在寂静的物理实验室里,三双眼睛紧盯着标尺上的光斑。微小的砝码增减,引起反射光点几毫米的位移——这正是葛宇、鲍贻阳和朱宏阳三位同学与杨氏模量“对话”的方式。这个暑假,他们在周老师的指导下,围绕“杨氏模量测定”这一经典物理实验展开深入研究,并代表学校参加全国大学生物理实验竞赛。
杨氏模量,这一描述固体材料抵抗弹性形变能力的物理量,是材料力学性能的核心参数之一。看似抽象的概念,实则与桥梁安全、建筑稳固、医疗器械可靠性息息相关。团队选择从基础的光杠杆法入手,通过测量金属丝在微小拉力下的形变,探索材料世界的奥秘。
“实验的挑战在于对‘微小’的精确捕捉。”队长葛宇介绍,“金属丝的形变量常常不足头发丝直径,我们需要借助光学放大原理,将这些变化转化为可观测、可测量的数据。”为此,团队设计了多组对照实验,系统探究了预加载力、环境振动、温度变化等因素对测量结果的影响。
鲍贻阳主要负责数据处理和误差分析。“我们发现在不同初始条件下,同一材料的杨氏模量测量值会有系统性偏差。通过理论推导和实验验证,我们找到了优化方案,将测量精度提高了15%”。
而朱宏阳则专注于实验装置的创新改进。“传统的光杠杆调节费时费力,我们尝试引入激光指示和数字化读数系统,使实验操作更加直观,也降低了人为误差。”
指导老师周老师全程跟进项目进展:“他们最可贵的是不满足于照搬教材步骤,而是真正理解了实验背后的物理思想,并敢于提出改进方案。这种批判性思维和创新能力,正是物理实验竞赛希望培养的科学素养。”
全国大学生物理实验竞赛作为高校物理实践教学的重要平台,强调“理论基础扎实、实验技能娴熟、创新能力突出”。团队为此准备了三个月,从文献调研、方案设计到反复验证、优化展示,每一步都凝聚着汗水与思考。
“通过这次研究,我深刻体会到物理学不仅是公式和定理,更是一种探索世界的方法。”葛宇感慨,“那微小的光斑位移背后,是严谨的逻辑和自然规律的优美。”
实验台上,金属丝在砝码作用下微微伸长;标尺上,光斑随之精确移动。在这个由精度构筑的世界里,三位年轻人不仅测出了材料的杨氏模量,更测量出自己对科学探索的热爱与执着。