实验1.固体杨氏弹性模量测量1.教学目标及基本要求1.1知识目标(1)杨氏弹性模量：(2)光杠杆法放大微小长度的原理及方法：(3)单缝衍射；(4)正确使用不同的长度测量工具：(4)逐差法处理数据：(5)能用不确定度完整表达杨氏弹性模量的测量结果。1.2能力目标（1）利用给定器材完成测量杨氏弹性模量的实验方案设计；(2)能正确分析实验中的问题并解决问题；（3）和小组成员高效沟通，相互讨论学习对方的实验方法：(4)严谨规范开展实验操作和记录。1.3思政目标激发学生兴趣，培养敢于挑战权威的批判精神，培养合作与分享的团队精神2.教学内容及学时分配2.1实验原理部分（0.6学时）(1）拉伸法测金属丝杨氏弹性模量的原理与方法：(2)光杠杆的放大原理与使用方法；(3）利用单缝衍射测量微小形变；(4)用逐差法处理数据的计算方法。2.2实验操作部分（2.4学时）（1）仪器的调节与使用（重点是望远镜系统的调节）：(2)单缝衍射的调节和测量；(3）利用不同测长仪器测量不同精度要求的长度量：(4)规范记录各类数据。7
7 实验1. 固体杨氏弹性模量测量 1. 教学目标及基本要求 1.1 知识目标 (1)杨氏弹性模量； (2)光杠杆法放大微小长度的原理及方法； (3)单缝衍射； (4)正确使用不同的长度测量工具； (4)逐差法处理数据； (5)能用不确定度完整表达杨氏弹性模量的测量结果。 1.2 能力目标 (1)利用给定器材完成测量杨氏弹性模量的实验方案设计； (2)能正确分析实验中的问题并解决问题； (3)和小组成员高效沟通，相互讨论学习对方的实验方法； (4)严谨规范开展实验操作和记录。 1.3 思政目标 激发学生兴趣，培养敢于挑战权威的批判精神，培养合作与分享的团队精神。 2. 教学内容及学时分配 2.1 实验原理部分（0.6 学时） (1)拉伸法测金属丝杨氏弹性模量的原理与方法； (2)光杠杆的放大原理与使用方法； (3) 利用单缝衍射测量微小形变； (4)用逐差法处理数据的计算方法。 2.2 实验操作部分（2.4 学时） (1)仪器的调节与使用（重点是望远镜系统的调节）； (2)单缝衍射的调节和测量； (3)利用不同测长仪器测量不同精度要求的长度量； (4)规范记录各类数据
3.教学内容的重点与难点3.1重点（1）拉伸法测量金属丝杨氏弹性模量的原理（2）光杠杆实现光放大的原理及光杠杆常数的测量。（3）望远镜光路系统的调节。（4）用逐差法进行数据处理。3.2难点(1）望远镜光路系统的调节；(2）不同测长仪器与器材的仪器误差、估计误差确定。（3）不同长度量的A类、B类确定度的计算与估算以及总体不确定度的计算。4.教学内容的深化和拓宽固体杨氏弹性模量是多变量间接测量量，使用了多种测长仪器与器材对有不同精度要求的长度量进行测量，对学生的锻炼全面而综合。对于优秀的学生，教师可引导他们利用不确定度均分原理分析为什么要用不同的测长仪器和器材进行测量，也可利用这一原理引导学生评估实验方案的合理性。其次，引导学生查阅更多的资料，结合不同的物理模型，研究微小伸长量不同的测量方法，设计实验方案，并比较不同方法的特点。5.教学方式及应注意的问题5.1教学方式(1)采用探究式教学法，不详细讲解实验原理和步骤。(2)教学过程围绕重点、难点，以讨论的方式开展，(3)结合课堂派、雨课堂等开展教学，讨论以弹幕、投票、抢答、随机点名提问等方式开展；(4)两个方法各设置一个中间节点验收；(5)仪器调节及测量由学生在教师指导下独立操作完成。5.2应注意的问题(1)时间控制，课堂原理、方案讨论控制在25分钟以内；(2)在课堂50分钟左右应该做一次小结，以提高后续实验的开展水平；(3)在落单的情况下，学生分组可以3人1组；8
8 3. 教学内容的重点与难点 3.1 重点 （1）拉伸法测量金属丝杨氏弹性模量的原理。 （2）光杠杆实现光放大的原理及光杠杆常数的测量。 （3）望远镜光路系统的调节。 （4）用逐差法进行数据处理。 3.2 难点 （1）望远镜光路系统的调节； （2）不同测长仪器与器材的仪器误差、估计误差确定。 （3）不同长度量的 A 类、B 类确定度的计算与估算以及总体不确定度的计算。 4. 教学内容的深化和拓宽 固体杨氏弹性模量是多变量间接测量量，使用了多种测长仪器与器材对有不同精度要求 的长度量进行测量，对学生的锻炼全面而综合。对于优秀的学生，教师可引导他们利用不确 定度均分原理分析为什么要用不同的测长仪器和器材进行测量，也可利用这一原理引导学生 评估实验方案的合理性。 其次，引导学生查阅更多的资料，结合不同的物理模型，研究微小伸长量不同的测量方 法，设计实验方案，并比较不同方法的特点。 5. 教学方式及应注意的问题 5.1 教学方式 (1) 采用探究式教学法，不详细讲解实验原理和步骤。 (2) 教学过程围绕重点、难点，以讨论的方式开展； (3) 结合课堂派、雨课堂等开展教学，讨论以弹幕、投票、抢答、随机点名提问等方式 开展； (4) 两个方法各设置一个中间节点验收； (5) 仪器调节及测量由学生在教师指导下独立操作完成。 5.2 应注意的问题 (1) 时间控制，课堂原理、方案讨论控制在 25 分钟以内； (2) 在课堂 50 分钟左右应该做一次小结，以提高后续实验的开展水平； (3) 在落单的情况下，学生分组可以 3 人 1 组；
(4)实验中必须保持系统的稳定性。6.具体教学过程课中安排实验阶段分组课前课堂安排小结安排导入交流完成实验预习方案课后实施实验总结讨论安排教学过程一一固体杨氏弹性模量测量6.1.课前安排（1）通过课堂派上传资料，包括：①“杨氏模量测量实验要求.pdf”，含查阅背景资料一一托马斯杨对于物理学的贡献②“单缝衍射.pdf”③“实验仪器、器材说明.pdf”④“光杠杆法测量杨氏弹性模量调节.avi”（2）课前3天在课堂派发布预习测试，截止时间为课前10分钟。(3）课前关注学生测试结果，了解学生预习情况6.2.预习总结根据课堂派课前预习结果总结讲解。（1）总体情况分析(2）主要问题讲解(3）特别关注题目①关于光杠杆认识的题目：②衍射法测量时，单缝越宽，衍射光斑间距越（大/小）：③衍射法测伸长量的实验操作中应该满足的条件是什么？6.3.课堂导入(1)结合PPT，讨论托马斯杨的物理学贡献，重点：①托马斯杨的勤勉、广泛爱好和全才；②托马斯杨对波动光学的贡献，敢于向权威牛顿挑战。9
9 (4) 实验中必须保持系统的稳定性。 6. 具体教学过程 教学过程——固体杨氏弹性模量测量 6.1. 课前安排 (1) 通过课堂派上传资料，包括： ①“杨氏模量测量实验要求.pdf”，含查阅背景资料——托马斯杨对于物理学的贡 献 ②“单缝衍射.pdf” ③“实验仪器、器材说明.pdf” ④“光杠杆法测量杨氏弹性模量调节.avi” (2) 课前 3 天在课堂派发布预习测试，截止时间为课前 10 分钟。 (3) 课前关注学生测试结果，了解学生预习情况 6.2. 预习总结 根据课堂派课前预习结果总结讲解。 (1) 总体情况分析 (2) 主要问题讲解 (3) 特别关注题目 ① 关于光杠杆认识的题目； ② 衍射法测量时，单缝越宽，衍射光斑间距越（大/小）； ③ 衍射法测伸长量的实验操作中应该满足的条件是什么？ 6.3. 课堂导入 (1) 结合 PPT，讨论托马斯杨的物理学贡献，重点： ① 托马斯杨的勤勉、广泛爱好和全才； ② 托马斯杨对波动光学的贡献，敢于向权威牛顿挑战。 预习 总结 方案 讨论 实验 实施 完成 实验 课后 安排 课前 安排 课堂 导入 实验 安排 阶段 小结 分组 交流 课中安排
(2）课堂派弹幕提问：①你对托马斯杨的物理学贡献有哪些了解？②托马斯杨对光的本性上有什么贡献？从中可以得到什么启示？6.4.方案讨论(1）讨论杨氏弹性模量的定义：和弹簧的弹性系数比较，理解弹性模量的定义、特点和应用。（2）课堂派随机提问（根据情况抽取以下问题中的1-2个）弹性系数k和长度、截面积的关系？杨氏模量E和k的关系？E与什么有关？杨氏模量有什么应用？(3）结合公式E=六，引出问题：AALL、A如何测量？F如何得知？AL如何测量？(4）光杠杆法讨论光杠杆测量微小变化的原理与方法明确需要测量的量。课堂派随机点名提问：为什么图中光线转动20？ChongQing UniversitybS(5）衍射法讨论单缝衍射的原理与测量微小形变的方法明确需要测量的量。课堂派投票提问：测量图中±k级暗纹的间距好还是同一侧的暗纹间距好？6.5.实验安排(1）分组：2人一组(2）光杠杆法拍照验收点——调整系统至看清直尺(3）衍射法拍照验收点—观测到合格的衍射光斑（4）实验操作25分钟后进行阶段性小结(5）最后15分钟组内交流讨论6.6.实验实施（阶段一）（1）解答学生问题；(2）观察学生操作中的问题，及时纠正，重点是：光杠杆的后脚尖是否放置在钢丝夹持圆柱面上；10
10 (2) 课堂派弹幕提问： ① 你对托马斯杨的物理学贡献有哪些了解？ ② 托马斯杨对光的本性上有什么贡献？从中可以得到什么启示？ 6.4. 方案讨论 (1) 讨论杨氏弹性模量的定义： 和弹簧的弹性系数比较，理解弹性模量的定义、特点和应用。 (2) 课堂派随机提问（根据情况抽取以下问题中的 1-2 个） 弹性系数 k 和长度、截面积的关系？ 杨氏模量 E 和 k 的关系？ E 与什么有关？ 杨氏模量有什么应用？ (3) 结合公式𝐸 = 𝐹 𝐴 𝐿 Δ𝐿 ，引出问题： L、A 如何测量？F 如何得知？ Δ𝐿如何测量？ (4) 光杠杆法讨论 光杠杆测量微小变化的原理与方法 明确需要测量的量。 课堂派随机点名提问：为什么图中光线转动 2？ (5) 衍射法讨论 单缝衍射的原理与测量微小形变的方法 明确需要测量的量。 课堂派投票提问：测量图中k 级暗纹的间距好还是同一侧的暗纹间距好？ 6.5. 实验安排 (1) 分组：2 人一组 (2) 光杠杆法拍照验收点——调整系统至看清直尺 (3) 衍射法拍照验收点——观测到合格的衍射光斑 (4) 实验操作 25 分钟后进行阶段性小结 (5) 最后 15 分钟组内交流讨论 6.6. 实验实施（阶段一） (1) 解答学生问题； (2) 观察学生操作中的问题，及时纠正，重点是： 光杠杆的后脚尖是否放置在钢丝夹持圆柱面上；
光杠杆支撑杆是否已固定：是否按压桌面操作从而影响结果；单缝衍射刀口座是否一个在夹持圆柱上，一个在支架平台上；码是否交替放置；支架是否调整水平，圆柱可以在孔中自由活动。直尺是否竖直；光杆杆放置是否正确：刀口放置是否正确；接收屏到刀口距离是否太近：(3）抽查提问，作为过程化考核，同时引导学生思考，比如：镜尺组的调节方法？钢丝的长度应该测量哪一段？使用螺旋测微计测量直径；使用游标卡尺测量光杠杆常数：刀口倾斜有什么影响？（4）通过课堂派上传结果中间考核，主要考察点：分划板是否清楚；直尺刻度是否清楚：衍射光斑是否清楚：光斑间距、方向、对称性；6.7.阶段小结(1)目的：总结阶段性考核中的问题，展示阶段性考核中的亮点，为下一阶段的操作提供指导，引导学生进一步理解实验原理、方法和技巧。要点：(2)光杠杆法的调节要点；衍射法的调节要点，实验调节的要求。6.8.完成实验(1）解答学生问题(2）观察学生操作中的问题，及时纠正（3）抽查提问，作为过程化考核，同时引导学生思考（4）抽查学生的数据记录，并实时纠正（5）实验验收，重点关注：数据的完整性有效数字、单位表格清楚、可读性强实验仪器整理6.9.分组交流同组同学交流不同的测量方法6.10.课后实验报告11
11 光杠杆支撑杆是否已固定； 是否按压桌面操作从而影响结果； 单缝衍射刀口座是否一个在夹持圆柱上，一个在支架平台上； 砝码是否交替放置； 支架是否调整水平，圆柱可以在孔中自由活动。 直尺是否竖直； 光杆杆放置是否正确； 刀口放置是否正确； 接收屏到刀口距离是否太近； (3) 抽查提问，作为过程化考核，同时引导学生思考，比如： 镜尺组的调节方法？ 钢丝的长度应该测量哪一段？ 使用螺旋测微计测量直径； 使用游标卡尺测量光杠杆常数； 刀口倾斜有什么影响？ (4) 通过课堂派上传结果中间考核，主要考察点： 分划板是否清楚； 直尺刻度是否清楚； 衍射光斑是否清楚； 光斑间距、方向、对称性； 6.7. 阶段小结 (1) 目的：总结阶段性考核中的问题，展示阶段性考核中的亮点，为下一阶段的操作 提供指导，引导学生进一步理解实验原理、方法和技巧。 (2) 要点： 光杠杆法的调节要点； 衍射法的调节要点； 实验调节的要求。 6.8. 完成实验 (1) 解答学生问题 (2) 观察学生操作中的问题，及时纠正 (3) 抽查提问，作为过程化考核，同时引导学生思考 (4) 抽查学生的数据记录，并实时纠正 (5) 实验验收，重点关注： 数据的完整性 有效数字、单位 表格清楚、可读性强 实验仪器整理 6.9. 分组交流 同组同学交流不同的测量方法 6.10. 课后实验报告