楊氏模量實驗的教學探討

摘 要:本文分析了楊氏模量實驗教學中的問題，根據我院的特點，對提高楊氏模量實驗教學質量的方法進行了探討。

關鍵詞:楊氏模量光杠桿放大

中圖分類號:TH-3文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)09(a)-0157-01

力作用于物體所引起的效果之一是使受力物體發生形變，對于縱向彈性形變可以引入楊氏模量來描述材料抵抗形變的能力。楊氏模量是表征固體材料性質的一個重要的物理量，它是工程設計上選用材料時常需涉及的重要參數之一。因此，楊氏模量實驗是許多高校必做實驗之一。在拉伸法測金屬楊氏模量實驗中，使用了光學放大法、比較法和轉換法三種測量方法;各種長度測量工具被選擇和使用;在數據的分析處理中使用了逐差法進行分析處理。如何在實驗課上讓學生了解三種測量方法，并準確測量出金屬的楊氏模量呢？針對學生作實驗時普遍存在的問題，我們在教學中進行了一些有益的嘗試。

1 定性講述實驗原理

楊氏模量的原理分為楊氏模量的定義和光杠桿的放大原理兩部分。在理論課堂上和課前的預習中同學們已經掌握了楊氏模量的定義，因此對于楊氏模量的定義可以采取提問的方式進行，進而了解學生的掌握情況。通過邊提問邊公式推導發現，要求得楊氏模量，除了非常微小的金屬絲的伸長量用普通的方法很難準確測量外，其它的量都可以通過選擇不同的長度測量工具直接測量。那么金屬絲的伸長量怎樣準確測量呢？

我們引入光杠桿的放大原理，對于光杠桿的放大原理需要詳細和重點介紹，教師應手拿光杠桿裝置的實物(圖1)給學生介紹，光杠桿裝置包括光杠桿鏡架和鏡尺兩大部分，光杠桿是利用放大法測量微小長度變化的儀器，讓學生從感官上認識光杠桿這個陌生的概念。然后通過光路圖介紹光學放大法——將被測物體用助視儀器進行視角放大然后再測量的方法稱為光學放大法。光學放大的儀器有放大鏡、顯微鏡和望遠鏡。這類儀器只是在觀察中放大視角，并不是實際尺寸的變化，所以并不增加誤差。在拉伸法測金屬楊氏模量實驗中，采用尺讀望遠鏡和光杠桿組成的測量系統(圖2)，利用光杠桿的光學放大作用實現對金屬絲微小伸長量DL 的間接測量，測量準確度也比較高。在這一環節采取預習—檢查(預習報告)—提問的方法來激發學生的主觀能動性，發揮他們的創造性思維能力。

2 調節光學系統，使之處于正常工作狀態

通過前面的講解，同學們已經知道采用光杠桿系統，將金屬絲的微小伸長量放大后再測該長度。但是望遠鏡，光杠桿，標尺這一測量系統，調節起來較困難，是實驗中的難題，同學們在這一環節花費的時間較多，有的到最終也沒在望遠鏡中找到標尺的像，不得不求助于老師。為此，在這一環節，我們采用啟發式、討論式教學方法。在調節光學系統之前，我們組織學生討論:如何盡快在望遠鏡中看到標尺的像？最后總結出三個關鍵步驟:首先，測量前要調平光杠桿平面鏡仰俯角，使其法線水平，并與望遠鏡光軸平行，同時，標尺平面要豎直;其次仔細調節望遠鏡、平面鏡、標尺三者的位置關系，讓望遠鏡和光杠桿二者在同一高度，望遠鏡應水平對準平面鏡中部，使標尺在平面鏡中的像處在望遠鏡的視場中，以便能在望遠鏡中看到標尺的像;第三，再調望遠鏡的目鏡，看清分劃板上的十字準線和上下視距絲，然后調物鏡，看清標尺像的刻度值。

通過課堂的啟發和討論，既能讓學生把握實驗的重點和目的，又能增強學生獨立思考問題的能力，解決實驗中的疑難問題，為準確測量金屬絲的楊氏模量奠定了基礎。國外的物理實驗教學模式研究表明，遵循先討論，再實驗，再討論的步驟，實驗動手過程中貫穿討論和交流，有利于發揮學生主觀能動性，使學生置身于富有探索和創造性的學習環境中，積極主動地思考、分析問題，有利于培養學生的綜合素質和科研能力。

3 實驗中的注意事項，保證實驗順利進行的關鍵

學生實驗時，往往忙于在望遠鏡中找尺子的像，而忽略了實驗的細節和前提。首先，關于光杠桿的放置。光杠桿的后足應放在可自由移動的圓柱平臺上，不能接觸鋼絲，不要靠著圓孔邊，也不要放在夾縫中;同時，平臺應該水平，以保證平面鏡豎直時鏡面法線在水平位置。我們通過調節楊氏模量儀三角底座，使平臺上的氣泡在正中心，平臺即水平。其次，加減砝碼要輕拿輕放，鋼絲的晃動容易使光杠桿的位置發生變化。最后，實驗完成后，應將砝碼取下，防止金屬絲疲勞。

綜上所述，整個實驗通過提問式，討論式課堂教學，繁瑣的楊氏模量實驗變得清晰，明了，實驗的重點和難點一目了然。先討論，再實驗，再討論，實驗動手過程中貫穿討論和交流，活躍了課堂氣氛，很好的提高了教學效率。實驗前的預習促使學生帶著問題去查閱分析資料，可以充分調動學生學習的積極性，發揮學生主觀能動性，激發學生的學習熱情。提問式，討論式實驗課堂教學，對學生口頭表達、文字表達和查閱、整理、歸納文獻資料的能力鍛煉和提高有很大的幫助，更有利于他們綜合素質、創新能力、科研能力的培養。

參考文獻

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