弦音实验实验报告

1 / 26 弦音实验实验报告 实验五 弦音实验 ZC A 型吉他型弦音实验仪是弦振动、声学实验教学仪器。通过调节面板上频率调节旋钮，移动支撑弦线劈尖的位置，观察到驻波的形成、听到与频率相对应的声音。 1. 工作条件 1-1. 电源电压及频率： 220V?10%， 50Hz?5%。 1-2. 功率 ?30VA。 1-3. 工作温度范围 0 40。 2. 技术指标 2-1. 正弦波输出频率： 50-900Hz。 弦线长度，并可适当移动磁钢的位置， 使弦振动调整到最佳状态。 根据实验要求：挂有砝码的弦线可用来间接测定弦线线密度或横波在弦线上的传播速度；利用安装在张力调节旋钮上的弦线，可间接测定弦线的张力。 三、实 验 原 理 如图 1所示，实验时 ,将弦线 3 绕过弦线导轮 5 与砝码盘 10连接，并通过接线柱 4接通正弦信号源。在磁场中，通有电流的金属弦线会受到磁场力的作用，若弦线上接通正弦交变电流时，则它在磁场中所受的与磁场方向和电流方向均为垂直的安培力，也随之发生正弦变化，移动劈尖改 变弦长，当弦长是半波长的整倍数时 ，弦线上便会形2 / 26 成驻波。移动磁钢的位置，将弦线振动调整到最佳状态，使弦线形成明显的驻波。此时我们认为磁钢所在处对应的弦为振源，振动向两边传播，在劈尖与吉它骑码两处反射后又沿各自相反的方向传播，最终形成稳定的驻波。 考察与张力调节旋钮相连时的弦线 3 时，可调节张力调节旋钮改变张力，使驻波的长度产生变化。 为了研究问题的方便，当弦线上最终形成稳定的驻波时，我们可以认为波动是从骑码端发出的，沿弦线朝劈尖端方向传播，称为入射波，再由劈尖端反射沿弦线朝骑码端传播，称为反射波。入射波与反射波在同一条弦线上沿相反 方向传播时将相互干涉，移动劈尖到适合位置弦线上就会形成驻波。这时，弦线上的波被分成几段形成波节和波腹。如图 2所示。 设图中的两列波是沿 X轴相向方向传播的振幅相等、频率相同、振动方向一致的简谐波。向右传播的用细实线表示，向左传播的用细虚线表示，当传至弦线上相应点时，位相差为恒定时，它们就合成驻波用粗实线表示。由图 2可见，两个波腹或波节间的距离都是等于半个波长，这可从波动方程推导出来。 下面用简谐波表达式对驻波进行定量描述。设沿 X轴正方向传播的波为入射波，沿 X 轴负方向传播的波为反射波， 取它们振动相位始终相同的点作坐标原点 “ O”，且在 X 0 处，振动质点向上达最大位移时开始计时，则它们的波3 / 26 动方程分别为： Y1 Acos2?， Y2 Acos2? 式中 A 为简谐波的振幅， f 为频率， ?为波长， X 为弦线上质点的坐标位置。两波叠加后的合成波为驻波，其方程为： Y1 Y2 2Acos2?cos2?ft 由此可见，入射波与反射波合成后，弦上各点都在以同一频率作简谐振动，它们的振幅为 2Acos2? |，只与质点的位置 X有关，与时间无关。 由于波节处振幅为零，即 cos2? | 0， 2?x / ? ? / 2 ， 可得波节的位置为： X ? /4 而相邻两波节之间的距离为： XK 1 XK 2 1 ?/4 ? / 2 又因为波腹处的质点振幅为最大，即 cos2? | =1， 2?X / ? K? 根据波速、上面频率及波长的普遍关系式 V f?，将式代入可得： V 2Lf/n 再由式可得 =T 即： T= 2 2 ，由式可知，当给定 T、 L，频率 f 只有满足该式关系 才能在弦线上形成驻波。 当金属弦线在周期性的安培力激励下发生共振干涉形成驻波时，通过骑码的振动激励共鸣箱的薄板振动，薄板4 / 26 的振动引起吉他音箱的声振动，经过释音孔释放，我们能听到相应频率的声音，当用间歇脉冲激励时尤为明显。 常见的音阶由 7 个基本的音组成，用唱名表示即：do， re， mi， fa， so， la， si，用 7 个音以及比它振动的强弱体现为声音的大小，不同物体的振动体现为声音音色的不同，而振动的频 1 们高一个或几个八度的音、 低一个或几个八度的音构成各种组合就成为“曲调”。 率 f 则体现声音的高低。 f = 的音在音乐里用字母 c表示。其相应的音阶表示为： c， d， e， f， g， a， b，在将 c音唱成“ do”时定为 c调。人声及器乐中最富有表现力的频率范围约为 60Hz1000Hz。 c调中 7 个基本音的频率，以“ do”音的频率 f = 为基准，其它各音的频率为其倍数，其倍数值如下表所示： 四、实 验 内 容 : 1 频率 f 一定，测量两种弦线的线密度和弦线上横波传播速度 测弦线 a的线密度：波形选择开 关 7选择连续波位置，将信号发生器输出插孔 1与弦线 a接通。选取频率 f = 240Hz，张力 T由挂在弦线一端的砝码及砝码钩产生，以 100g砝码为起点逐渐增加至 180g 为止。在各张力的作用下调节5 / 26 弦长 L，使弦线上出现 n=2， n=3个稳定且明显的驻波段。记录相应的 f、 n、 L 的值，由公式 ?T?2Lf?计算弦线的线密度。 2 弦线上横波传播速度 V=2Lf/n，作 T-V 拟合直线，由直线的斜率亦可求得弦线的线密度。 测弦线 b的线密度：将信号发生器输出插孔 1与弦线 b接通，选取频率 f=200Hz。方法同 a。 2 张力一定 ,测量弦线的线密度和弦线上横波传播速度 V 在张力 T一定的条件下，改变频率 f分别为 200Hz、220 Hz、 240Hz、 260 Hz、 280 Hz，移动劈尖，调节弦长 L，仍使弦线上出现 n=2， n=3 个稳定且明显的驻波段。记录相应的 f、 n、 L 的值，由公式可间接测量出弦线上横波的传播速度 V。 3测量弦线张力 T 选择与张力调节旋钮 4相连的弦线 a或者 b，与信号发生器输出插孔 1 连接，调节频率 f=200Hz左右，适当调节张力调节旋钮，同时移动劈尖改变弦长 L， 使弦线上出现明显驻波。记录相应的 f、 n、 L的值，可间接测量出这时弦线的张力： 4聆听音阶高低 在频率较低情况下形成驻波时，波形选择开关 7 由连续调节至断续位置，聆听其音；然后在频率较高情况下形成驻波时，波形选择开关 7由连续调节至断续位置，聆听其6 / 26 音阶。 五、数据记录及处理： 2 2 T?2Lfn?。 2 砝码钩的质量 m = kg 重力加速度 g = m/s 1 频率 f 一定，测弦线的线密度和弦线上横波传播速度 V 弦线 a 线密度的测定： 2 2 *作 TV拟合直线，由直线的斜率 ?T 求弦线的线密度。 2 2 弦线 b 线密度的测定： f=200Hz，数据记录表格同a。 2 张力 T 一定，测量弦线的线密度和弦线上横波传播速度 V 3测量弦线张力 T 1、 在线柱 4与弦线连接时、应避免与相邻弦线短路。 2、 改变挂在弦线一端的砝码后，要使砝码稳定后再7 / 26 测量。 3、 磁钢不能处于波节下位置。要等波稳定后，再记录 数据。 七、 思 考 题 1 拉紧度是否与共振频率有关？是否与共振波的波形有关？ 2 改变弦的线密度与共振频率是否有关？ 实验名称：弦上驻波实验 目的要求 观察在两端被固定的弦线上形成的驻波现象。了解弦线达到共振和形成稳定驻波的条件。 测定弦线上横波的传播速度。 用实验的方法确定弦线作受迫振动时的共振频率与驻波波长，张力和弦线线密度之间的关系。 对中的实验结果用对数坐标纸作图，用最小二乘法作线性拟合和处理数 据，并给出结论。 仪器用具 弦音计装置一套。 实验原理： 1. 横波的波速 横波沿弦线传播时，在维持弦线张力不变的情况下，横波的传播速度 v 与张力 FT 及弦线的 线密度 l 之间的关系为： FT 8 / 26 v= l 2. 两端固定弦线上形成的驻波 考虑两列振幅，频率相同，有固定相位差，传播方向相反的间谐波 u1=Acos 和 u2=Acos。 其中 k 为波数，为 u1与 u2之间 的相位差叠加，其合成 运动为： 由上可知，时间和空间部分是分离的，某个 x点振幅不随时间改变： 振幅最大的点称为波腹，振幅为零的点，为波节，上述运动状态为驻波。 驻波中振动的相位取决于 cos 因子的正负，它每经过波节变号一次。所以，相邻波长之间各点具有相同的相位，波节两侧的振动相位相反，即相差相位。对两端固定的弦，任何时刻都有： 由上式知， = ，意味着入射波 u1 和反射波 u2在固定端的相位差为，即有半波损。确定后，则有 kL = n或 =2n驻波的频率为： L 式中 f1为基频， fn为 n次谐波。 3. 共振条件：对于两端固定的弦线上的每一列波在到达弦的另一端时都被反射，通常多列反射波不总 是同相位，并且叠加后幅度小。然而在某些确定的振动频率下时，9 / 26 所有的反射波具有相同 的相位时，就会产生很大的振幅，这些频率称 为共振频率。通常波长满足下列条件： 实验装置 1. 实验装置的主体 弦音计装置由 jitaxian，固定吉他弦的支架和基座，琴码，砝码支架，驱动线圈和探测线圈以及砝码组成。 2. 信号发生器： 低功率信号发生器，型号 DF1027B，输出信号的频率从 10Hz到 1mHz。 3. 数字示波器 : 型号为 SS7802A，双通道显示。 实验内容 1. 认识实验仪器，了解各部分功能，并进行实验前的调节。 2. 用三通接头将驱动线圈分别与信号发生器和示波器的一个通道连接，将探 测线圈连 接到示波器的另一通道。 测量弦的长度和质量，求得线密度。 选择 T=3mg， L=，算得不同 n 值时的频率 f 理，然后 实验测得相应的 f 测，并求出相应的波速，和理论值比较。 10 / 26 选择不同的 L 值，算出不同 L 值时的频率 f 然后实验测得相应的 f 测。 理， 数据与表格： 弦线的密度 d0= d= L= M= = 10-3Kg/m f-n关系 T=3Mg L= ve=/s f-T 关系 n=1 L= f-L关系 n=1 T=3Mg 实验二 pp/pe 双螺杆挤出实验目的 1. 理解双螺杆挤出机的基本工作原理，学习挤出机的操作方法。 11 / 26 2. 了解聚烯烃挤出的基本程序和参数设置原理。实验原理 在塑料制品的生产过程中，自聚合反应至成行加工前，一般都要经过一个配料混炼环节， 以达到改善其使用性能或降低成本等目的。传统方法是用开炼机和密炼机，但是效率低下， 不能满足生产提高的需要，随后便产生了单螺杆挤出机，继而发展了双螺杆挤出机。 双螺杆 挤出机具有塑化能力强，挤出效率高，耗能低，混炼效果好，自清洁能力等吸引了塑料行业 的注意并取得了迅速发展。另外挤出机也是塑料生产应用最广泛的机器，使用不同的机头可 以挤出不同的产品，如型材、片材、管材和挤出吹膜等。因而挤出机在塑料加工行业有其它 机器无法替代的重要性。 本实验使用双螺杆挤出机挤出物料切粒，是生产色母料的工艺过程，如果在侧喂料口或 者将物料与颜料在捏合机中混合加料，挤出的产品则为色母料，另外如果换为其它机头即可 用于生产各种相应产品。 同向旋转双螺杆挤出机组的结构与其它挤出设备一样，包括传动部分、挤压部分、加热 12 / 26 冷却系统、电气与控制系统及机架等。由于双螺杆挤出机物料输送原理和单螺杆挤出机不同， 通常还有定量加料装置。鉴于同向双螺杆挤出机在塑料的填充、增强和共混改性方面的应用， 为适应所加物料的特点及操作的需要，通常在料筒上都设有排气口及一个以上的侧加料口， 同时把螺杆上承担输送、塑化、混合和混炼功能的螺纹制成可根据需要任意组合的块状元件， 像糖葫芦一样套装在芯轴上，称为积木组合式螺杆，其整机也称为同向旋转积木组合式双螺 杆挤出机。 挤出机的结构包括以下几个部分： 传动部分 传动部分就是带动螺杆转动的部分，它通常由电动机、减速箱和轴承等组成，在挤出过 程中，要求螺杆在一定的转速范围内运转，转速稳定，不随螺秆负荷的变化而变化，以保证 制品的质量均匀一致。为此。传动部分一般采用交流整流电动机、直流电动机等装置。 加料部分 加料部分一般由传动部分、料 斗、料筒、螺杆等组成。料斗底部有截断装置，以便调整 13 / 26 和切断料流，电机的转速由专门的仪表来控制，可通过控制电机的转速来实现定量供料。 机筒 由于塑料在机筒内经受高温高压，因此机筒的功用为一承压加热室，机筒外部附有加热 设备和温度自控装置及冷却系统。 螺杆 螺杆是挤出机的核心部件，通过螺杆的转动产生对塑料的挤压作用，塑料在机筒内能产 生移动、增压和从摩擦中取得部分热量、塑料在移动中得到混合和塑化，粘流态的塑料熔体 在 被压实而流经模口时，取得所需的形状而定型。 机头和模口 通常机头和模口是一整体设备，机头的作用是将处于旋转运动的塑料熔体变为向模口方 向的平行直线运动，并将熔体均匀平稳地导向模口。模口为具有 定截面形状的通道，塑料 熔体在模口中流动时取得所需形状并被模口外的定型装置和冷却系统冷却固化而成型。 排气装置及其机理 排气部分由排料口和抽真空系统组成。原料及主要设备 14 / 26 低密度聚乙烯颗粒料 聚丙烯粒料 南京杰恩特双 螺杆挤出机实验步骤 实验前准备工作 依照相关资料了解所使用材料的熔点和流动特性设定挤出温度。 检查料斗确认无异物。检查冷凝水连接是否正常。检查润滑油是否足量。 开机 1.开电源，设定各区温度，开外接水管阀门； 2.温度达到设定值后，开水泵，并恒温 30 min，开水槽冷却水； 3.启动油泵，检查系统有无漏油； 4.启动主机电源、喂料电源、强制喂料电源； 5.调节主机调速旋钮，再调喂料速度旋钮至 1-2hz；协同调至所有参数， 保持主机转速大于等于喂料转速及侧喂料转速之和的 2 倍；在低速启动主机喂料电机过程中 开始加料； 6、启动鼓风机、切粒机，物料挤出后经过冷却水槽和鼓风机，调切粒机转速进行切粒。 关机 1.停止喂料机，多路进料时同时停止辅助喂料机； 2.关闭真空管路阀门，打开真空室上盖； 15 / 26 3.逐渐降低螺杆转速，尽量排净筒体残存物料； 4.依次停止主电机冷却风机、油泵、真空泵、水泵； 5.停切粒机等辅助设备； 6.关闭外接水管阀门； 7.关电源总阀 注意事项： 开启主电机前要保证 润滑电机启动。 停机时要将主电机和喂料电机调速环降低到零位。 如有异常可紧急停机，然后查明故障原因。 实验分析及讨论 1 简述螺杆的具体结构参数，及其对生产率的影响？表征螺杆结构特征的最基本的参数如下：直径、长径比、压缩比、螺距、螺槽深度、螺 旋角、螺杆和料筒的间隙等。最常见的螺杆外径 d为 45 150毫米。螺杆直径增大、加工能力提高，挤出机的生产率 与螺杆直 径 d 的平方成正比。长径比 长径比通常为 18 25。 l d 大，能改善物料温度分布，有利于塑料的混合和塑化，并能减少漏流和逆流。提高 挤出机的生产能力， l d 大的螺杆适应性较强，能用于多种塑料的挤出。但 l d过大时， 会使塑科受热时间增长而降解，同时因螺杆自重增16 / 26 加，自由端挠曲下垂，容易引起料简与螺 杆间擦伤，并使制造加工困难；增大了挤出机的功率消耗。过短的螺杆，容易引起混炼的塑 化不良。 压缩比 压缩比是螺杆加料段最初一个螺槽 容积与均化段最后一个螺槽容积之比，表示塑料通过 螺杆全长范围时被压缩的倍数。压缩比愈大塑料受到的挤压作用愈大。螺槽深度 螺槽浅时，能对塑料产生较高的剪切速率，有利于料筒壁和物料间的传热，物料混合和 俗话的效率提高，但生产率则降低；反之，螺槽深时，则情况刚好相反。 螺旋角 螺旋角是螺纹与螺杆横断面的夹角，随螺旋角增大，挤出机的生产能力提高，但对塑料 产生的剪切作用和挤压力减小，通常螺旋角介于10 30 间隙 料筒内径与螺杆直径差 的一半称间隙，它能影响挤出机的生产能力，随的增大，生 产率降低。 小，物料受到的剪切作用较大，有利于塑化。但过小，强烈的剪切作用容易引起物料出现热机械降解，同时易使螺杆被抱住或与料筒壁摩擦，而且， 17 / 26 太小时，物 料的漏琉和逆流几乎没有，在一定程度上影响熔体的混合。 2 转速对挤出产品性能的影响？转速大有利于物料的混合，但转速不宜过大，因为转速过大时，对塑料产生的剪切作用 和挤压力较大，容易导致物料在螺杆中大量降解。本实验使用纯料聚丙烯和低密度聚乙烯， 而纯料流动性非常好，因此转速不用太大也能达到物料充分混合的目的。 4 不同区段料筒温度应该如何控制？为什么机头的温度要稍低于料筒的温度？ 聚丙烯是结晶高聚物，熔点在 170左右，但因熔化潜热大，故熔融温度比熔点高，大 致在 200一 210。生产聚丙烯管材必须注意使挤出机温度达到足够高，而且控制挤出机温 度在一个较窄的范围内，才能保证均匀挤出。此外加料段温度不宜过高，否则物料熔融包住 螺杆，出现滑杆现象。 机头的温度要稍低于料筒的温度，其目的有两个。第一，机头 温度低有利于定型，可提 高生产效率；第二，可节约能源，减少浪费。 5 简述挤出机机头对挤出过程的影响？机头对物料流动的阻力与口模和机头的截面尺寸和长度有关，因而也影响挤出量。18 / 26 物料 流动时受到的阻力，大体上与口模的截面积或长度成反比。口模截面尺寸愈大或口模平直部 分愈短的机头阻力愈小，这时机头内压力的微小波动都会引起挤出量很大的变化，并影响产 品的质量。 6 螺杆式挤出机有几种？分别讨论？与其他螺杆式挤出机相比，同向双螺杆挤出机有什 么优 缺点？ 双螺杆挤出机主要有两种：一种为同向双螺杆挤出机，另一种为双向双螺杆挤出机。此 外还有三螺杆挤出机等。 与单螺杆挤出机相比，双螺杆挤出机的混合能力较强，但剪切力较大，容易导致稳定性 较差的物料发生降解。而双向双螺杆挤出机的剪切力更强，只使用与稳定性高的物料混合与 挤出。 7 牵引过程中应注意哪些问题？适当的牵引，保证一定的取向，同时消除部分离模膨胀效应。牵引速度直接影响生产的 产量，同时影响管材壁厚，牵引速度不稳定会使 产品尺寸出现忽大忽小的现象。牵引速度应 19 / 26 与产品的挤出速度密切配合。牵引速度愈慢，尺寸愈大，牵引速度愈快，尺寸愈小还会使 产品纵向收缩率增加，内应力增大，从而影响管材尺寸合格率及使用效果。 8 为什么挤出机挤出物料时，物料刚从模口被挤出时，为无色透明的，而经过冷却水冷 却后变为白色不透明的产品？物料刚从挤出机被挤出时，仍处于熔融状态，物料处于无定形状态，因此呈无色透明状。 当物料经冷却水冷却后，发生结晶，又由于冷却速度慢而导致晶粒较大，光线无法透过产品， 因而产品失去透明性。 9 为什么要在 pp 中加 pe？ pp 是一种强度高但韧性差的材料，用它制成的产品存在脆性大的缺点，为了 改善这一缺点，而在其中加入了少量的 pe以提高产品韧性。但 pe不宜多加，否 则将导致产品强度下降。篇二：实验报告 高分子材料实验技术实验报告实验地点：国家复合改性聚合物材料工程 技术研究中心 学 院： 材料与冶金学院 专 业： 材料学 年 级： 学 号： 学生姓名： 袁霞 指导教师： 何敏 成 绩： 2016年 9 月 14日 目 录 一、实验教学目的与基本要 20 / 26 求 . 错误！ 未定义书签。 实验培训目 的 . . 错误！未定义书签。 实验培训意 义 . . 错误！未定义书签。 二、实验培训时间安排及单位简 介 . . 4 时间安 排 . 21 / 26 . 4 培训基本要 求 . . 7 培训单位简 介 . . 8 三、实验培训内 容