电位输入阻抗K15（五）使用条件电源：220VA.C.50HZ功耗:8W连续使用环境温度:—10oC—+35oC三、使用仪器面板布置见仪器。各开关插座的功能和使用分述如下：（见图一、二、三、四）K1：电源开关将有小点的船型开关向上掀下即接通整机电源，此时数码管燃亮。反之，断电，数码管熄灭。K2：：功能选择开关此开关分位三档，分别计时、计数、计频。KB(sn)：输入信息分配开关此开关为一只十位拨盘开关，仅在仪器作“计时”测量功能时使用。当此开关扳于“１”时，仪器记录光敏管被一次遮光的时间。此开关扳于“２”时，则记录第一次遮光和第二次遮光之间的时间。此开关扳于“３”时，则记录第一次遮光和第三次遮光之间的时间。开关分别扳于“４”和“９”时可类推。当此开关扳于“０”时，则记录第一次遮光和第十次遮光之间的时间。注意：在计时、计频功能时，此开关不能在“０”、“１”档测量。K3启动键：按下启动键表示处于启动状态，启动指示灯亮。在计数、计频状态下要先按下启动键才能进行计数、计频。K4停止键：按下停止键表示此时计时或计数或计频停止，此时，停止红灯亮。K5复位键：按下此键。整机复位，显示为全“０”。K6累计／单次键：该键弹出时为累计状态，指示灯亮。该键按下时为单次状态，指示灯灭。K7自动复位键：弹出时无自动复位功能，指示灯不亮。按下时，计时停止后能自动复位，指示灯亮。注意：K6、K7只有“计时”状态下才起作用。K8工作／自检键：弹出时处于工作状态，能进行计时、计数、计频测量。按下时对本机进行自检（由本厂检验人员检查），用户使用本机时，此键要处于工作状态。K9红外——白炽输入选择开关：如果使用红外光电门就把此开关扳在红外位置。如果使用白炽灯光电门就把此开关扳在白炽位置，此开关中间档为空档。此开关在整机的背面（图三、图四）Ａ、Ｂ四芯光电转换输入插座：为两个独立输入通道，在“计时”、“计数”功能时使用。Ｃ两芯外接脉冲输入插座：“计频”请使用此通道。ＭＳ灯亮：表示记录结果整数位时标为毫秒。Ｓ灯亮：表示记录结果整数位时标为秒。ＨＺ灯亮：在“计频”时表示计量单位为赫兹。电压输出、电压调节：本机专为用户另外配有一直流稳压电源，输出电压３—６Ｖ连续可调，额定电流为０.５Ａ。输出、调节都在整机的背面。使用举例（一）测定初速为０的物体自由下落一段距离所需的时间首先组装好QDZJ—２型重力加速测试仪（详见其产品说明书），校准垂直，将准备下落的钢球吸附在电磁定位罩上。使用一个光电转换架，把连接插头插入本仪器输入Ａ，然后将四芯启动插头插入Ｂ，插头的红、黑插头分别插在钢球定位罩的二半体铜极引出线上（即吸上钢球相当于二铜极短接，钢球下落二钢极相当于开路。）按下电源开关Ｋ１,功能选择开关Ｋ２置于“计时”档,把红外—白炽开关置于白炽位，输入信号分配开关KB拨于“１”，然后按下复位键使仪器处于准备工作状态。向上移动光电转换支架，当钢球挡住光束时，仪器计时，钢球不挡光时，仪器停止计时，仔细调整光电转换支架位置，使之正好处于钢球不能挡住光束的临界位置上，读取支架高度尺寸，然后移下光电转换支架至所需高度尺寸的位置上。以上准备工作完毕即可正式测试。将输入信号分配开关KB（sn）再拨至“２”，再手动复位一次。切断重力加速读测试仪电磁铁电源，钢球开始下落瞬间即自动计时，钢球下落至光电转换架遮断光束时停止计时，测量结果即可有数码管读出。（二）测定单摆周期将一光电转换支架置于单摆下方，使摆在光源与光敏管间摆动。安装好四芯连接电缆。功能选择开关K2置于“计时”挡，单次／累计选择开关置于“单次”。输入信号分配开关KB(sn)拨于“３”。然后使单摆开始摆动，使摆动稳定后，按下手动复位键，当摆通过转换支架时，仪器开始计时。摆回程时通过光电支架为第二次遮光，摆第三次时正好完成一个摆动周期，仪器停止时，数码显示为一个周期的时间。（三）测定运动物体通过某位置时的瞬时速度和通过两点间距离的时间。将装置在气垫导轨上的两个光点装换支架与仪器连接。根据需要使用白炽还是红外。使气垫滑块开始作往返直线运动，功能选择开关置于“计时”位置，按下单次键。ＫＢ（sn）拨向“１”，仪器将记录气垫滑块挡光片通过其输入开关对应的光电转换支架的时间，将挡光片的宽度除以所记录的时间即可近似得出滑块通过光敏管受光狭缝时期的瞬时速度。再将输入信号分配开关拨到“２”，其余如上所述。当滑块向两光电转换支架运动时手动复位，则仪器可记录到滑块通过两光电转换支架间距离的时间。（四）计数可分为光电转换和脉冲信号两种计数方式，前者可作光栅干涉条纹计数用，后者可用来记录脉冲个数。（五）测定音频频率和转速为保证低频的测量，电位输入时仪器为直接耦合，使用电位输入插入插座进行计数和计频测量时，对具有直流份量的交流信号测量应注意隔去直流电压成份。如果对脉冲进行计数或计频，应注意极性。即正极性脉冲时将两芯输入电缆黑鳄鱼夹接地，红鳄鱼夹接输出端。如测负脉冲则红鳄鱼夹接地，黑鳄鱼夹接输出端。测量时，先按下启动键。如果需要用本仪器测量转速时，可将功能选择开关Ｋ２置“计频”，取一光电转换支架连接光电输入插座Ｃ上，输入选择开关置于“光电”，然后使与被测物体同旋转的挡光片通过光电转换支架（小心碰撞）。按下启动键。此时仪器将显示每秒内通过光电装换支架的挡光片次数，将此数除以每旋转一周的挡光次数后再乘以６０，即得出每分钟转数。四、电路本仪器整机电路分为四个单元（一）输入单元（二）计数及译码显示单元（三）时标信号及控制单元（四）电源单元SSM-5C计时-计数-计频仪mssHz计时计数计频K22snKBABC电源开关单次自清自检启动停止复位K3K4K5K6K7K8K1图一前面板电压调节电压输出释放红外白炽武汉大学科教仪器厂K9图二后面板1234图三白炽灯光源接线法3DV332.2V100mV12343DV33HG412图四红外二极管光源接线法