《理論力學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)》教學(xué)大綱

1、理論力學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱一、 課程名稱：理論力學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)；Theoretical Mechanics experiment二、 課程編號(hào)：三、 教學(xué)對(duì)象：工程力學(xué)本科生四、 教材或?qū)嶒?yàn)指導(dǎo)書(shū)名稱：理論力學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)指南講義五、 學(xué)時(shí)學(xué)分0.5；總學(xué)時(shí)12六、 實(shí)驗(yàn)的地位、作用和目的：基于力學(xué)基礎(chǔ)理論，啟發(fā)創(chuàng)新思維意識(shí)，培養(yǎng)科研實(shí)踐能力, 培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維能力和動(dòng)手能力。提高創(chuàng)新興趣、調(diào)動(dòng)創(chuàng)新積極性、激發(fā)創(chuàng)造欲望；七、 實(shí)驗(yàn)的基本內(nèi)容與基本要求：課程的主要內(nèi)容有：力學(xué)創(chuàng)新教學(xué)（包括力學(xué)在工程中的應(yīng)用；靈感與創(chuàng)造實(shí)物展覽，多媒體理論與工程導(dǎo)航教學(xué)等）；靜動(dòng)摩擦系數(shù)的量測(cè)；物體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的量測(cè)；學(xué)生

2、自己創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)踐。八、 設(shè)備與器材配置：多媒體導(dǎo)航臺(tái)；摩擦系數(shù)量測(cè)裝置；轉(zhuǎn)動(dòng)慣量量測(cè)裝置。九、 考核方式：提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告，及創(chuàng)新設(shè)計(jì)作品。十、 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目與內(nèi)容提要序號(hào)實(shí)驗(yàn)名稱內(nèi)容提要每組人數(shù)實(shí)驗(yàn)時(shí)數(shù)所在實(shí)驗(yàn)室備注1力學(xué)創(chuàng)新教學(xué)理論與工程力學(xué)導(dǎo)航；靈感與創(chuàng)造展覽30人/每組2理論力學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)2摩擦系數(shù)量測(cè)測(cè)定多種材料之間的靜動(dòng)摩擦系數(shù)4人/每組3理論力學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)3轉(zhuǎn)動(dòng)慣量量測(cè)復(fù)擺、三線擺裝置量測(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量4人/每組3理論力學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)4自主創(chuàng)新設(shè)計(jì)內(nèi)容自選個(gè)人或小組4理論力學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)理論力學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)指南講義陸曉敏 嚴(yán)湘贛 陳定圻河海大學(xué)土木工程學(xué)院力學(xué)實(shí)驗(yàn)中心二OO三年八月八日目 錄1、 理論力學(xué)創(chuàng)新

3、實(shí)驗(yàn)室介紹2、 靜動(dòng)摩擦因數(shù)測(cè)定實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)3、 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量量測(cè)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)4、 計(jì)頻計(jì)數(shù)計(jì)時(shí)使用說(shuō)明靜動(dòng)摩擦因數(shù)測(cè)定實(shí) 驗(yàn) 指 導(dǎo) 書(shū)一、 實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)介撐桿滑槽搖把光電管A光電管B計(jì)時(shí)器實(shí)驗(yàn)裝置的示意圖右圖是實(shí)驗(yàn)裝置的示意圖。通過(guò)搖把可以調(diào)節(jié)滑槽的傾角，光電管A的位置可以調(diào)節(jié)?；瑝K在滑槽中運(yùn)動(dòng)時(shí)，計(jì)時(shí)器可記錄下滑塊通過(guò)兩個(gè)光電管之間的時(shí)間，通過(guò)光電管A、B之間的距離及測(cè)得的時(shí)間，利用動(dòng)力學(xué)方程，可以計(jì)算出滑塊材料與滑槽底面材料之間的動(dòng)摩擦因數(shù)。二、 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程（步驟）三、 推導(dǎo)計(jì)算公式四、 選擇材料、測(cè)量動(dòng)摩擦因數(shù) （包括實(shí)驗(yàn)組數(shù)，每次實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)，計(jì)算結(jié)果，平均值等）五、 誤差分析、建議六、 再測(cè)定

4、材料之間的靜摩擦因數(shù)，并與動(dòng)摩擦因數(shù)比較七、 撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告書(shū)（包括實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)結(jié)果等） 參考資料：計(jì)頻、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)儀的使用說(shuō)明。 靜力學(xué)基礎(chǔ) 動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ) 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)定實(shí) 驗(yàn) 指 導(dǎo) 書(shū)計(jì)時(shí)器圖（1） 三線擺示意圖一、 驗(yàn)裝置簡(jiǎn)介右圖（1）是三線擺實(shí)驗(yàn)裝置的示意圖，在圓盤(pán)上放上物體，通過(guò)量測(cè)三線擺扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的周期，可以計(jì)算出物體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。周期可以使用光電管測(cè)量。右圖（2）是復(fù)擺實(shí)驗(yàn)裝置的示意圖，在架子上放上物體，通過(guò)量測(cè)復(fù)擺振動(dòng)的周期，可以計(jì)算出物體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。周期可以使用光電管測(cè)量。圖（2） 復(fù)擺示意圖二、 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程（步驟）（根據(jù)物體的形狀及要量測(cè)的要求，選擇合適的實(shí)

5、驗(yàn)裝置，設(shè)計(jì)如何用光電管來(lái)量測(cè)周期，實(shí)驗(yàn)分那幾個(gè)步驟等）三、 推導(dǎo)計(jì)算公式四、 選擇試件、測(cè)量動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 （包括實(shí)驗(yàn)組數(shù)，每次實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)，計(jì)算結(jié)果，平均值等）五、 誤差分析、建議六、 撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告書(shū)（包括實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)結(jié)果等）參考資料：計(jì)頻、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)儀的使用說(shuō)明。 動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ) SSM-5C計(jì)時(shí)-計(jì)數(shù)-計(jì)頻儀一、 概述本儀器是多種用途的時(shí)間計(jì)量?jī)x器，具有計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、計(jì)頻等功能。儀器的輸入可為光電轉(zhuǎn)換、紅外線轉(zhuǎn)換、電位觸發(fā)三種形式。測(cè)量的結(jié)果由五位LED數(shù)碼顯示。本儀器采用CD4000系列的CMOS電路組成，具有使用方便、功耗小、工作穩(wěn)定、可靠的優(yōu)點(diǎn)，而且抗沖擊、抗震動(dòng)能力強(qiáng)

6、。能廣泛運(yùn)用于物理力學(xué)實(shí)驗(yàn)、化學(xué)電量分析、生物光照累計(jì)等需要進(jìn)行時(shí)間、數(shù)量、頻率及周期測(cè)量的教學(xué)演示、科研、生產(chǎn)等場(chǎng)所。1979年本儀器經(jīng)教育部生產(chǎn)供應(yīng)管理局鑒定（鑒定證書(shū)號(hào)79教供局字211號(hào)）。二、性能（一） 時(shí)標(biāo)頻率源由4M石英晶體震蕩器輸出標(biāo)準(zhǔn)方波信號(hào)。頻率偏差日。（二） 量程 計(jì)時(shí)：0.001ms1000s自動(dòng)變換計(jì)數(shù)：11 11計(jì)頻：（三） 靈敏度：光電轉(zhuǎn)換：（光譜范圍5000埃-10000埃）啟動(dòng)：200勒克司停止：1000勒克司（四） 電位輸入阻抗（五） 使用條件電源：220V A.C.50HZ功耗:8W 連續(xù)使用環(huán)境溫度:10oC+35 oC三、使用儀器面板布置見(jiàn)儀器。各開(kāi)關(guān)

7、插座的功能和使用分述如下：（見(jiàn)圖一、二、三、四）K1：電源開(kāi)關(guān)將有小點(diǎn)的船型開(kāi)關(guān)向上掀下即接通整機(jī)電源，此時(shí)數(shù)碼管燃亮。反之，斷電，數(shù)碼管熄滅。K2：功能選擇開(kāi)關(guān)此開(kāi)關(guān)分位三檔，分別計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、計(jì)頻。KB(sn)：輸入信息分配開(kāi)關(guān)此開(kāi)關(guān)為一只十位撥盤(pán)開(kāi)關(guān)，僅在儀器作“計(jì)時(shí)”測(cè)量功能時(shí)使用。當(dāng)此開(kāi)關(guān)扳于“”時(shí)，儀器記錄光敏管被一次遮光的時(shí)間。此開(kāi)關(guān)扳于“”時(shí)，則記錄第一次遮光和第二次遮光之間的時(shí)間。此開(kāi)關(guān)扳于“”時(shí)，則記錄第一次遮光和第三次遮光之間的時(shí)間。開(kāi)關(guān)分別扳于“”和“”時(shí)可類推。當(dāng)此開(kāi)關(guān)扳于“”時(shí)，則記錄第一次遮光和第十次遮光之間的時(shí)間。注意：在計(jì)時(shí)、計(jì)頻功能時(shí)，此開(kāi)關(guān)不能在“”、“”檔

8、測(cè)量。K3 啟動(dòng)鍵：按下啟動(dòng)鍵表示處于啟動(dòng)狀態(tài)，啟動(dòng)指示燈亮。在計(jì)數(shù)、計(jì)頻狀態(tài)下要先按下啟動(dòng)鍵才能進(jìn)行計(jì)數(shù)、計(jì)頻。K4 停止鍵：按下停止鍵表示此時(shí)計(jì)時(shí)或計(jì)數(shù)或計(jì)頻停止，此時(shí)，停止紅燈亮。K5 復(fù)位鍵：按下此鍵。整機(jī)復(fù)位，顯示為全“”。K6 累計(jì)單次鍵：該鍵彈出時(shí)為累計(jì)狀態(tài)，指示燈亮。該鍵按下時(shí)為單次狀態(tài)，指示燈滅。K7 自動(dòng)復(fù)位鍵：彈出時(shí)無(wú)自動(dòng)復(fù)位功能，指示燈不亮。按下時(shí)，計(jì)時(shí)停止后能自動(dòng)復(fù)位，指示燈亮。注意：K6 、 K7只有“計(jì)時(shí)”狀態(tài)下才起作用。K8工作自檢鍵：彈出時(shí)處于工作狀態(tài)，能進(jìn)行計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、計(jì)頻測(cè)量。按下時(shí)對(duì)本機(jī)進(jìn)行自檢（由本廠檢驗(yàn)人員檢查），用戶使用本機(jī)時(shí)，此鍵要處于工作狀態(tài)。

9、K9紅外白熾輸入選擇開(kāi)關(guān)：如果使用紅外光電門就把此開(kāi)關(guān)扳在紅外位置。如果使用白熾燈光電門就把此開(kāi)關(guān)扳在白熾位置，此開(kāi)關(guān)中間檔為空檔。此開(kāi)關(guān)在整機(jī)的背面（圖三、圖四）、四芯光電轉(zhuǎn)換輸入插座：為兩個(gè)獨(dú)立輸入通道，在“計(jì)時(shí)”、“計(jì)數(shù)”功能時(shí)使用。兩芯外接脈沖輸入插座：“計(jì)頻”請(qǐng)使用此通道。燈亮：表示記錄結(jié)果整數(shù)位時(shí)標(biāo)為毫秒。燈亮：表示記錄結(jié)果整數(shù)位時(shí)標(biāo)為秒。燈亮：在“計(jì)頻”時(shí)表示計(jì)量單位為赫茲。電壓輸出、電壓調(diào)節(jié)：本機(jī)專為用戶另外配有一直流穩(wěn)壓電源，輸出電壓連續(xù)可調(diào)，額定電流為.。輸出、調(diào)節(jié)都在整機(jī)的背面。使用舉例（一）測(cè)定初速為的物體自由下落一段距離所需的時(shí)間首先組裝好QDZJ型重力加速測(cè)試儀（詳

10、見(jiàn)其產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)），校準(zhǔn)垂直，將準(zhǔn)備下落的鋼球吸附在電磁定位罩上。使用一個(gè)光電轉(zhuǎn)換架，把連接插頭插入本儀器輸入，然后將四芯啟動(dòng)插頭插入，插頭的紅、黑插頭分別插在鋼球定位罩的二半體銅極引出線上（即吸上鋼球相當(dāng)于二銅極短接，鋼球下落二鋼極相當(dāng)于開(kāi)路。）按下電源開(kāi)關(guān),功能選擇開(kāi)關(guān)置于“計(jì)時(shí)”檔,把紅外白熾開(kāi)關(guān)置于白熾位，輸入信號(hào)分配開(kāi)關(guān)KB撥于“”，然后按下復(fù)位鍵使儀器處于準(zhǔn)備工作狀態(tài)。向上移動(dòng)光電轉(zhuǎn)換支架，當(dāng)鋼球擋住光束時(shí)，儀器計(jì)時(shí)，鋼球不擋光時(shí)，儀器停止計(jì)時(shí)，仔細(xì)調(diào)整光電轉(zhuǎn)換支架位置，使之正好處于鋼球不能擋住光束的臨界位置上，讀取支架高度尺寸，然后移下光電轉(zhuǎn)換支架至所需高度尺寸的位置上。以上準(zhǔn)備工

11、作完畢即可正式測(cè)試。將輸入信號(hào)分配開(kāi)關(guān)KB（sn）再撥至“”，再手動(dòng)復(fù)位一次。切斷重力加速讀測(cè)試儀電磁鐵電源，鋼球開(kāi)始下落瞬間即自動(dòng)計(jì)時(shí)，鋼球下落至光電轉(zhuǎn)換架遮斷光束時(shí)停止計(jì)時(shí)，測(cè)量結(jié)果即可有數(shù)碼管讀出。（二）測(cè)定單擺周期將一光電轉(zhuǎn)換支架置于單擺下方，使擺在光源與光敏管間擺動(dòng)。安裝好四芯連接電纜。功能選擇開(kāi)關(guān)K2置于“計(jì)時(shí)”擋，單次累計(jì)選擇開(kāi)關(guān)置于“單次”。輸入信號(hào)分配開(kāi)關(guān)KB(sn)撥于“”。然后使單擺開(kāi)始擺動(dòng)，使擺動(dòng)穩(wěn)定后，按下手動(dòng)復(fù)位鍵，當(dāng)擺通過(guò)轉(zhuǎn)換支架時(shí)，儀器開(kāi)始計(jì)時(shí)。擺回程時(shí)通過(guò)光電支架為第二次遮光，擺第三次時(shí)正好完成一個(gè)擺動(dòng)周期，儀器停止時(shí)，數(shù)碼顯示為一個(gè)周期的時(shí)間。（三）測(cè)定運(yùn)動(dòng)

12、物體通過(guò)某位置時(shí)的瞬時(shí)速度和通過(guò)兩點(diǎn)間距離的時(shí)間。將裝置在氣墊導(dǎo)軌上的兩個(gè)光點(diǎn)裝換支架與儀器連接。根據(jù)需要使用白熾還是紅外。使氣墊滑塊開(kāi)始作往返直線運(yùn)動(dòng)，功能選擇開(kāi)關(guān)置于“計(jì)時(shí)”位置，按下單次鍵。（sn）撥向“”，儀器將記錄氣墊滑塊擋光片通過(guò)其輸入開(kāi)關(guān)對(duì)應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換支架的時(shí)間，將擋光片的寬度除以所記錄的時(shí)間即可近似得出滑塊通過(guò)光敏管受光狹縫時(shí)期的瞬時(shí)速度。再將輸入信號(hào)分配開(kāi)關(guān)撥到“”，其余如上所述。當(dāng)滑塊向兩光電轉(zhuǎn)換支架運(yùn)動(dòng)時(shí)手動(dòng)復(fù)位，則儀器可記錄到滑塊通過(guò)兩光電轉(zhuǎn)換支架間距離的時(shí)間。（四）計(jì)數(shù)可分為光電轉(zhuǎn)換和脈沖信號(hào)兩種計(jì)數(shù)方式，前者可作光柵干涉條紋計(jì)數(shù)用，后者可用來(lái)記錄脈沖個(gè)數(shù)。（五）測(cè)定

13、音頻頻率和轉(zhuǎn)速為保證低頻的測(cè)量，電位輸入時(shí)儀器為直接耦合，使用電位輸入插入插座進(jìn)行計(jì)數(shù)和計(jì)頻測(cè)量時(shí)，對(duì)具有直流份量的交流信號(hào)測(cè)量應(yīng)注意隔去直流電壓成份。如果對(duì)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)或計(jì)頻，應(yīng)注意極性。即正極性脈沖時(shí)將兩芯輸入電纜黑鱷魚(yú)夾接地，紅鱷魚(yú)夾接輸出端。如測(cè)負(fù)脈沖則紅鱷魚(yú)夾接地，黑鱷魚(yú)夾接輸出端。測(cè)量時(shí)，先按下啟動(dòng)鍵。如果需要用本儀器測(cè)量轉(zhuǎn)速時(shí)，可將功能選擇開(kāi)關(guān)置“計(jì)頻”，取一光電轉(zhuǎn)換支架連接光電輸入插座上，輸入選擇開(kāi)關(guān)置于“光電”，然后使與被測(cè)物體同旋轉(zhuǎn)的擋光片通過(guò)光電轉(zhuǎn)換支架（小心碰撞）。按下啟動(dòng)鍵。此時(shí)儀器將顯示每秒內(nèi)通過(guò)光電裝換支架的擋光片次數(shù)，將此數(shù)除以每旋轉(zhuǎn)一周的擋光次數(shù)后再乘以，即得出每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)。四、電路本儀器整機(jī)電路分為四個(gè)單元（一） 輸入