实验三 CCD杨氏模量测定
[目的]
2． 学习读数显微镜、CCD摄像机、调焦镜头的调节方法；
3． 掌握拉伸法测量金属丝杨氏模量的方法。
[仪器和用具]
CCD杨氏模量测量仪（WYM—1型）主体结构，显微镜组，CCD摄像机，调焦镜头，监视器，螺旋测微计，钢卷尺，金属丝等。 [实验原理]
设金属丝的原长为，横截面积为fm365，在受到沿长度方向的外力作用下伸长了，则根据胡克定律有：在弹性限度内，金属丝的应力与应变成正比。写作
（3—1）
上式中的比例系数E，称为杨氏弹性模量。它的国际单位为牛顿/米2，记为。
设金属丝直径为，则，将此式代入（3—1）式可得出
（3—2）
上式表明，对于长度、直径和所加外力相同的情况下，杨氏模量大的金属丝的伸长量较小，而杨氏模量小的伸长量较大。可见，杨氏弹性模量反映出材料抵抗外力产生拉伸（或压缩）形变的能力。
根据（3—2）式可知，测出等号右边的各个量，便可算出杨氏模量，其中外力、长度和直径均可用常用的方法和仪器测得，而对于微小的伸长量，通过显微镜和CCD成像系统来记录变化情况，并经过监视器显示出来。
安装仪器(只放砝码盘，未放砝码)后，调节测微目镜从显微镜中能清楚地看到十字叉丝，读取与显微镜中标尺横线重合的读数，在砝码盘上增加砝码之后，金属丝伸长为，金属丝的伸长量的表达式 （3—3）
将和上式代入式（3—2），可得出伸长法测金属丝的杨氏模量的公式为
（3—4）
又设
（3—5）
则为砝码改变一个单位时，显微镜中分划板标尺的读数的变化量。将式（3—5）代入式（3—4），可得
（3—6）
[实验内容与步骤]
1．调节WYM—1型CCD杨氏模量测量仪底角螺钉，使测量仪的底座平台水平，使支架、金属丝铅直。
2．将显微镜固定到磁力表座上，调节测微目镜，直到用眼睛可以看到清晰的十字叉丝为止，且使十字叉丝像的横线与显微镜中分划板的某一刻度重合，然后将磁力表座锁紧在测量仪的底座平台上。
3．将CCD摄像头与监视器连接好，确保在监视器内看到CCD摄像机拍摄的图像。
4．将CCD调焦镜头安装到CCD摄像头上，再将CCD放置在磁力表座上，调节CCD摄像头，使其对准测微目镜，然后将磁力表座锁紧在测量仪的底座平台上。
5．调节摄像头前的调焦镜头，直到在监视器内看到CCD摄像机拍摄的清晰的图像。
6．用钢卷尺测量被测金属丝原长度l。
文化沙龙7．依次加砝码，每加一个砝码，从监视器观察十字叉丝像的横线刻度的变化, 并依次记下
相应的刻度值。
8．依次减砝码，每减一个砝码，依次记下相应的刻度值。
9．用螺旋测微计测金属丝直径d。
10．计算杨氏模量及其测量不确定度，并给出测量结果报道。
[附一]
[数据记录]
实验三 CCD杨氏模量测定
专业 班级 姓名 学号 编组号No.：
表3—1
被测量 | 金属丝直径d | 金属丝长度l |
测量值 | （mm） | （m） | （cm） | （m） |
| | | | |
表3—2
测量值（mm） 质量（kg） | 第一次测量值 | 第二次测量值 | 第三次测量值 |
0.50 | | | |
0.70 | | | |
0.90 | | | |
1.10 | | | |
1.30 | | | |
1.10 | | | |
0.90 | | | |
0.70 | | | |
0.50 | | | |
| | | |
[附二]
[数据处理]
表3—3
砝码质量mi(kg) | 增重读数平均值Ai(桓仁东山中学m) | 减重读数平均值Ai(m) | 平均读数Ai（m） |
0.50 | | | |
0.70 | | | |
0.90 | | | |
1.10 | | | |
1.30 | |
| | | |
表3—4
表3—5
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