杨氏模量实验仪器调节与误差分析作者：刘亚红来源：《中国校外教育·基教(中旬)》2014年第14期 杨氏模量实验中，直径d的相对不确定度是影响EY的主要因素，但在不规范操作的情况下，l的相对不确定度将成为不确定度EY的最大贡献者，导致因测量值E误差大而失败。因此，要做好实验，首先要能够正确使用与调节仪器，进而更好地理解和运用实验原理与实验数据处理方法。
钛合金粉末冶金加工 杨氏弹性模量光杠杆镜尺法逐差法相对不确定度杨氏弹性模量（Young's modulus），是1807年英国物理学家兼医生托马斯·杨（Thomas Young，1773.6～1829.5）所得到的结论而命名。本实验采用静态拉伸法测量金属丝沿轴向的杨氏弹性模量。杨氏弹性模量，描述固体材料弹性形变能力的一个重要物理量，表征固体材料在弹性限度内，抗拉、抗压的能力，是选择机械零件材料的依据之一，也是工程技术设计中常用的参数之一。 在外力作用下，固体发生的形状变化，称为形变，分为弹性形变和范性形变两类。外
力撤除后，能够完全恢复形状的形变，称为弹性形变；如果加在物体上的外力过大，以致外力撤除后，物体不能完全恢复原状，留有剩余形变，称为范性形变。在本实验中，只研究弹性形变，故应控制外力的大小，使形变发生在弹性限度内。
设有一根粗细均匀的金属丝，原长为L，截面积为S，在受到沿轴向外力F的作用下，伸长（或压缩）为ΔL。比值F/S是单位面积上的作用力，称为胁强（或应力），它决定了物体的形变；比值ΔL/L是物体在单位长度上的形变，称为胁变（或应变），它表示物体形变的大小。根据胡克定律（Hooke’s law，1678），在物体的弹性限度内，胁变与胁强成正比，比例系数E称为该金属丝的杨氏弹性模量，单位是帕（1Pa=1N/m2）。实验证明，杨氏模量只与材料的性质有关，而与外力F、物体的长度L和截面积S的大小无关。设金属丝的直径为d，则有
钢结硬质合金
E=FLSΔL=4mgLπd2ΔL（1）
上式中的m、L、d均可直接测量，而对于微小伸长量ΔL，可用光杠杆镜尺法来进行精确测量，并得到：
ΔL=bΔn2D（2）
其中，Δn=n1-n0，表示增加一个砝码时，光标的偏移量。b为光杠杆常数，D为标尺到反射镜的距离。（2）式代入（1）式，得
E=8mgLDπd2bΔn（3）
实验中，在规范操作的情况下，从理论上分析，不确定度的传递公式：
中，直径d对EY的贡献最大，为实验的主要误差，故而对d选择多次测量，用d的最近真值di来代替d，减小实验误差。但在不规范操作中，l的实验误差将会大于直径d的测量误差，成为主要误差。故而，做好本实验，首先应该明确知道如何调整、使用仪器，如何进行实验操作以及如何正确记录实验数据，并学会用逐差法处理数据，以减小l的实验误差。仪器的调整、使用及实验步骤主要如下：
1.调节测量架。将测量架摆放端正、铅直，与望远镜尺组LED绿发光标尺平行；调节底脚螺钉，将底座上的水准仪气泡调至中央；中托板距长杆顶端均调为5cm，中托板距下方底座为50cm，保证待测钢丝在上、中托板间的长度大于80cm；在上夹头限位孔内，用锁紧螺丝固定上夹头；在中夹头距下夹头3cm处旋紧中夹头，使之固定在钢丝上；检查
测量空间
上、中、下三个夹头是否旋紧，钢丝是否牢固，防止加砝码时，钢丝滑脱。测量架位置调好后，一般轻易不再变动。
捕虾笼 2.预置砝码。在挂钩上预置1～2个砝码，将钢丝拉直，以免误把钢丝弯曲的伸长量当作在重力作用下钢丝发生弹性形变的伸长量，给n0及Δn测量带来误差。
3.调节管制器。先用圆形水平仪检测带有三条横纹的中托板是否水平，再将管制器上表面与中托架调为水平；通过调节底脚螺钉及中托板两端的锁紧螺钉，使管制器与中托板圆孔周围留有缝隙，中夹头能随金属丝的伸缩，上下自由移动，从而消除摩擦力，减小实验误差。
风管抗震支吊架 4.调节光杠杆。调节光杠杆常数b的长度。增大光杠杆b，在相同情况下，可以缩小θ，从而满足tanθ～θ、tan2θ～2θ近似值的要求。将光杠杆两前尖脚置于中托板的横槽内，主杆尖脚置于管制器上表面夹头处，尽量靠近钢丝，但不能接触钢丝，以免主杆尖脚给钢丝一个向后的推力，增加管制器与圆孔间的摩擦力，或增加钢丝与主杆尖脚之间的静摩擦力，影响读数的准确性。光杠杆的反射镜垂直于中托板平面放置，且与标尺保持平行。
5.粗调望远镜尺组位置。望远镜尺组与光杠杆反射镜的距离应保持在2m以上，增大D可以提高系统的测量精度。用钢卷尺测量光杠杆反射镜轴心距地面的高度h，调节望远镜的高度，使其轴线距地面的高度为h，即保证望远镜轴线与反射镜轴线在同一高度。望远镜轴线与其平台水平，与标尺垂直。检查望远镜筒上的定位圆心、三角顶尖及反射镜轴心是否三点一线，眼睛顺着望远镜筒轴线方向，观察反射镜内是否有标尺的成像。如无，则可左右移动望远镜底座的位置，直到到成像为止。望远镜尺组位置调好后，整个实验中防止轻易发生变动。
6.调节激光发射装置。聚焦激光发射装置，保证激光在反射镜上成像为一圆点，微调望远镜升降螺钉，使其成像于镜面轴心位置，反射到光标尺上为一小红斑，且应与光源位置大致等高。如不能反射到光标尺的相应位置上，可微调反射镜的俯仰，或重新校正支架
主要包括课前学习、课堂交流合作和课后反思3个部分。在这个过程中，“翻转课堂”主要翻转什么？如何翻转？这些问题都是“翻转课堂”关注的重要议题。 “翻转课堂”在应用前，首要明确的问题是，翻转什么？才能更好地为实践导航。首先，“翻转课堂”颠倒了传统的教学流程，形成了“先学后教”的教学范式。在传统课堂上，教
师先教，学生后学，整堂课时间几乎被教师占用，并非所有的学生都参与其中。而“翻转课堂”则是学生课前自主学习，课中教师以学定教，实现“因材施教”。其次，“翻转课堂”颠倒了传统的教学理念。传统课堂注重规制化教育，对人才培养模式是“千人一面”，忽视学生主体的个性化和内在需求，这与我们提倡的素质教育相违背，很难回归到“以学生为中心”的教育原点，而“翻转课堂”真正做到了“生本教育”，做到了针对性、分众化的特教育。再次，“翻转课堂”颠倒了教师和学生的角。教师从传统课堂的知识传授者、课堂管理者变成了学习的促进者和设计者，教师成为课堂的“导演”，统筹布局，让学生从被动接受者变为主动学习的研究者。 明确了“翻转课堂”要翻转的内容和目的之后，接着就要考虑如何翻转的问题。“翻转课堂”与传统课堂最大的不同之处，在于它要依托一定的信息网络技术，创建教学微视频，这是在学生课前学习之前所要完成的任务。微视频是课前知识传授的重要载体，其质量好坏直接影响着学生学习的效果和课堂活动的实施，应符合短小精悍和实用性标准。课堂交流合作阶段是学生形成学习合力的过程，课堂活动决定了学生学习的质量。因此，教师应提出一些有探究价值的问题情境，要突破传统思维，帮助学生在问题探究、交流过程中培养其科学素养、思维能力和团队合作意识。
学生课堂学习的效果及成果该如何处理？这也是课堂学习过后需要解决的问题。一方面，学生可以在班级交流里上传个人作品或交流心得体会，共享学习成果。另一方面，教师要多方位、多视角地对学生课堂交流合作的情况作出客观、如实的总结和反思，进而有针对性和实效性的改善自己的教学。
磁动车 四、结语
“翻转课堂”的推广与应用，并非一朝一夕之事，它需要教育信息技术的高度普及，社会教育机构及家长的支持与保障，更需要教师对翻转理念的深入理解，对课堂教学管理行为的把握，对视频制作相关技能以及学生自觉学习的要求等。同时，“翻转课堂”的实施也备受怀疑和批判，有人认为它是传统讲授法的一个高科技版本。总之，存在即合理，“翻转课堂”是一个值得我们去探讨、研究的重要话题。
参考文献：
[1]官芹芳.可汗学院翻转课堂[J].上海教育，2012，（17）：27-31.
[2]兰艳，谢家萍.美国教师的“翻转课堂”体验[J].中小学信息技术教育，2012，（09）.
[3]林青松.基于翻转课堂的“现代教育技术”实验课程设计[J].实验室研究与探索，2014，（01）.
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