利用衍射法自动测量金属的弹性模量

沙金巧 杨俊义 范君柳 樊丽娜

摘 要 采用夫琅禾费衍射原理，发展了一种利用衍射法自动测量金属丝弹性模量的新方法。

利用CCD同時获得单缝衍射和单丝衍射图像，编写图像处理程序，对两类衍射条纹进行采集与自动化处理，得到衍射条纹的中央明条纹宽度，分别测量金属丝的微小伸长量和金属丝的直径，从而精确地获得金属丝的弹性模量。衍射法在微小尺度测量上具有较高精度，可用于精确测量金属丝的弹性模量，将光学测量应用于力学量测量，对于培养大学生综合实验技能具有重要作用。

关键词 夫琅禾费衍射;金属丝;弹性模量

弹性模量是描述固体材料抗形变能力的重要物理量，是机械构件材料选择的重要依据，是工程中常用的重要参数[1]。弹性模量测量方法很多，如振动法[2]、梁的弯曲法[3-4]和拉伸法[5-7]等。在大学物理实验教学中，基本采用光杠杆法进行测量，但测量的误差较大。衍射法[8]在微小长度测量中有着广泛的应用。基于夫琅禾费衍射原理，采用单缝衍射和单丝衍射一体化测量金属丝的微小伸长量和直径，得到衍射条纹的中央明条纹宽度，再进行数据的自动化处理，精确地得到金属的弹性模量，与所测金属的弹性模量理论值非常接近。