實驗用ccd測量楊氏彈性模量
材料受外力作用時必然發生形變，其內部脅強（單位面積上受力大小）和脅變（即相對形變）的比值稱為彈性模量，這是衡量材料受力後形變大小的引數之一，是設計各種工程結構時選用材料的主要依據之一。
本實驗測量康銅及鋼絲的縱向彈性模量（也稱楊氏模量）。實驗中涉及較多長度量的測量，應根據不同測量物件，選擇不同的測量儀器。如讀數顯微鏡配以ccd成像系統測量鋼絲微小的伸長量。
本實驗採用逐差法處理資料
二、實驗原理
設一根鋼絲的截面積為a，原長為l，沿其長度方向加一拉力f後，鋼絲的伸長量為△l。根據胡克定律，材料在彈性限度內脅強與脅變成正比：
1) 式中的比例係數e稱為該材料的楊氏模量。鋼絲的截面積為,d為鋼絲的直徑。
因此2)
式中是乙個很小的長度變化，可用讀數顯微鏡配ccd（charge couple device）成象系統直接測量，把原來從顯微鏡中看到的圖象通過ccd呈現監視器的螢幕上，便於觀測。ccd是電荷耦合器件的簡稱，是目前較實用的一種圖象感測器，它有一維和二維的兩種。一維用於位移、尺寸的檢測，二維用於平面圖形、文字的傳遞。
現在的二維的ccd器件已作為固態攝象器應用於可視**和無線電傳真領域，在生產過程監視器和檢測上的應用也日漸廣泛。
本實驗採用二維ccd器件作為固態攝像機，它將光學圖象轉變為**電訊號，由**電纜接到監視器，在電視螢幕上顯示出來，對伸長量進行直接測量。
三、實驗儀器及裝置
用伸長法測楊氏模量裝置如圖1所示，包聒以下幾部分：
1、 金屬絲支架
s為金屬絲支架，高約1.32m，可置於實驗桌上，支架頂端設有金屬絲懸掛裝置，金屬絲長度可調，約95cm，金屬絲下端連線一小圓柱，圓柱中部方形窗中有細橫線供讀數用，小圓柱下端附有砝碼託。支架下方還有一鉗形平台，設有限制小圓柱轉動的裝置（未畫出），支架底腳螺絲可調。
2、 讀數顯微鏡
讀數顯微鏡m用來觀測金屬絲下端小圓柱中部方形窗中細橫線位置及其變化，目鏡前方裝有分劃板，分劃板上有刻度，其刻度範圍0~6mm,分度值0.01mm，每隔1mm刻一數字。h1為讀數顯微鏡支架。
3、 ccd成象、顯示系統
ccd黑白攝像機：靈敏度：最低照≤0.2lux；ccd專用12v直流電源。
（1） 黑白**監視器：螢幕尺寸14寸，420線，
（2） ccd攝像機支架h2；
四．實驗內容測量鋼絲材料的楊氏模量。
1、 認識和調節儀器
（1） 認識儀器。實驗前，應該學習並掌握儀器的正確使用方法。
（2） 調節儀器。
（a） 調節支架s鉛直（用底腳螺絲調節），使金屬絲下端的小圓柱與鉗形
的平台無摩擦地上下自由移動，旋轉金屬絲上端夾具，使圓柱兩側刻槽對準鉗形平台兩側的限制圓柱轉動的小螺絲；兩側同時對稱地將旋轉螺絲旋入刻槽中部，力求減小摩擦。
（b） 先調顯微鏡目鏡用眼睛看到清晰的分劃板象。再將物鏡對準小圓柱平面中部，調節顯微鏡前後距離，然後微調顯微鏡旁螺絲直到看清小圓柱平面中部上細橫刻線的象，並消除視差。（判斷無視差的方法是當左右或上下稍微改變視線方向時，兩個像之間沒有相對移動，這是讀數顯微鏡已調節好的標誌。
只有無視差的調焦，才能保證測量精度。
（c） 將ccd攝像機裝上鏡頭，把**電纜線的一端接攝像機的**輸出端子（video out）,另一端接監視器的**輸入端（video in）.將ccd專用12v直流電源接到攝像機後面板「power」孔，並將直流電源和監視器分別接220v交流電源。仔細調整ccd位置及鏡頭焦距，直到監視器螢幕上看到清晰的圖象。
2、 觀測伸長變化。為使砝碼託平穩可在金屬絲下端先加一塊砝碼，此時監視器螢幕上顯示的小圓柱上的細橫刻線指示的刻度為y0，記錄其數值，然後在砝碼托盤上逐次加50g砝碼，對應的讀數為yi（i=1,2，…10）.再將所加的砝碼逐個減去。
記下對應的讀數為並將兩對應讀數與求平均。
3、 用直尺測量金屬絲長度l；用外徑千分尺測量金屬絲直徑d（測10次），注意記下外徑千分尺的零讀數。
4、 用逐差法對進行處理，計算及的值
由公式（2）及f=mg(△m為砝碼質量，由於採用逐差法，此處，，可得：
3）5、 將測量結果與公認值進行比較。
（此鋼絲的楊氏模量公認值20.0×1010n/m2）
五．使用注意事項
1. 實驗前必須檢查試樣是否處於平直狀態，如果有折或彎曲，須用木質螺絲刀柄的圓凹槽部位沿試樣來回拉動，直至使試樣平直後方進行實驗。
2. 使用ccd攝像機時應注意：ccd不可正對太陽光、雷射或其它強光源，ccd的12v直流電源不要隨意用其它的電源替代，不要使ccd**輸出短路。
防止震動、跌落。不要用手觸控ccd前表面，防止ccd過熱，在測量間隙最好關閉電源。鏡頭和ccd介面螺絲較細密，旋轉時要輕，鏡頭要防潮、防汙染。
3. 使用監視器時應注意：防震並注意勿將水或油濺在螢幕上。
4. 注意維護金屬絲平直狀態，使用外徑千分尺測量其直徑時勿將它扭折。
六、實驗資料例（僅供參考）
鋼絲出廠標稱直徑
表1 鋼絲直徑測量
實測l=0.918m。
表2 受力後鋼絲伸長量測量
將資料代入（3）式得（上海地區重力加速度g=9.794m/s2）
該測量結果與此鋼絲的楊氏模量公認值20.0×1010n/m2較為接近。屬於測量誤差（不確定度）範圍內。
六、思考題
6、 對微小伸長量測量讀數顯微鏡方法外，還有哪些方法？
7、 根據不確定度估算，表示式中哪些項的影響最大？如何降低其影響？
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