实验力学实验报告（精选十篇）
实验力学实验报告 篇1
关键词：流体力学,粘性流体,实验,FLASH
1 FLASH程序
随着计算机和宽带网更加普及, 现在的网络再也不是枯燥无味的文字和简单的图片了, 人们追求的是视觉的冲击力, 动态效果和交互性。而FLASH动画无疑符合大家的这种需求, 他引导了网络上最新、最眩的时尚。特别是Action Script的应用使FLASH具有更加强大的交互功能更加稳定强大的变成模式。FLASH和流体力学相结合使枯燥的数字迸发出无限的活力。
2 相关流体力学实验理论依据
英国物理学家雷诺 (Osborne Reynolds) 在1883年发表的论著中, 不仅通过实验肯定了层流与紊流两种流动状态, 而且测定了流动损失与这两种流动状态的关系。实验发现, 仅靠临界速度来判别流体的流动状态是很不方便的, 因为随着流体的粘度、密度以及流到线性尺寸的不同, 临界速度也不同。雷诺数正是上述无量纲量的综合量, 是判别流体流动状态的准则数, 并表示为
式中l为流体通道 (或绕流的物体) 的特征尺寸。对于直径为d的圆截面管道
对应于临界速度的雷诺数用临界雷诺数表示:
实验结果指出, 不论流体的性质和管径如何变化, 下临界雷诺数Recr=2320, 上临界雷诺数可达Re'cr=13800, 甚至更高些。上临界雷诺数与实验的环境条件和流动的起始状态有关。当Re
3 FLASH实验设计
为了使Flash实现出更高级的动画和更具有交互性, Flash提供了“Action”面板, 在其中, 可以为关键帧、具体实例 (包括被调用的符号和按钮) 添加脚本, 也就是给这些东西编写程序命令。
应用前面的流体力学理论和实验理论, 为了更好的模拟实验, 使模拟实验更加接近真实实验, 预期达到阀门不同开度管内着色束出现不同情况, 逐渐增大阀门开度由层流变为紊流, 然后逐渐减小阀门开度又由紊流变为层流, 从而可以测定雷诺数的大小。同时制作一个时间和流量计数器保证阀门开不同的时间有不同的体积。
3.1雷诺实验方案的实现
雷诺实验共制作120帧动画, 着色流束变化都使用逐帧动画表示。
新建FLASH文档。
制作管内红色着色线的逐帧动画:
添加AS层在该层写入下列语句:
该语句作用就是制作流量和体积装计数器的控制语句。其中实验原始数据来自于真实实验。
在最后一帧, 即第120帧, 制作实验数据表格, 如图1
表格中的各输入文本定义为如上所示的变量名。
设置变量名称是为了, 上图中红色数字按钮控制实验数字的计算, 单击按钮1在AS面板中编写如下AS语句:
按照如上所示的步骤按钮2、3、4以同样的方式编写AS语句。雷诺数计算语句如下所示:
最后按下回车键导出主电影, 进行调试、纠错。
修改完成后, 在菜单文件里点选导出/导出影片, 将已经设定好的电影导出。
至此雷诺实验的FLASH模拟制作完毕, 如图2。
参考文献
[1]郭鸿志等.工程流体力学.北京科技大学, 1998.
实验力学实验报告 篇2
关键词：高中物理；趣味小实验；物理力学
G633.7
物理知识是高中学习过程中的一门重要学习，通过对其知识的学习，让我们对许多现象有了一定的认知。所以，高中生在进行物理知识学习时，需要具备一定的观察力，通过亲自实验来分析生活中常见的一些物理现象。让我们在一个更加辽阔的知识天地中翱翔。通过开展物理趣味小实验，可以培养我们对物理知识的求知欲，激发对物理知识学习的兴趣。
一、高中物理趣味小实验需要与学习内容相联系
进行《物体的平衡》知识点学习时，如果只是单一性地听老师讲解，对于相关概念及知识点，我们都无法直观地对其进行理解。如果结合学习内容进行一些趣味性小实验，可以增强对相关知识点的印象，并能够对力学概念有一个全面地了解。比如：可以在家中坐在椅子上，并将上身挺直保持两脚呈90度。如果在上身不能向着倾斜的情况下，我们尝试着是否能够从椅子上站起来。通过这样的一个非常有趣的小实验，可以證明在保证身体挺直与两脚位置的情况下，是无法从椅子上跳起来的。虽然这只是一个非常小的实验，但通过这样的一个小实验就可以引发我们对这种现象的思考。通过思考后发现，这与我们在学习中的力学物体平衡知识点有一定的关联性。因此，物体要实现站立，需要保证从重心处所引出的竖直线并没有超越其底面，否则无法实现物体的站立，也就是我们在学习中所学习到的平衡。有了这样的一个小实验，许多同学都会对物理现象产生极强的好奇心，从而提升了对物理知识学习的积极性与热情。
二、合作完成物理趣味小实验
在学习《反冲》知识点时，也许老师会在课堂教学中运用多媒体技术为我们展示一段与反冲相关的视频。例如：火箭发射。并讲解火箭能够上升到太空中，克服地球引力，正是因为反冲的作用。虽然已经非常直观形象地解释了其力学的原理，但没有经过自身的实验，对于其相关知识是无法能够更好地理解。但如果想要通过火箭来完成实验，显然是不可能的事。因此，我们可以利用日常生活中常见的物品制作一个与火箭相类似的物件来进行趣味小实验，是完全可以实现的。我们可以联合几名有同样兴趣的同学，一直收集多个饮料瓶，并将其中一个饮料以包装纸为界线裁剪为三个部分。然后将一个完整的饮料瓶倒置于裁剪下的中间部分，并用胶带将其进行固定。接着再将裁剪下的上半部分固定于倒立的完整饮料瓶底部，再利用一些卡纸来给“火箭”做一些火箭头、尾翼装饰。为了保证“火箭”在飞行中的稳定性，需要在进行尾翼装饰时，确保其与底座保持对齐。用同样的方法，为“火箭”装饰三个尾翼，并在“火箭”底部加上喷射动力控制塞。（如图1所示）
在完成了所有的制作工序后，在所制作的“火箭”中装入适量的水，并控制其水量为饮料瓶的1/4到2/5之间，然后利用打气筒对其进行打气并调整好其发射角度。完成10个大气压的打气之后，橡胶塞在气压的作用下会与饮料瓶脱离，然后获得反作用力射出。通过这样的实验，可以更加直观地对“反冲”知识点的理解，也增强了自身的动手能力。
三、通过趣味小实验学会思考
日常生活中，每一名同学的身体素质及条件都有所差异。有的同学身材魁梧，有的同学则较为瘦小。如果让两者之间进行一次力量比赛，比赛结果可想而知。许多同学在回答这问题时，会不假思索的说出取胜的原因是因为身材料魁梧的同学力气大。我们可以利用这个问题来探究取胜的原因。在这个小实验中，我们需要运用旱冰鞋，让身材魁梧的同学穿上，然后两者之间再来进行一次比赛。其结果会出人意料，身材瘦小的同学取得了胜利。那究竟是什么原因？这问题就需要我们对这种现象进行研究与分析。通过大家一起的讨论与思考发现，当瘦小的同学的静摩擦力达到一个值时，身材魁梧的同学所受到的摩擦力会持续上升。对于两者之间所产生的合力方向则会会对身材魁梧的同学产生一定的加速度。因此，真正决定胜负的秘密在于瘦小的同学增大了摩擦力。通过这样的小实验，让我们树立起了在遇到一些物理现象时，应该运用所学习的物理知识来进行解释。久而久之，可以培养我们的思考能力，促进物理学习成绩的提升。
四、借助生活化情景开展趣味小实验加物理知识的印象
高中时期的学习压力非常大，在完成了学习任务之后，可以采用一些具有趣味性的小实验来缓解紧张的学习压力。通过一些可以独立完成后小实验，还能够加深我们对物理知识的印象。比如：在电视中我们会看到一些鸟类休息时，会以单脚站立的形式进行休息。在看到这样的生活化情景时，可以尝试着像鸟类一样单脚站立，还可以尝试着保持双脚站立姿势的情况下，调整为单脚站立。通过这个尝试会发现，要完成这个动作非常困难。如果我们侧身将一只手臂与腿与墙面进行接触，然后保持直立姿势，慢慢提起离墙较远的脚，争取用靠墙的脚进行单脚站立。在完成这一系列动作之后会发现，这是一个无法完成的动作。我们可以通过所学习过的物理知识来对这种现象进行解释。因此，要实现站立必须要竖直向下通过重心的重力作用线通过了两脚围成的支面。如果我们采用了上面的方法来进行站立，支面会慢慢缩小到一个很小的范围，然后重心的重力作用线则会影响我们的单脚站立。通过这样的一个小实际，我们可以再联想许多婴儿在学习走路时为何总是踉踉跄跄，正是因为这些小婴儿的两支脚呈现一种分开的状态，所以他们在学习走路时总是感觉要摔倒。还有在一个摇晃的物体上，如果想要站立，需要将双脚叉开。如果想要在这个物体上进行行走，最好的方式就是八字形。这些都是与支面大小有一定的关系。通过一个小小的实验，不仅让我们紧张的学习心情得到了缓解，同时还加深了我们对物理知识的印象。因此，我们在看到一些生活中常见的现象时，不妨可以运用物理知识来进行思考与探究，一定会让你对物理知识产生极强的学习兴趣。
五、利用废旧物品开展物理小实验
当前的社会非常重视环保，作为新时代的高中生，同样应该以环保理念来制作一些能够让我们开展实验的小道具。比如：可以收集一些废旧的易拉罐、金属罐头盒或饮料瓶等。然后在其接近底部侧面的位置用工具钻出一个小孔。用手指去按住钻出的小孔并往里面注入相等容积的水量。当我们将按住小孔的手指打开时，水自然会从小孔中流出。但我们让饮料瓶以自由落体的形式下落。在其下落过程中，小孔中并不会有水流出。这样的一个小小的实验，让我们可以应用失重现象来进行解释。不仅利用了废旧物品，同时还增强了实验的趣味性。
此外，还可以利用同一个饮料瓶，在侧壁上下不同的位置钻三个小孔。然后用手指分别按住三个小孔，向瓶内注满水。然后同时打开按住小孔的手指，观察每一个小孔中所流出的水平射程各有不同。位置越高的小孔的水平射程较小，位置越低的则越大。通过这个实验，我们可以用液体内部压强与深度有关来进行解释。
六、结束语
总而言之，高中物理趣味小实验可以健全我们的物理知识结构。虽然学校并没有开展相类似的实验课程。但我们可以结合自身在生活中的所见所闻来进行联想，并结合学习内容开展趣味小实验。不仅可以缓解学生压力，同时还可以加深我们对物理知识的理解，提升了物理学习兴趣，让我们在高考中取得更好的成绩。
参考文献：
[1]杜纵秋.如何打造一堂高效的物理课--对推行高效课堂的反思和总结[J].青少年日记（教育教学研究），2014，（06）.
[2]王敏晖.魔幻物理课[J].作文新天地（初中版），2014，（03）.
力学实验逐一解读 篇3
近年来, 高考实验题已跳出了课本分组实验的范围, 不仅延伸到演示实验中, 而且出现了迁移型实验、应用型实验、设计型实验, 甚至还出现了“研究性学习”型实验.这类试题对学生的要求较高, 要求学生能将课本中分组实验和演示实验的实验原理、实验方法迁移到新的背景中, 能深刻理解物理概念和规律, 并能灵活运用, 还要具有较强的创新能力.
所以我们应认真剖析大纲中所要求的学生实验, 提炼出其中所蕴藏的思想方法, 加以深刻领会、理解, 从而做到灵活地迁移应用.
一、长度测量
长度测量包含刻度尺、游标卡尺、螺旋测微器的使用.我们特别要注意的是它们的读数.
1.数据的有效数字
例1在下列长度的测量数据中, 其有效数字的位数分别是几位:1.2cm;3.20mm;4.0m;5.080m;0.002m.
解析:有效数字的位数是从左边第一个不为零的数字算起的, 所以不难得到结论:
1.2cm———2位;3.20mm———3位;
.m———位;.m———位;
0.002m———1位.
点拨:数据是实验的重要组成部分, 我们除了要会识别数据的有效数字, 还要了解数据的读数要求、单位等等问题.
2.游标卡尺的读数
例2读出下列图1中游标卡尺测量的读数.
解析: (1) 10分度的游标卡尺:游标上相邻两个刻度间的距离为0.9mm, 比主尺上相邻两个刻度间距离小0.1mm.读数时先从主尺上读出厘米数和毫米数, 然后用游标读出0.1毫米位的数值:游标的第几条刻线跟主尺上某一条刻线对齐, 0.1毫米位就读几 (不能估读) .其读数准确到0.1mm.
(2) 20分度的游标卡尺:游标上相邻两个刻度间的距离为0.95mm, 比主尺上相邻两个刻度间距离小0.05mm.读数时先从主尺上读出厘米数和毫米数, 然后用游标读出毫米以下的数值:游标的第几条刻线跟主尺上某一条刻线对齐, 毫米以下的读数就是几乘0.05毫米.其读数准确到0.05mm.
(3) 50分度的游标卡尺:游标上相邻两个刻度间的距离为0.98mm, 比主尺上相邻两个刻度间距离小0.02mm.这种卡尺的刻度是特殊的, 如图2所示, 游标上的刻度值, 就是毫米以下的读数.这种卡尺的读数可以准确到0.02mm.
游标卡尺都是根据刻线对齐来读数的, 所以都不再往下一位估读.
答案: (1) 2.98cm (2) 6.170cm (3) 1.052cm.
点拨:牢记游标卡尺的读数规则, 是解答这个问题的关键.
3.螺旋测微器的读数
例3读出下列图3中螺旋测微器测量的读数.
解析:固定刻度上的最小刻度为0.5mm (在中线的上侧) ;可动刻度每旋转一圈测微螺杆前进 (或后退) 0.5mm.在可动刻度的一周上平均刻有50条刻线, 所以相邻两条刻线间代表0.01mm.读数时, 从固定刻度上读取整、半毫米数, 然后从可动刻度上读取剩余部分 (因为是10分度, 所以在最小刻度后必须再估读一位) , 再把两部分读数相加, 得测量值.
答案: (1) 0.641mm (2) 10.294mm.
点拨:螺旋测微器是一种非常精确的长度测量工具, 对于它的读数, 我们一定要把握好.
二、验证力的平行四边形定则
1.原理:如图4所示, 两只弹簧秤成角度拉橡皮条和一只弹簧秤拉橡皮条的效果相同, 效果是指橡皮条的形变量 (大小和方向) 相同.
2.在画力的图示时, 必须有箭头、标度、刻度.
3.实验往往有一定的偶然误差, 只要用平行四边形定则求得的合力F和一只弹簧秤的拉力F′的图示大小和方向在误差允许的范围内相同就可以了.
(1) 实验器材
例1在做“验证力的平行四边形定则”的实验时, 所需的实验器材除了方木板、纸、图钉、细绳套、橡皮条、铅笔、刻度尺外, 还需要_________.
解析:由于实验中需要同时测定两个拉力的大小, 所以需要两只弹簧秤, 另外由于作图的需要, 还应配备一副三角板.
点拨:我们要求了解“验证力的平行四边形定则”实验设备的配置.
(2) 数据处理
例2橡皮筋的一端固定在A点, 另一端栓上两根细绳, 每根细绳分别连着一个量程为5N、最小刻度为0.1N的弹簧测力计, 沿着两个不同的方向拉弹簧测力计.当橡皮筋的活动端拉到O点时, 两根细绳相互垂直, 如图5 (a) 所示.这时弹簧测力计的读数可从图5 (a) 中读出.
(1) 由图可读得两个相互垂直的拉力的大小分别为________N和_________N. (只须读到0.1N) ;
(2) 在图5 (b) 的方格纸中按作图法的要求画出这两个力及它们的合力.
解析: (1) 读数时首先要注意弄清楚弹簧测力计的分度值为0.1N;
(2) 注意平行四边形中的实线、虚线的区别和箭头、标度、单位.
答案: (1) 2.5N和4.0N; (2) 如图6所示.
点拨:该实验的注意事项有:
(1) 实验中必须记录两只弹簧测力计互成角度拉橡皮条时结点的位置、两只弹簧测力计读数及方向和一只弹簧测力计拉橡皮条时的读数及方向;
(2) 两次实验结点位置必须相同 (效果相同) ;
(3) 互成角度拉橡皮条时, 角度不宜太大也不宜太小, 一般在60°～100°之间为宜.
三、练习使用打点计时器
1.纸带的选取:一般实验应用点迹清晰、无漏点的纸带中选取有足够多点的一段作为实验纸带;
2.根据纸带上点的密集程度选取计数点:打点计时器每打n个点取一个计数点, 则计数点时间间隔为n个打点时间间隔, 即T=0.02n (s) , 一般取n=5, 此时T=0.1s;
3.测量计数点间距离:为了测量、计算的方便和减小偶然误差的考虑, 测量距离时不要分段测量, 尽可能一次测量完毕, 即测量计数起点到其它各计数点的距离.如图7所示, 则由图可得:
(1) 释读打点计时器的纸带
例1打点计时器在纸带上的点迹, 直接记录了
(A) 物体运动的时间
(B) 物体在不同时刻的位置
(C) 物体在不同时间内的位移
(D) 物体在不同时刻的速度
解析:电火花打点计时器和电磁打点计时器都是每隔0.02s在纸带上打一个点.因此, 根据打在纸带上的点迹, 可直接反映物体的运动时间.因为纸带跟运动物体连在一起, 打点计时器固定, 所以纸带上的点迹就相应地记录了物体在不同时刻的位置.虽然用刻度尺量出各点迹间的间隔, 可知道物体在不同时间内的位移, 再根据物体的运动性质可算出物体在不同时刻的速度, 但这些量不是纸带上的点迹直接记录的.综上所述, 正确的选项为 (A) 、 (B) .
答案: (A) 、 (B) .
点拨:打点计时器的纸带就是实验现象的记录, 正确分析纸带信息, 是我们利用打点计时器进行相关实验的关键一步.
(2) 打点计时器数据分析
例2如图8所示, 打点计时器所用电源的频率为50Hz, 某次实验中得到的一条纸带, 用毫米刻度尺测量的情况如图8所示, 纸带在A、C间的平均速度为__________m/s, 在A、D间的平均速度为___________m/s, B点的瞬时速度更接近于___________m/s.
解析:由题意知, 相邻两点间的时间间隔为0.02s.AC间的距离为14mm=0.014m, AD间的距离为25mm=0.025m.
由公式
答案:0.35;0.42;0.35.
点拨:根据纸带记录的痕迹, 我们要能够结合长度测量分析出瞬时速度、平均速度等等相关物理量.
(3) 打点计时器实验误差分析
例3电磁打点计时器是一种使用交流电源的计时仪器, 当电源频率为50Hz时, 振针每隔0.02s在纸带上打一个点, 现在用此打点计时器测定物体的速度.当电源的频率低于50Hz时, 数据计算仍然是按照每隔0.02s打一个点来处理的.则测出的速度数值与物体的实际速度相比, 是偏大还是偏小?为什么?
解析:当电源频率低于50Hz时, 实验中实际时间间隔大于0.02s, 数值计算时如按照实际时间间隔, 得到实际速度.若计算时仍用0.02s作为时间间隔来计算, 实验数值比物体的实际速度偏大.
点拨:实验误差分析是我们进行科学探究实验的重要环节, 它对于实验结论的得出具有重要意义.
(4) 拓展实验
例4一个有一定厚度的圆盘, 可以绕通过中心的水平轴转动.用下面的方法测量它匀速转动时的角速度.
实验器材:电磁打点计时器, 米尺, 纸带, 复写纸片.
实验步骤:1.如图9所示, 将电磁打点计时器固定在桌面上, 将纸带的一端穿过打点计时器的限位孔后, 固定在待测圆盘的侧面上, 使得圆盘转动时, 纸带可以卷在圆盘侧面上.
2.启动控制装置使圆盘转动, 同时接通电源, 打点计时器开始打点.
3.经过一段时间, 停止转动和打点, 取下纸带, 进行测量.
(1) 由已知量和测得量表示的角速度的表达式为ω=___________.式中各量的意义是:_________.
(2) 某次实验测得圆盘半径r=5.50×10-2m, 得到的纸带的一段如图10所示.求得的角速度为__________.
解析: (1) 设T为电磁打点计时器打点的时间间隔, r为圆盘的半径, x1、x2分别是纸带上选定的两点所对应的米尺上的刻度值, n为选定的两点间的打点数 (含两点) .则纸带的速度为, 由于纸带与圆盘之间不打滑, 则圆盘边缘的线速度亦为, 由匀速圆周运动的规律有ω=联立上面两式可得圆盘匀速转动时的角速度为:
点拨:利用打点计时器求转盘的角速度, 这是本题的创新之处, 转盘边缘的线速度与纸带的线速度相等是解决本题的关键.此题的实验器材和实验步骤题干中已经给出, 不需考生自己设计, 对于此类常规试题略加变化的创新题型, 能否有效排除干扰信息, 直指问题关键是高考考查能力的一种全新命题方式.本题也可以在实验器材及实验步骤设计上进行深化考查, 从而变成设计性实验.
四、研究匀变速直线运动
1.实验原理
由纸带判断物体是否做匀变速直线运动.
设物体做匀变速直线运动, 加速度是a, 在各个连续相等的时间间隔T内的位移分别是……, 由运动学公式可得, 即连续相等的时间间隔内的位移差相等;也可运用v-t图象法:根据匀变速直线运动在某段时间中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度, 即求出打第n个计数点时纸带的瞬时速度, 再作出v-t图象, 求直线的斜率即物体运动的加速度.
2.注意事项
(1) 开始释放小车时, 应使小车靠近打点计时器;
(2) 先接通电源, 计时器稳定工作后, 再放开小车, 当小车停止运动时及时断开电源;
(3) 要防止钩码落地和小车跟滑轮相撞, 当小车到达滑轮前及时用手按住它;
(4) 牵引小车的钩码个数要适当, 以免加速度过大而使纸带上的点太少, 或者加速度太小, 而使各段位移无多大差别, 从而使误差增大, 加速度的大小以能在纸带上清楚地取得六、七个计数点为宜;
(5) 要区别计时器打出的点与人为选取的计数点, 一般在纸带上每隔五个点取一个计数点, 即时间间隔为0.1s.
3.加速度的求解
(1) 逐差法求加速度
(1) 根据Δs=aT2
可得s4-s1= (s4-s3) + (s3-s2) + (s2-s1) =3aT2
可得
加速度的平均值为:
本式也可这样理解: (也称一分为二法)
(2) 如果不用此法, 而用相邻的各s值之差计算加速度再求平均值可得:
比较两种方法, 方法 (2) 中只用了两段, 两方法 (1) 中用了6段, 后者误差较大.
(2) v-t图象求加速度
根据匀变速直线运动某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度, 即, 求出打第一、第二、第三…第n个计数点时纸带的瞬时速度, 作出v-t图象, 直线的斜率即为物体运动的加速度.
实验数据分析
例1在做“研究匀变速直线运动”实验时, 从打下的若干纸带中选出了如图11所示的一条 (每两点间还有4个点没有画出来) , 图中上部的数字为相邻两个计数点间的距离.打点计时器的电源频率为50Hz.
由这些已知数据计算: (1) 与纸带上D点相对应的瞬时速度v=_____________m/s;
(2) 该匀变速直线运动的加速度a=__________m/s2. (答案均要求保留3位有效数字)
解析: (1) 利用纸带可以求被测物体在任一计数点对应时刻的瞬时速度v, 如
(2) 利用纸带求被测物体的加速度a.可以用“逐差法”:从纸带上得到6个相邻相等时间内的位移, 则
答案: (1) 1.22m/s; (2) 2.02m/s2 (用逐差法或图象法求) .
点拨:解答本题我们要注意几个问题:
(1) 纸带处理:从打点计时器重复打下的多条纸带中选点迹清楚的一条, 舍掉开始比较密集的点迹, 从便于测量的地方取一个开始点O, 然后每5个点取一个计数点A、B、C、… (或者说每隔4个点取一个记数点) , 这样做的好处是相邻记数点间的时间间隔是0.1s, 便于计算.测出相邻计数点间的距离s1、s2、s3…, 如图12所示;
(2) 利用…可以计算相邻相等时间内的位移差, 如果它们在允许的误差范围内相等, 则可以判定被测物体的运动是匀变速直线运动
(3) 计算加速度还可以利用 (1) 中任意两段相邻记数点间的位移求a:如
(4) 利用如图13所示的v-t图象的斜率求a.
(2) 原理
例2如图14所示, 某同学在做“研究匀变速直线运动”实验中, 由打点计时器得到表示小车运动过程的一条清晰纸带, 纸带上两相邻计数点的时间间隔为T=0.10s, 其中S1=7.05cm、S2=7.68 cm、S3=8.33 cm、S4=8.95cm、S5=9.61cm、S6=10.26cm, 则A点处瞬时速度的大小是_________m/s, 小车运动的加速度计算表达式为_____________, 加速度的大小是___________m/s2 (计算结果保留两位有效数字) .
解析:在匀变速直线运动中, 某一段时间的时间中点的瞬时速度等于这一段时间的平均速度, 所以在匀变速直线运动中, 连续相等的时间间隔内位移的增加量相等, 即ΔS=aT2, 由于此处给足了6段连续位移值, 故应使用逐差法.
点评:本题考查用打点计时器研究匀变速直线运动的两个实验原理, 要求考生对此应有清晰的理解和灵活运用能力, 这两个实验原理在探究自由落体、探究动能定理和验证机械能守恒定律等实验中也会用到.
(3) 生活应用
例3利用打点计时器研究一个约1.4m高的商店卷帘窗的运动.将纸带粘在卷帘底部, 纸带通过打点计时器随帘在竖直面内向上运动.打印后的纸带如图所示, 数据如表格1所示.纸带中AB、BC、CD……每两点之间的时间间隔为0.10s, 根据各间距的长度, 可计算出卷帘窗在各间距内的平均速度v.可以将v近似地作为该间距中间时刻的瞬时速度v.
(1) 请根据所提供的纸带和数据, 在图16中绘出卷帘窗运动的v-t图线;
(2) AD段的加速度为_________m/s2, AK段的平均速度为____________m/s.
要求, 把各段时间的平均速度当做这段时间中间时刻的瞬时速度, 可算出一系列时刻的速度, 见表2.根据表中数据在v-t图上描点画出图象, 如图17所示.由图象可以看出, 卷帘窗开始做匀加速直线运动, 中间有一段作匀速运动, 然后作加速度变化的运动.AD段的加速度可由v-t图对应段的斜率确定, 为5m/s2.AK段的平均速度可根据表2中数据由公式算出, 为1.39m/s.
答案: (1) 5m/s2 (2) 1.39m/s.
点拨:本题实验情景新颖, 紧密贴近生活实际, 很有现实意义.这道题主要考查考生的实验迁移能力和用作图法处理实验数据的能力.要研究物体的运动, 利用打点计时器把运动记录下来是一种可供选择的方法.用图象处理数据可以把物体各阶段的运动性质清楚地反映出来.
五、探究小车速度随时间变化的规律
(一) 用打点计时器测小车的速度的实验步骤
1.把一端附有滑轮的长木板平放 (一高一低可否?) 在实验桌上, 并使滑轮伸出桌面, 把打点计时器固定在长木板上远离滑轮的一端, 连接好电路;
2.把一条细绳拴在小车上, 使细绳跨过滑轮, 下边挂上合适的钩码, 先接通电源, 然后放开小车, 让小车拖着纸带运动, 打完一条后立即关闭电源.
(二) 本实验特别要注意的事项
1.固定打点计时器时应让限位孔处在长木板的中央位置;
2.滑轮不能过高;
3.应考虑复写纸与纸带的位置关系;
4.钩码数量不能过多, 长木板两端高低相差不能太大;
5.小车应由紧靠打点计时器处开始释放, 在撞击长木板末端前应让小车停止运动, 防止小车从板上掉下来;
6.先接通电源, 后让纸带运动;
7.打点结束后立即关闭电源.
例在探究小车速度随时间变化规律的实验中, 得到一条记录小车运动情况的纸带, 如图18所示.图中A、B、C、D、E为相邻的计数点, 相邻计数点的时间间隔为T=0.1s.
(1) 根据纸带上的数据, 计算B、C、D各点的瞬时速度数据, 填入表中;
(2) 在坐标纸上作出小车的v-t图象.
解析:由纸带表明的数据可以计算任意相邻位置之间的位移, 然后求纸带上各点的速度和加速度.
(1) 由纸带的标注可以求出xAC=27.6cm
xBD=xAD-xAB=60.3-7.5=52.8cm
xCE=xAE-xAC=105.6-27.6=78cm
匀变速直线运动物体在一段时间内的平均速度等于该时刻的瞬时速度, 所以:
(2) 在图象上取合适的单位严格描点, 这些点大致分布在一直线上, 不能位于直线上的点要尽量对称分布于直线两侧, 得到小车的v-t图象, 如图19所示.
六、探究加速度与力、质量的关系
在利用打点计时器和小车做“探究加速度与力、质量的关系”的实验时, 实验前为什么要平衡摩擦力?牛顿第二定律表达式F=ma中的F是物体所受的合外力, 在本实验中, 如果不采用一定的办法平衡小车及纸带所受的摩擦力, 小车所受的合外力就不等于细绳的拉力, 而应是细绳的拉力和系统所受的摩擦力的合力.因此, 在研究加速度a和外力F的关系时, 若不计摩擦力, 误差较大, 若计摩擦力, 其大小的测量又很困难;在研究加速度a和质量m的关系时, 由于随着小车上的砝码增加, 小车与木板间的摩擦力会增大, 小车所受的合外力就会变化 (此时长板是水平放置的) , 不满足合外力恒定的实验条件, 因此实验前必须平衡摩擦力.
应如何平衡摩擦力?怎样检查平衡的效果?有人是这样操作的:把如图20所示装置中的长木板的右端垫高一些, 使之形成一个斜面, 然后把实验用小车放在长木板上, 轻推小车, 给小车一个沿斜面向下的初速度, 观察小车的运动情况, 看其是否做匀速直线运动.如果基本可看作匀速直线运动, 就认为平衡效果较好.这样操作有两个问题:一是在实验开始以后, 阻碍小车运动的阻力不只是小车受到的摩擦力, 还有打点计时器限位孔对纸带的摩擦力及打点时振针对纸带的阻力, 在上面的做法中没有考虑后两个阻力;二是检验平衡效果的方法不当, 靠眼睛的直接观察判断小车是否做匀速直线运动是很不可靠的.正确的做法是:将长木板的末端 (如图中的右端) 垫高一些, 把小车放在斜面上, 轻推小车, 给小车一个沿斜面向下的初速度, 观察小车的运动, 当用眼睛直接观察可认为小车做加速度很小的直线运动以后, 保持长木板和水平桌面的夹角不动, 并装上打点计时器及纸带, 在小车后拖纸带, 打点计时器开始打点的情况下, 给小车一个沿斜面向下的初速度, 使小车沿斜面向下运动.取下纸带后, 如果在纸带上打出的点子的间隔基本上均匀, 就表明小车受到的阻力跟它的重力沿斜面的分力平衡.
例1在“探究加速度与力、质量的关系”实验中, 实验装置如图21所示, 研究加速度与力的关系时得到如图22所示的图象, 试分析其原因.
解析:在做a-F关系实验时, 用砂和砂桶重力mg代替了小车所受的拉力F.
事实上, 砂和砂桶的重力mg与小车所受的拉力F是不相等的, 这是产生实验系统误差的原因.为此, 必须根据牛顿第二定律分析mg和F在产生加速度问题上存在的差别.由图象经过原点知, 小车所受的摩擦力已被平衡.设小车实际加速度为a, 由牛顿第二定律可得:
若视F=mg, 设这种情况下小车的加速度为a′, 则.在本实验中, M保持不变, a与mg (F) 成正比, 而实际加速度a与mg成非线性关系, 且m越大, 图象斜率越小.理想情况下加速度a′与实际加速度a差值为
上式可见, m取不同值, Δa不同, m越大, Δa越大.当M m时, a≈a′, Δa→0, 这就是要求该实验必须满足M m的原因所在.
本题误差是由于砂及砂桶质量较大, 不能很好满足M m造成的.
点拨:本实验的误差来源:因原理不完善引起的误差, 本实验用砂和砂桶的总重力mg代替小车的拉力, 而实际小车所受的拉力要小于砂和砂桶的总重力, 这个砂和砂桶的总质量越接近小车和砝码的总质量, 误差越大, 反之砂和砂桶的总质量越小于小车和砝码的总质量, 由此引起的误差就越小.因此满足砂和砂桶的总质量m远小于小车和砝码的总质量M的目的就是为了减小因实验原理不完善而引起的误差.此误差可因为m M而减小, 但不可能消去此误差.
例2利用如图23所示的装置做“探究牛顿第二定律”实验, 甲同学根据实验数据画出的小车的加速度a和小车所受拉力F的图象为图24中的直线Ⅰ, 乙同学画出的a—F图象为下图24中的直线Ⅱ.直线Ⅰ、Ⅱ在纵轴或横轴上的截距较大, 明显超出了误差范围, 下面给出了关于形成这种情况原因的四种解释, 其中可能正确的是 ()
(A) 实验前甲同学没有平衡摩擦力
(B) 甲同学在平衡摩擦力时, 把长木板的末端抬得过高了
(C) 实验前乙同学没有平衡摩擦力
(D) 乙同学在平衡摩擦力时, 把长木板的末端抬得过高了
解析:图象Ⅰ在纵轴上有较大的截距, 说明在绳对小车的拉力F=0 (还没有挂砂桶) , 小车就有了沿长木板向下的加速度a0.设长木板与水平桌面间的夹角为θ, 小车所受的重力mg沿长木板向下的分力应为mgsinθ, 长木板对小车的摩擦阻力应为μmgcosθ, 又设运动系统所受的其他阻力为f (可视为定值) , 则应有mgsinθ- (μmgcosθ+f) =ma0, 在此式中m、g、μ、f为定值, 如果适当减小θ值, 可使sinθ减小而cosθ值增大, 实现a0=0, 图象起点回到坐标系的原点.图象Ⅱ在横轴上有较大的截距, 说明乙同学在实验前没有平衡摩擦力, 因此在绳对小车有了较大的拉力F以后, 小车的加速度仍然为零, 其原因如例1所述.由上述分析可知, (B) 、 (C) 选项的叙述正确.
点拨:我们在分析本题时必须明白这样两点:
(1) 关键分析截距及其物理意义;
物理力学实验演示报告 篇4
我们学习的知识重在应用，对大学生来说，演示实验不仅开动了我们思考的马达，也让我们更好地把物理知识运用到了实际现象的分析中去，
使我们不但对大自然产生了以前没有的敬畏和尊重，也有了对大自然探究的好奇心，我想这是一个人做学问最最重要的一点。
因此我想在我们平时的学习中，要带着一种崇敬的心情和责任感，认认真真地学习，踏踏实实地学习，只有这样，我们才能真正学会一门课，学好一门课。
此外，我觉得我们不能将眼光仅仅定位在事物的表面，不能被眼镜所欺骗，要认真的分析，理解，找出事物背后的真理;不仅在物理，生活中更应如此，
只有这样我们才能成为一个完美的人，我想这也是为什么大纲上要安排这样一个演示实验的目的所在。
1、锥体上滚
实验目的：
1、通过观察与思考双锥体沿斜面轨道上滚的现象，使学生加深了解在重力场中物体总是以降低重心，趋于稳定的运动规律。
2、说明物体具有从势能高的位置向势能低的位置运动的趋势，同时说明物体势能和动能的相互转换。
实验仪器：锥体上滚演示仪实验原理：能量最低原理指出：物体或系统的能量总是自然趋向最低状态。
本实验中在低端的两根导轨间距小，锥体停在此处重心被抬高了;相反，在高端两根导轨较为分开，锥体在此处下陷，重心实际上降低了。
实验现象仍然符合能量最低原理。
实验步骤：
1、将双锥体置于导轨的高端，双锥体并不下滚;
2、将双锥体置于导轨的低端，松手后双锥体向高端滚去;
3、重复第2步操作，仔细观察双锥体上滚的情况。
2、声波可见
实验目的：借助视觉暂留演示声波。
实验仪器：声波可见演示仪。
实验原理：不同长度，不同张力的弦振动后形成的驻波基频、协频各不相同，即合成波形各不相同。
本装置产生的是横波，可借助滚轮中黑白相间的条纹和人眼的视觉暂留作用将其显示出来。
实验步骤：
1、将整个装置竖直放稳，用手转动滚轮。
2、依次拨动四根琴弦，可观察到不同长度，不同张力的弦线上出现不同基频与协频的驻波。
3、重复转动滚轮，拨动琴弦，观察弦上的波形。
注意事项：
1、滚轮转速不必太高。
2、拨动琴弦切勿用力过猛。
3、弹性碰撞演示仪
实验目的：本实验用于演示正碰撞和动量守恒定律，形象地显现弹性碰撞的情形。
实验原理根据动量守恒定律可知，如果正碰撞的两球，撞前速度分别为V10和V20，碰撞后的速度分别为V1和V2，质量分别为m1时，
则分离速度等于接近速度解式(1)和式(2)可得：若m1=m2=m;e=1则v1=0，v2=v10，即球1正碰球2继续以V10的速度正碰球3，等等以此类推，实现动量的传递。
实验器材1、实验装置如实验原理图示：一底座2—支架4—拉线5—调节螺丝2、技术指标钢球质量：m=70、2kg直径：l=735mm拉线长度：图片已关闭显示，点此查看L=55mm实验操作与现象器置于水平桌面放好，调节螺丝，使七个钢球的球心在同一水平线上。
2、将一端的钢球拉起后，松手，则钢球正碰下一个钢球，末端的钢球弹起，继而，又碰下一个钢球，另一端的钢球弹起，循环不已，中间的五个钢球静止不动。
但在一般情况下，两球碰撞时，总要损失一部分能量，故两端的钢球摆动的幅度将逐渐减弱。
注意事项操作前一定将七个钢球的球心调至同一水平线上，否则现象不明显。
理想情况下，物体碰撞后，形变能够恢复，不发热、发声，没有动能损失，这种碰撞称为弹性碰撞(elasticcllisin)，又称完全弹性碰撞。
真正的弹性碰撞只在分子、原子以及更小的微粒之间才会出现。
生活中，硬质木球或钢球发生碰撞时，动能的损失很小，可以忽略不计，通常也将它们的碰撞看成弹性碰撞。
碰撞时动量守恒。
当两物体质量相同时，互换速度。
4、大型闪电盘(辉光盘)演示实验
实验目的：观察平板晶体中的高压辉光放电现象。
实验仪器：大型闪电盘演示仪
实验原理：闪电盘是在两层玻璃盘中密封了涂有荧光材料的玻璃珠，玻璃珠充有稀薄的惰性气体(如氩气等)。
控制器中有一块振荡电路板，通过电源变换器，将12V低压直流电转变为高压高频电压加在电极上。
通电后，振荡电路产生高频电压电场，由于稀薄气体受到高频电场的电离作用二产生紫外辐射，玻璃珠上的荧光材料受到紫外辐射激发二发出可见光，其颜色由玻璃珠上涂敷的荧光材料决定。
由于电极上电压很高，故所发生的光是一些辐射状的辉光，绚丽多彩，光芒四射，在黑暗中非常好看。
实验步骤：插上220V电源，打开开关;调高电位器，观察闪电盘上图像变化，当电压超过一定域值后，盘上出现闪光;缓慢调低电位器到闪光恰好消失，对闪电盘拍手或说话，观察辉光岁声音的变化。
注意事项：
【实验目的】：借助视觉暂留演示声波。
【实验仪器】：声波可见演示仪。
【实验原理】：不同长度，不同张力的弦振动后形成的驻波基频、协频各不相同，即合成波形各不相同。
本装置产生的是横波，可借助滚轮中黑白相间的条纹和人眼的视觉暂留作用将其显示出来。
【实验步骤】：
1、将整个装置竖直放稳，用手转动滚轮。
2、依次拨动四根琴弦，可观察到不同长度，不同张力的弦线上出现不同基频与协频的驻波。
3、重复转动滚轮，拨动琴弦，观察弦上的波形。
【注意事项】：
1、滚轮转速不必太高。
2、拨动琴弦切勿用力过猛。
【实验目的】：演示翼形升力的产生。
【实验仪器】：飞机升力演示仪。
【实验原理】：一般翼型的前端圆钝、后端尖锐，上表面拱起、下表面较平，呈鱼侧形。
当气流迎面流过机翼时，原来是一股气流，由于机翼的插入，被分成上下两股。
通过机翼后，在后缘又重合成一股。
由于机翼上表面拱起，使上方的那股气流的通道变窄，流速加快。
根据伯努利原理可以得流速大的地方压强小。
机翼上方的压强比机翼下方的压强小，也就是说，机翼下表面受到向上的压力比机翼上表面受到向下的压力要大，这个压力差就是机翼产生的升力。
【实验步骤】：
1、打开位于底座前方的电源开关，用手感受一下出风口处的气流;
2、把手移开，观察到小球从管内升起;
3、用手挡住出风口，小球立即从管内下落;
4、重复操作2、3，观察小球在管内的起落。
5、实验结束，关闭电源。
【注意事项】：如果小球不能从管内升起，适当调节机翼的高度，使机翼的上部对准气咀，使流过机翼上部的气流最大。
【思考】：飞机的机翼为何做成上凸下平的形状?
【实验目的】：
1、通过观察与思考双锥体沿斜面轨道上滚的现象，使学生加深了解在重力场中物体总是以降低重心，趋于稳定的运动规律。
2、说明物体具有从势能高的位置向势能低的位置运动的趋势，同时说明物体势能和动能的相互转换。
【实验仪器】：锥体上滚演示仪
【实验原理】：能量最低原理指出：物体或系统的能量总是自然趋向最低状态。
本实验中在低端的两根导轨间距小，锥体停在此处重心被抬高了;相反，在高端两根导轨较为分开，锥体在此处下陷，重心实际上降低了。
实验现象仍然符合能量最低原理。
【实验步骤】：
1、将双锥体置于导轨的高端，双锥体并不下滚;
2、将双锥体置于导轨的低端，松手后双锥体向高端滚去;
3、重复第2步操作，仔细观察双锥体上滚的情况。
【注意事项】：
1、不要将锥体搬离轨道。
2、锥体启动时位置要正，防止它滚动时摔下来造成变形或损坏。
【实验目的】：了解扫描成像原理及视觉暂留现象。
【实验仪器】：扫描成像原理演示仪。
【实验原理】：本仪器中的铝盘上沿螺旋线均匀排布小孔，目的是使盘旋转时小
孔能够从上到下依次扫过画面，有如电视机中的逐行扫描、画面虽然是被依次扫过，只要扫过整个画面的时间短于人眼的视觉暂留时间，人眼看到的就是一幅完整的画面、
【实验步骤】：
1、接上电源，打开仪器电源开关;
2、观察窗口处铝盘小孔及其后面的图画，此时看不到完整的的画
3、顺时针旋转仪器正面板右下角的调速旋钮，使铝盘转起来、先使旋钮上的箭头旋至“起动”位置，待铝盘转动平稳后再将旋钮上的箭头旋至“运行”位置;
4、透过铝盘上的小孔观察其后面的图画，发现可看到一幅完整的画
5、注意在铝盘转速由慢变快的过程中，其后面的图画由看不见，到断续看见，到连续看见一幅完整画面的过程、
【注意事项】:
1、因铝盘的转动惯量较大，起动时需加较大电压，一旦启动就要把电压调到正常值，以免转速过大，图片已关闭显示，点此查看仪器不稳、
高中物理力学实验改进的探究 篇5
【关键词】高中物理；力学；实验；改进
物理概念的建立、规律的发现都基于物理实验的基础上，如果离开了实验，物理教学无异于无源之水、无本之木。实验教学可以激发学生的学习兴趣，培养学生的操作技能，提高学生勇于探索的精神。但由于以考分为本的价值取向尚未革除，当前高中物理教学受困于应试教育，教师急功近利，片面地认为“做实验不如讲实验、讲实验不如背实验”，以机械灌输为基本方法，以讲授替代思考、探究，以致学生的操作能力缺失。
一、高中物理力学实验教学存在的问题
1.演示实验趋向程式化。力学缺乏科学性，变成固定的程式，以特殊替代一般，如在运用挂钩码的方式演示合、分力的关系时，部分教师为了“方便”，两个边相互垂直且大小之比为4：3，这样操作看似简单，能让学生感受合力的大小在数值上不等于两部分的代数和，但由于具体一定的特殊性，难以产生很强的说服力。部分教师选取的实验过于繁琐，或受到摩擦力等因素的影响，演示效果不尽如人意。
2.分组实验难出效果。实验仪器旧、精度不高、实验条件不足、仪器数量不足的现象影响了学生分组实验的完成，学生采集记录数据不科学，影响了实验结果的分析。部分教师过于依赖媒体，以模仿演示替代学生的分组实验，不利于学生动手操作能力的培养。
二、力学实验的改进原则
1.趣味性。“未见意趣，必不乐学。”兴趣是维系学生学习的强大动力，学生有了兴趣，会思维活跃，学习也走向高效。教师要利用恰当的实验集中学生的注意力，开启学生的思维，引发学生的思考。
2.直观性。成功的实验往往取决于实验现象是否直观清晰，结论的获得是否较为直接。教师要通过选取衬托背景、适宜观察角度、放大实验器材等方式增强实验效果，给学生带来直观的感受。
3.简易性。改进后的实验力求时间短、易于操作，因而具有生命力，容易被学生的心理所接受。教师若一味追求精、高，往往会因为实验时间长、实验效果不明显等问题而使实验趋于低效。
4.科学性。教师要注重实验过程的设计，原理要准确、方案要科学、操作要合理，器材、装置的选择要科学规范，才能真实地呈现物理现象，帮助学生正确地理解概念、掌握规律。
三、力学演示实验的改进途径
1.以小实验增加教学的趣味性。教师要选择身边的物品，挖掘生活中的实验资源，开展力学实验，增加教学的趣味性。如在演示物体下落的快慢与物体重力无关的实验中，教师可以选择身边常见的复印纸、一元硬币，让学生将它们从同一高度由静止一起释放，会发现纸片飘着下落，而硬币下落的速度明显比纸片，易得到“重的物体比轻的物体下落的速度快”的结论。教者再引导学生改变外在因素的影响，将纸揉成团，再由同一位置从静止同时释放，可以看到硬币和纸片几平同时落地，从而能得出物体下落的快慢与物体的重力无关的结论。
2.改进效果不理想的演示实验。教师要针对实验现象不明显的内容进行合理地改造，提高可观性，让学生能清晰地看到形象直观的演示过程。如人教版教材中“重力”的内容中有重心位置确定的实验，教材中提供了悬挂法找重心的实验，是以一块光滑完整的方形木块，正面帖上同样大的白纸，但是不能调动学生的感官参与，教者根据实际需要，在白纸上画出对角线，其交点即是木块的重心。当重心作用线刚好落在模板的支持面上时木板稳定，当处于支持面外时，就会倾倒。
3.借助于多媒体丰富呈现方式。教师可借助于视频、动画等方式模拟情景，调整播放速度，让学生能清晰观察现象，实现由感性到理性的升华。
四、力学分组实验的改进途径
1.对实验细节的改进。在传统教学中，教师往往注重理论上的合理性与可能性，而忽视了实际操作中面临的问题，因而在细节上现现处理不严谨的情况。如在用钢球进行平抛运动的实验时，但由于在斜槽拐弯处小球与水平槽有碰撞，易造成小球飞离斜槽末端的瞬间有向上的分速度，抛出点并不位于斜槽的末端。教者对实验装置进行改进，取一个壁较硬的玻璃瓶，瓶内装水，水位要高些，要水平端末端加一段更细的硬管，喷出的水柱会形成弯曲的弧线，这就是水平抛运动形成的轨迹。但瓶内液面的下降会使水柱弧度发生变化，对描点的准确性产生干扰，教者可以将装水的瓶子换成5L的大瓶子，使液面变化变得慢些，以提高实验的效果。
2.减少实验误差。改进实验器材的结构缺陷与精度、完善实验原理可以减少系统误差。如在探究加速度与力的关系实验中，钩码带动小车一起做匀加速，只有砝码的质量m远小于小车的质量M时才能说拉力等于钩码的重力，在运动过程中还要受到摩擦力的作用，因而会产生加速度与拉力不成正比关系的结论。教师可以将打点计时器一端垫高些，以平衡摩擦力；为保证加大拉力时的实验效果，将钩码托盘和钩码换成塑料小桶和细沙。
总之，我们高中物理教师要在搜集资料、挖掘资源的基础上对实验进行改进，能提高实验效果，在培养学生动手操作能力和创新精神的同时，让他们感受到物理实验的乐趣。
【参考文献】
实验力学实验报告 篇6
土力学是一门以实验为基础的自然科学,土力学实验是土力学教学中重要的组成部分。在土力学的传统实验教学中,教师采用传统教学媒体来讲解和演示,例如图片、黑板等,大多数学生对于规范的实验操作比较难掌握,实验能力也难于培养。录像作为一种辅助的教学手段,具有形象直观、知识容量大、时间短、背景集中等特点,在实验教学领域被广泛应用。该研究将会为土力学实验录像资源开发提供理论支持与依据。
二、录像教学的优点
1.生动、直观、形象。录像教学图文、音形并茂,色彩变幻、图片和动画新颖有趣,插入的音像材料能够直奔主题,传统的讲授教学就显得枯燥、单调得多。录像教学不仅形象生动、直观,印象清晰,而且还可以突出重点,抓住关键环节。采取重播、快放、慢放、定格等表现手法,有利于学生掌握好关键的技术环节。
2.逻辑性强、信息量大。录像教学感染力强,使学生的大脑处于积极的工作状态,信息量大。
3.录像教学可最大限度地提高授课效率。采用录像教学学生学习积极性比较高,课堂气氛轻松、活跃, 善于发现问题,勇于向教师提出问题,乐于请教。
三、实验录像应用于土力学实验教学的评价分析
利用2015级水利实验班学生进行准实验研究,将带教的1个班级分为实验组和对比组,实验学生共30人,实验组2个组为12人,对比组3个组为18人。在一个学期的时间内,实验组运用录像辅助教学,对比组采用常规教学方式,在实验结束后,对实验组和对比组的数据进行对比,对录像辅助教学的效果进行评价。 实验的评价分为三个方面:基础知识的理解、实验操作技能、实验结果的记录与分析能力。
(一)“基础知识的理解”分析
1.分析评价指标。此部分的考核方法是采用试卷测评。教师根据实验的基本内容和原理编制试卷,对学生进行考核,统计学生平均答对率,并对结果进行比较。
2.指标结果分析。“基础知识的理解”着重于土力学试验基础知识的理解,实验结束后对实验组和对照组进行了测试,此结果作为本实验“基础知识的理解” 评价内容的测试结果。结果见表1。
通过表1数据可以看出,实验结束后,实验组的成绩较好,而对照组的成绩明显较差,这说明通过录像教学,学生对于基础知识的理解更加深刻。
(二)“实验操作技能”分析
1.考核评价指标。实验操作技能的考核方法是学生自评。教师编制详细的实验操作技能评分细则,并对操作步骤进行赋分,学生对照自己在实验中的操作过程给自己打分,同时改正在实验操作中不曾注意到的细节,便于以后进行改进,有利于学生更好地掌握实验操作技能。
本项目分为实操限时、仪器操作等环节。评分细则如下:(1)实操限时(35分):在60分钟之内完成者满分,每超时1分钟,扣7分,65分钟未完成者0分。(2)仪器操作(65分):取土样、压缩仪操作、测定土的含水率无误者满分。1按需要选择切土环刀,面积为30cm2, 将一薄层凡士林涂在环刀内壁,刀口应向下放在土样上。操作失误者扣2分。2一边压一边削,环刀不可偏心入土,使整个土样进入环刀,直至凸出环刀为止,然后用削土刀将两端凸出余土削去修平,擦净环刀外壁。操作失误者扣5分。3测定土样密度,称出环刀和土的质量,电子天平操作正确。操作失误者扣2分。4测定土样压缩前含水率,选取两个铝盒,检查盒身与盒盖的号码,确定一致。称量两个铝盒的质量,并记录数据。选取试样15~30g,放入盒内,立即盖好盒盖。称量两个铝盒和试样的总质量,并记录数据,电子天平操作正确。操作失误者扣4分。5在固结仪的固结盒内将带有试样的切土环刀装上(刀口向下)。操作失误者扣3分。6在固结容器内按顺序放好压缩仪器设备(从上到下):定向钢球、加压板、加压导环、透水石、 洁净而润湿的滤纸、带有试样的切土环刀、洁净而润湿的滤纸、透水石。操作失误者扣5分。7检查各部分连接处,确定是否转动灵活。操作失误者扣3分。8平衡加压部分。转动平衡锤,目测上杠杆,直到上杠杆水平时,将装好的压缩盒放到框架内上横梁下,使压缩盒的球柱与上横梁压帽的中心微接触。操作失误者扣5分。9横梁与球柱接触后,将活塞杆插入,将测微表装上,使活塞杆顶面与测微表表脚接触。操作失误者扣5分。10调节表脚和量表杆头使其可伸长的长度不小于8mm。操作失误者扣3分。11为确保压缩仪各部位接触良好,施加1k Pa的预压荷重,再将测微表上的长针调整到零,读测微表初读数R0。操作失误者扣3分。 12加载等级:按教学需要本次实验定为五级,分别为0.5、1.0、2.0、3.0、4.0kg/cm2;加荷载时注意安全,防止荷载放置不稳定而受伤。操作失误者扣5分。13每级荷载加荷时间25分钟,按顺序记下各个时间节点测微表读数,读数精确到0.01mm。操作失误者扣5分。14实验结束后,按顺序整理仪器,先卸掉砝码,然后卸下测微表,升起加压框架,再移出压缩盒,取出试样,将仪器擦洗干净。错误者扣5分。15测定土样压缩后含水率。 操作失误者扣4分。16打开盒盖,放入烘箱内。将烘箱温度调整至105℃~110℃,并打开开关烘干土样至恒重,大约8小时。打开烘箱,将试样取出,盖好盒盖放入干燥器内冷却,称出盒与干土质量。电子天平操作正确。错误者扣4分。17实验结束后,台面清理干净。不干净者扣2分
2.试验结果分析。由实验操作评分细则可以看出, 实验操作部分的得分高低反映了学生动手能力的高低,特别是实验操作技能的强弱。将学生的自测成绩进行统计,实验结果见表2。
通过数据发现,对照组和实验组之间的差异并不显著,但是实验组的实验操作自评得分比对照组的实验操作自评得分高,表明实验录像教学方式对培养学生的实验操作技能和动手能力有一定的作用。
(三)“实验结果的记录与分析能力”分析
1.考核分析指标。此部分以《实验报告册》作为考核方法,教师根据学生实验报告册的完成情况,来考察学生实验结果的记录和分析能力,然后统计优秀率,并进行比较。
实验报告考核细则(100分):字迹清楚、书写规范、计算正确、图表正确者满分。(1)字迹潦草扣5分; (2)表格填写不规范扣5分;(3)不用铅笔画图扣5分; (4)图中曲线不光滑扣5分;(5)图中曲线趋势不正确扣40分;(6)计算不正确扣40分。
2.结果分析。考察《实验报告册》的完成情况,并给出优秀的标准,即完整记录实验结果,同时科学进行实验数据分析,以此标准来统计实验组和对照组中优秀者所占的比例。
通过数据发现,实验的实验组优秀率大于对照组,表明录像对于提高学生“实验结果的记录与分析能力”有明显效果。
四、结论
通过对土力学实验的研究,将实验录像应用于实验教学中,对基础知识的理解、实验操作技能、实验结果的记录与分析能力三个方面的内容进行了对比分析,实验组相较于对照组,其实验组的学生对于基础知识理解更好、实验操作技能更优、实验结果的记录与分析能力更强。这表明实验录像的运用是一种较好的实验教学手段,相对于传统的实验教学方法而言, 有较好的教学效果。
五、意见与建议
本研究仅针对土力学实验中的某一个实验进行了一个学期研究,实验学生的数量较少,研究的内容仅三个方面。在今后的研究中,需要将实验数目增多, 区分实验的难易分类;增加实验的学生数和分组数, 使得数据更丰富;研究的时间加长,使得研究成果更加丰富,为土力学实验的教学改革提供理论和数据支撑。
参考文献
[1]贾彩虹.土力学实验课教学的改革与创新[J].实验科学与技术,2010,(2):115-117.
[2]程绍芳.运用录像教学提高武术教学质量[J].体育学刊,2004,(3):78-79.
[3]王俊杰.工程类专业土力学实验教学改革思考[J].高等建筑教育,2009,(6):100-114.
初中物理力学实验探究感悟 篇7
一、探究步骤的偏重选择
实验探究有七个步骤:提出问题——猜想、假设———设计实验———进行实验———分析实验现象 (数据) ———得出结论———评估交流。初二物理单摆探究实验已经完整地展示了这些步骤, 学生也熟悉了探究全程应经历的方法。初中物理实验探究, 可循序渐进地让学生按目的快速完成提出问题、猜想与假设, 把重点放在引导学生设计并进行实验、分析实验现象、得出结果这些步骤上。例如:压力的作用效果跟什么因素有关的实验探究, 在“提出问题”与“猜想与假设”这两个阶段, 学生根据生活经验与实例, 可很快提出问题, 并得出合理的猜想。在“设计实验”中引导学生分析:影响压力效果的因素有两个, 应采取什么研究方法?如何使用控制变量法进行实验探究?在学生分析现象、总结结论时往往会忽略控制的变量, 教师可以用质疑的方式进行分析:实验结论完整吗?学生通过思辨探究后, 能得出正确完整的结论。实践证明, 对探究步骤的偏重选择, 提高了探究实验的实效。
二、对不规范结论的校正
用简洁明快、规范的语言来描述实验现象, 并分析归纳概括出实验结论, 是学生物理学习中的一大难点。在力学教学中可用口述、对比、评估得出较规范结论后再让学生记录, 来提高学生对物理现象、实验结论表述的能力。如:在“影响压力作用效果的因素”的实验探究中, 学生的结论有很多, 如:影响压力作用效果的因素是压力的大小和受力面积;压力越大, 压力作用效果越明显;受力面积越大, 压力作用效果越不明显等不够规范、不够准确的实验结论。教师引导学生在结论中加入所控制的变量, 使实验结论表述准确、完整。通过这样的训练, 学生用规范语言描述实验结论的能力会得到明显提高。
三、数学图像法在研究力学规律中的应用
用数学中的图像法分析实验数据, 找出物理规律, 学生乐于接受并能激发学习兴趣。例如:物体质量和体积的关系, 通过用实验数据作出图像, 学生观察图像后很快得出结论:同一物质质量与体积成正比, 不同物质比值不同。再如:重力和质量是学生在生活中混淆不清的两个概念, 通过物体m与G的图像, 可直观地让学生知道物体的重力与质量成正比, 且比值是g=9.8N/kg。学生在图像中也能找到重力和质量二者混淆不清的原因, 让学生走出理解的误区。
四、教学难点分散有序可循
对于物理计算与应用的问题, 学生虽然有一定的数学基础, 但物理学公式字母含有物理意义, 物理计算中需使用规范、配套的单位, 这与数学计算有区别。初中力学计算依然要重视物理公式计算中的单位, 且力学计算中的单位换算依然是学生的难点, 可采用难点分散的方法。例如:
体积单位:cm3与m3、dm3与m3的换算, 分别在第六章ρ=m/v、第十四章F=ρ液V排g两处反复进行训练。
面积单位:结合第十四章P=F/s及各变式的应用中完成。
质量单位:在第六章ρ=m/v与第十三章G=mg两部分不断训练。
这样让学生把单位换算这一难点分散消化, 达到分散难点、突破重点的教学效果。
五、生活体验在力学中的运用
杜威斯说:“教育就是经验的改造或改组。经验是进行有效学习的基础, 应当获得尊重和利用”。力学现象在生活中无处不在, 初中学生对这类现象有很多的体验和感悟, 教师可充分利用学生现有的生活体验来建立物理概念, 得出物理规律, 理解物理知识的应用, 走“生活 (科技) ———物理———生活 (科技) ”的思路。新课程也强调面向社会, 联系学生日常生活、联系社会实际和科技新进展, 尤其是要联系那些与学生生活、当今社会实际、现代化技术等与物理问题有关的现象, 分析归纳出相应的物理知识, 培养学生把生活实际中的具体问题抽象成理论问题的能力和应用所学知识解决实际问题的能力, 使学生体会到物理学习的乐趣和意义。例如:力的作用效果及影响因素, 生活中学生感受力的体验比较多, 可由学生自己表述感受到的力的效果的实例, 如:压图钉帽手不疼, 压图钉尖手疼, 说明影响力的作用效果因素及物体间力的作用是相互的。将学生生活中习以为常、不加以注意的力学现象, 根据知识内容有选择地利用, 使学生从事实中获得明确、具体的物理知识。
六、渗透符合认知规律的研究方法
新教材中的力学, 进一步强调学生体验知识的产生与发展的过程, 从而使他们获得对知识本质的准确理解, 使学生了解到现有物理知识的可靠性, 同时又看到它的局限性。例如:牛顿第一定律, 教材从学生熟悉的一些运动慢慢停止的现象, 引出运动与力究竟有什么关系?再介绍亚里士多德的观点, 让学生进行辩论:是力使物体运动还是力改变物体运动状态?得出正确结论:力改变物体运动状态。运动物体停下来是因为阻力的作用。从探究阻力对运动物体的作用得出:运动物体受到摩擦阻力越小, 速度减小得越慢, 运动距离越远。从而进一步推理:若摩擦阻力为零, 物体将保持匀速直线运动。牛顿在亚里士多德、伽利略分析研究的基础上, 进行实验并分析、论证、推理, 得出牛顿第一定律。教学的循序渐进让学生了解物理知识获得的过程, 同时让学生感受知识的产生与发展, 有利于学生对物理知识的理解和掌握, 为学生今后探究学习物理知识增强了信心。
七、用多种方式完成探究实验
教材中力学部分增加了许多探究活动, 教师要引导学生亲历探究过程, 并在探究过程中体验知识和情感, 给学生自主活动提供机会和空间, 增强学生学习物理知识的动力。即使由于种种条件限制, 有些班级无法实现人人动手探究, 也不要轻易放弃开展探究式学习的尝试和努力。我们可采取如下方法来解决:
1.可以由一组或二组或三组上讲台探究, 其余同学观察、评论、场外指导。例如:二力平衡条件的探究。
2.教师可根据实际情况, 有选择地使用一些学习用具、生活用品来弥补实验器材的不足, 完成探究活动。例如:重力势能和弹性势能大小的影响因素, 让学生用圆规、铅笔和一张纸来探究重力势能与物体质量、举高高度的关系;用橡皮筋、小纸团探究弹性势能与物体弹性形变程度的关系。由于器材就是学习用具、生活用品, 学生容易获取且好奇, 所以学生都认真完成探究的所有环节, 并能自己得出结论。学生参与面大, 积极性高, 效果好。
3.有些探究实验可布置学生课前去完成, 由于所教教学班人数多, 布置后总有一部分学生想办法自己去完成探究。例如:第十四章大气压一节, 楼层高度上升, 大气压的变化规律探究实验, 在课堂上由这些已做过实验的同学, 自己来讲述使用了哪些器材、用了什么方法、依据的原理、操作步骤、观察到什么现象、得出什么结论等。这样做, 极大地激发了学生的兴趣, 并且学生信服, 更易接受。
4.教师自制教具来完成力学探究实验。例如: (1) 用小钉子、薄胶合板自制钉子密度不同的小钉床, 将土豆分别放在这些小钉床上, 然后观察小钉子钉入土豆的深浅, 来揭示“气功师”睡钉床之秘。 (2) 利用废饮料瓶做成潜水艇模型, 通过注水下潜, 排水上浮, 来展示潜水艇的浮沉。多方法、多渠道开拓实验途径, 完成实验探究, 能让学生直观地获取物理知识。
八、充分利用教材的优势
教师要极大限度地开发教材的自身价值。新教材中的力学部分, 在引起学生兴趣和便于自学方面下了功夫。如:学习导语引人入胜, 强调以图代文;在语言上通俗易懂, 深入浅出, 追求文字表达上的优美形象;图文编排精美, 生动活泼。在物理教学中, 充分而合理地开发教材优势, 能有效提高教学质量, 对培养学生创新精神和探究能力起到了积极的促进作用。
由于初中物理课本信息丰富, 且方便使用。教学中, 可让学生阅读思考课本上的“想想议议”“STS”获取知识信息;还可以通过观察课本中提供的各种图画, 分析所展示的物理规律;也可以根据问题难易程度, 让不同层次的学生分析、讲述。这样做, 在培养学生阅读、观察、分析、推理、归纳能力的同时, 还实现了教师教学方式多样化、学生参与全员化、课堂效率最大化。
《工程力学》实验教学改革的探索 篇8
1《工程力学》实验教学改革的必要性和紧迫性
教育部在关于《加强高职高专教育人才培养工作的意见》中明确指出:高职教育以培养高等技术应用性专门人才为根本, 以适应社会需要为目标, 以培养技术应用能力为主线。
《工程力学》是与工程实际紧密结合的课程, 《工程力学》实验教学是课程中的重要组成部分, 它对提高学生素质起着关键性作用, 是培养高级应用型人才不可或缺的重要一环。
高职教育本身的特色和目标决定了教学实验改革的必要性和紧迫性。高职教育和本科教育以及研究生教育不同, 它有自己的特点, 主要以下包括几个方面:
1.1 生源参差不齐, 对教学提出新的要求。
随着近几年来职业学校录取分数的下降, 生源素质呈下降趋势, 绝大多数的学生具有文化基础薄弱、学习兴趣不高、学习能力不强的特点, 又在现有的招生制度下学校文理科都收, 造成学生力学基础参差不齐, 为了让更多的学生学到更多的知识, 适应社会的需求, 必须进行课程教学的改革。
1.2 教育目标独特性, 决定教育手段的变通性。
对于高职教育而言, 其人才培养规格定位为:培养适应生产、建设、管理、服务第一线需要的, 德、智、体、美等全面发展的高等技术应用性专门人才。这种规格人才的培养仅仅依靠理论课是远远不够的。要实现这样的人才培养目标, 实验在高职教育中显得尤为重要。
1.3 高职教育现存的实验教学模式影响教学的效果, 阻碍了学生能力的培养。
现在职业教育的力学实验仍采取统一的、大班式的“先学习理论, 后理论验证”的传统模式, 这种模式不利于培养学生的学习兴趣, 影响学生能力的培养。同时力学实验在教学计划中占有很少的一部分, 凸显其不被重视, 认为这是教学误区, 需要改革。
1.4 新形式决定实验教学改革的必要性和紧迫性。
教育部在关于《加强高职高专教育人才培养工作的意见》中明确指出:高职教育以培养高等技术应用性专门人才为根本, 以适应社会需要为目标, 以培养技术应用能力为主线。《工程力学》是与工程实际紧密结合的课程, 《工程力学》实验教学是课程中的重要组成部分, 它对提高学生素质起着关键性作用, 是培养高级应用型人才不可或缺的重要一环。
2《工程力学》实验教学改革的内容
2.1 实验内容的改革
基础性实验:从《工程力学》教学中选取一些具有代表性的基本的实验, 包括一些在力学发展史上起着重要作用的实验。要求学生独立完成实验的全过程。并通过实验使学生在实验技术、方法及实验思想上受到启发。
创新性实验:对于一些学生在基础实验中提出的有进一步实验的问题和创新性的设计方案, 让他们在专门的老师指导下进行研究性与创新性实验, 培养学生创新实践的能力, 获得更好的实践成果。
2.1.1 使学生通过对实验现象的观察、分析和对被测量的测量, 加深对理论的了解。
2.1.2 培养和提高学生的科学实验能力, 其中包括:
a.能够通过阅读实验教材或资料, 作好实验前的准备;b.能够借助教材和仪器说明书, 正确使用常用仪器;c.能够运用工程力学理论对实验现象进行分析判断;d.能够正确记录和处理实验数据, 正确绘制实验图线, 分析实验结果, 总结实验规律, 撰写合格的实验报告;e.能够独立完成教学性的设计实验。
2.1.3 培养和提高学生的科学实验素质, 使学
生具有理论联系实际和实事求是的科学作风、严肃认真的工作态度、主动研究的探索精神, 遵守纪律、团结协作和爱护公共财物的优良品德。
2.2 实验方法的改革
2.2.1 启发思维式教学方法:
在实验课中, 尽量启发学生的思维, 对问题进行发散式思考, 对同一个实验, 鼓励学生采用不同的方法去测试;如测试材料的剪切弹性模量时, 启发引导学生采用三种不同测试方法进行试验, 扩大了学生的视野, 拓宽了测试技术知识。
2.2.2 开放式教学方法:
实验中心实行全面开放式创新教学体制, 在教师指导下, 做到实验时间开放、实验内容开放、实验工具和材料开放, 学生的实践能力和综合素质得到很好的锻炼和提高。
2.2.3 个性化合作式教学方法:
在综合性、设计性力学实验项目中, 只提实验要求, 实验中心提供实验工具, 实验仪器, 学生从方案设计、结构合成, 布线测试, 到数据处理与误差分析等都由学生自行完成, 强调学生实验过程的自主性和个性化。鼓励优秀学生提出独特性的力学实验测试问题, 教师和学生一块合作, 进行方案设计和完成测试过程。几年来取得了很好效果, 同时也培养了学生分析问题与解决问题的能力。
2.2.4 研究型教学方法:
力学实验中心每年都有许多教师从事和力学实验相关的科研项目, 先由这些老师公布课题所研究的问题, 研究方案和技术路线, 鼓励高年级学生根据自己兴趣和能力进入课题研究, 接触先进实验技术和学科前沿研究问题, 培养了学生的创新精神, 取得了一定的成果。
2.3 实验教学手段的改革
2.3.1 增加实验台套数, 提高上手率。
2.3.2 多媒体课件、电子教案教学手段:
力学实验中心研发了“工程力学实验课件”“材料力学实验网上考试系统”“材料力学仿真实验”等电子多媒体电子课件。这些课件包含材料力学实验的实验原理, 操作过程等内容, 可以用作课堂教学, 也可以用作网上教学。学生在学校范围内的终端机上登录访问, 实现远程申请实验、在线答疑等。
2.3.3 现代教育技术教学手段:
建设了力学实验中心网站, 网站上提供了丰富的网上教学资源。有课程大纲, 电子课件, 实验机原理, 网上提问, 网上答疑, 网上讨论, 可随时解答学生在学习中的问题, 学生也可相互交流经验等。
2.4 实验考核方法的改革
积极探索实验考核方式的改革, 根据实验教学的特点, 从有利于激发学生实验兴趣, 提高实验能力为目的, 确定实验考核方式。建立多元实验考核办法, 根据不同层次采取不同考核办法。
2.4.1 基础实验考核方式:
学生进入实验室后交预习报告并在教学周志上登记签到→教师讲课→学生进行实验, 同时教师检查每个学生的预习情况 (预习报告教师提问共10分, 教师对预习报告签名) →教师观察了解学生的操作情况 (操作过程30分) →实验完毕学生交实验数据→学生课后处理报告, 并上交报告→教师批改 (数据共20分, 数据处理共25分, 结论分析共15分) →实验成绩总评 (满分100分) 。
2.4.2 综合性、设计性实验考核方式:
学生综合性、设计性实验包括方案设计、实验过程、数据分析与实验报告等全过程, 实验成绩由各部分综合组成, 由指导小组教师具体打分。
2.4.3 开放性实验考核方式:同基础实验考核方式雷同。
3 结论
职业教育工程力学实验教学改革是必要的、紧迫的。进行《工程力学》实验教学改革。引导学生从实验中学习理论知识, 使学生的学习由被动转为主动, 注重培养学生的动手能力, 有效提高学生学习的效率, 有力于提高学生素质和解决实际问题的能力, 实现职业教育的目标。
参考文献
[1]顾蕙若陶伟忠工程力学课程实验的教学改革[J].同济教育研究, 2001, 1:20-21.[1]顾蕙若陶伟忠工程力学课程实验的教学改革[J].同济教育研究, 2001, 1:20-21.
[2]陶伟忠.工程力学课程教学改革的实践与认识[J].高等建筑教育, 2001, 1:37-38.[2]陶伟忠.工程力学课程教学改革的实践与认识[J].高等建筑教育, 2001, 1:37-38.
流体力学实验教学改革探讨 篇9
关键词：流体力学,实验课程,教学改革
流体力学是水利、土木类专业的一门重要技术基础课, 整个课程体系包括理论分析、科学实验与数值计算, 在我国高等学校工科专业形成了稳定的颇具特色的教学模式。随着教学改革的不断深入, 传统的实验教学在培养学生实践能力和创新能力方面明显显示出不足:在实验内容上单调又陈旧, 偏于基础, 难以激发学生兴趣;实验设备大多数过于陈旧, 多由学校集体申购, 教师学生参与程度低;教学方法老套, 多采用老师讲解基本原理, 之后做示范实验, 学生随后模仿这一模式, 无法充分调动学生积极性;实验教学教材陈旧, 不能适应实际需要;缺乏恰当的评价体系, 导致教学双方积极性丧失。因此, 在经济建设和科学技术高速发展的今天, 本着培养创新性应用型人才的目标, 必须对流体力学实验课程教学进行改革。
一、流体力学实验内容的改革
传统的流体力学实验内容包括以下几类。
第一类:液体静压强测定实验, 流线演示实验、能量方程实验、文丘里流量系数测定实验、毕托管测流速实验、明渠断面流速分布测定、水面曲线实验、水电比拟实验。
该类实验以认识流体力学基本概念为主, 在实验的过程中加深对基本概念的理解, 可以归类为认识概念型实验。
第二类:液体的相对平衡实验、动量定理实验、雷诺方程实验、伯诺里方程实验、沿程阻力系数测定实验、局部阻力系数测定实验、达西定律渗流实验。
该类实验以验证流体力学基本原理为主, 学生通过动手操作实验设备, 达到预期目的, 从而理解流体力学经典理论, 可以归类为理论验证型实验。
第三类:孔口与喷嘴出流实验、水跃实验、堰顶溢流实验、闸孔出流实验。
该类实验主要通过老师操作, 学生观摩的方式完成, 从而初步了解流体力学基本原理在实际工程中的应用, 可以归类为观摩型实验。
这三类实验其优点是理论成熟且实验开展难度不大, 易于学生动手操作。因此, 应用广泛, 各大高校都在进行类似实验。但也存在明显缺点:第一类第二类实验本身缺乏新鲜感, 学生在动手之前已经知道了实验结果, 实验过程十分机械, 甚至敷衍了事;第三类实验对多数学生有吸引力, 学生积极性也高, 但是无法参与。
基于此, 应从以下几方面入手对流体力学实验内容进行改革。
1. 适当减少认识概念型、理论验证型实验的开出数量, 将观摩型实验以学生参与、教师指导的方式进行。
例如, 对于水跃实验, 可以完全放手给学生去做, 从调试设备到实验开始到水跃形成到改变水跃形式, 都由学生自己去完成, 教师只起释疑解惑的作用。
2. 实验内容应与各专业本身相结合。
以本校为例, 流体力学实验作为土木工程专业、水利水电工程专业、农业水利工程专业共同的实验科目, 由于其各自专业目标的差异、学生专业知识构成的不同, 其对于流体力学知识体系的兴趣点也不一样, 为此, 流体力学实验内容应该考虑到这些专业差异, 进行特色教学。为此, 针对土木工程专业, 增设过桥涵洞流体特性及管流力实验内容;针对水利水电工程专业, 增加洪水演示实验, 增加大型水利工程模型试验等;针对农业水利工程专业, 增加地面灌溉模拟实验, 增加农田灌溉系统实验等。
3. 在实验教学方法上, 由以教师为主转换为以学生自己动手为主, 教师只起指导性作用。
同时, 流体力学实验教学与理论教学密切配合, 最大程度调动学生学习的积极性, 鼓励学生的自主创新, 对于学生在实验课程中提出的看法和见解要注意保护。
4. 在流体力学实验教学方式上, 充分利用多元化手段, 改变以往单一的实验室教学法。
将流体力学实验教学与工科专业实践性教学密切结合。例如, 在农业水利工程专业本科实习中, 注意引导学生观察, 记录农业水利工程中的流体力学工程实例, 并就相关实际问题运用流体力学基本原理予以讲解。
5. 将流体力学物理试验与数值试验相结合, 培养学生的动手能力及科研素质。
目前, 流体力学实验大多以物理模型试验为主, 对于数值实验鲜有提及。在计算机教育高度普及的今天, 各学科与计算机相结合, 走数字化道路已成为共识。流体力学基本实验, 原理明确、理论成熟, 具备了开展数值试验的先天优势, 而工科学生本身又对计算机兴趣较大, 如能正确加以引导, 必将大大提高学生参与的积极性。例如, 对于突扩流动[1], 教师可以先指导学生进行物理试验, 之后开展数值试验。
二、流体力学实验教材的改革
由于长时期的对于流体力学实验课程的不重视, 也导致了流体力学实验教材更新换代的滞后, 表现在以下几方面。
1. 教材内容陈旧, 多数沿袭以往几十年的内容, 其中的多数设备
目前已经早就被淘汰, 所讲内容与时代要求、社会需要有一定距离, 因此, 更新陈旧的流体力学实验教材内容势在必行。
2. 教材讲述性内容太多, 留给学生独立思考的空间太少。
现有流体力学实验教材沿袭了传统教材的严谨风格, 推理严密、论证准确, 实验过程的每一个环节讲的都很清楚, 甚至于每一个环节可能出现的问题及对策就已经给出。这种特点在保证了实验的准确进行的同时, 也束缚了学生的手脚, 几乎没有给学生留下独立思考的空间, 同时也使学生对实验失去了兴趣, 没有了探索的欲望。
为此, 可以对流体力学实验教材进行如下方面的改革, 以求其与时俱进。
1.实验教学教材内容必须与实验设备同步, 每更新一批实验设备, 须及时地将其操作规程、注意要点等事项补充入实验教材内容中, 做到常用常新。
2.针对各专业对流体力学不同层次的要求, 广泛收集实验在不同领域中的应用, 结合各专业工程实际, 对流动现象、机理、发生条件等, 结合实验结果给予详细的描述和解释, 培养学生的专业感情, 提高学习兴趣, 提高实际工程应用能力。例如, 结合能量方程实验, 介绍水利水电工程专业南水北调水利工程中的穿黄隧道倒虹吸设计及农业水利工程中的农田水泵站设计。
3. 在流体力学实验教材编写中编写实验教材时, 为了让学生了
解所做实验的历史、当时的实验条件、有关学科的发展情况、该实验对流体力学的贡献等, 在每个实验前编写“实验中的发现”部分。如孔口与管嘴实验:当时伽利略 (1564—1642) 成功地解决了自由落体和抛射体问题;托里拆里 (1608—1647) 也用实验的方法研究了容器出流的射流形状、速度和流量问题, 并提出了射流速度与水的高度成正比;约100年后, 伯努利 (1667—1748) 精确地确定了射流速度的公式。
4. 在流体力学实验教材编写中, 立足本校实际, 同时注意吸收国内外相关先进成果。
如本校新编的《流体力学实验指导与练习》是编者总结了三十多年的实验教学经验, 结合理论教学和实践教学, 在编者进行的设备研制和设计的基础上, 参考了清华大学、河海大学等知名院校的水力学实验教学方面的资料, 并广泛地吸取国内外实验教学教材中的优点编写而成。在编写过程中始终贯彻理论联系实际, 注重实践环节, 并结合了小型台式自循环仪器的开发和使用, 力求符合学生的认识规律及便于自学的原则。
三、流体力学实验课程考核体系的改革
由于缺乏相应的约束机制以及考核方式的不合理导致流体力学实验课中存在着以下问题。
1. 学生对流体力学实验课程本身认识不足, 积极性不高。
随着高校扩招, 流体力学实验常采用几人分成一个小组的形式进行, 结果导致小部分学生做, 其他学生看的局面。同时, 学生也仅仅认为实验课是对理论课某些知识的简单验证, 兴趣寥寥。
2. 学生动手能力差。
在实验课进行中经常发现, 学生对于实验设备相当陌生, 对于教师事先安排的预习实验要点等反应迟钝, 即便是进入实验室后, 也只是在事先布置好的设备上测定几个数据, 部分同学甚至干脆不做。
3. 实验报告千篇一律, 抄袭普遍, 全班同学一个版本。
基于以上情况, 必须对流体力学实验课程考核体系进行改革, 以便从根本上改变这种现状。在借鉴, 调研国内同行经验的基础上, 我们认为可以从以下几点着手。
1.实验教学单独考查计算成绩, 并实行实验成绩一票否决制。实验成绩必须及格并以30%左右的比例将其汇入课程总成绩。这样有利于调动教学双方的积极性, 克服部分学生重理论、轻实验的思想, 为保证实验教学提供有利条件。
2.实行必做实验和选做实验相结合。增设选做流体力学实验项目, 为学有余力的学生提供更多的锻炼机会。试行结果表明, 有相当多的学生会加做2—3项选做实验。
3.增加实验演示内容。为了使学生加深理解, 支持个人独立完成实验。实验室在实验周或实验月全天开放的情况下, 实验室初步具备学生独立实验的条件, 通过独立实验能使学生得到更大的锻炼。
4. 实施创新性的综合实验。
通过学生自主设计的创新性实验, 培养学生分析流体力学问题能力和创新意识。让学生将所学的流体力学知识、理论广泛联系和应用于实际工程中, 加强了对广义的概念的理解, 提高流体力学学生的综合索质, 给学生更多的创新的机会, 使他们的潜能充分发挥出来。
在流体力学实验课程教学中, 以上几点分别计分, 最后乘以相应权重, 即为该生最终成绩。
流体力学实验教学在流体力学学习过程起到重要的作用。实验课程能够调动学生的主观能动性, 引导学生学习, 并促使教师必须不断拓宽知识面, 提高自己的理论水平。这样, 实验指导教师的水平与教学态度也得到了学生的普遍赞扬, 学生做实验的积极性也得到了很大的提高。
参考文献
[1]朱士江, 李占松.突扩流动主流偏转特性数值模拟研究[J].水科学进展, 2009, (3) .
[2]闻建龙, 陈汇龙, 王军锋, 朱曾.流体力学实验课程教学改革[J].江苏大学学报:高教研究版, 2002, (12) .
材料力学实验教学改革与实践 篇10
关键词：材料力学实验 课程设置 考核方式 学习积极性
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1673-9795（2012）12（b）-0157-01
材料力学是高等院校工科专业的一门重要的专业基础课，而材料力学实验又是该课程的重要组成部分。21世纪，高校教育的目标是培养创新型、应用型人才，实验教学发挥着重要的作用。然而，传统的材料力学实验教学存在很多不足：（1）部分同学和理论课教师“重理论轻实践，重课堂轻实验”；（2）实验课程设置不合理，缺少设计性、综合性实验项目；（3）实验设备陈旧，数量少，学生没有足够的动手机会；（4）教學手段和实验方法变化少；（5）成绩考核方式单一。
针对以上问题，我校材料力学实验中心的老师们结合我校自身的特点，积极进行改革与实践，取得了较好的效果。
1 转变思想，正确认识材料力学实验教学的重要性
材料力学的理论是在实验观察的基础上，经过科学的抽象，实现将真实材料理想化、实际构件典型化、公式推导假设化的学科。但其应用到工程中，与实际是有差异的，理论是否满足实际工程要求，能否保证工程的可靠性，需要通过实验来检验。因此，对材料力学实验的学习，首先应当转变学生对实验课的认识，把实验作为验证、修正、发展理论的必要手段[1]。学生通过操作仪器、观察现象、处理数据及总结分析，加深对理论知识的理解，同时培养科学研究的能力和解决工程实际问题的能力。
2 教学理念的改革：材料力学实验实行独立设课
为了改变材料力学实验学时少、验证性实验多，缺少设计性、综合性实验项目的情况，以及适应完全的学分制管理，我校对材料力学实验教学实行“实验教学环节独立设置、单独考核、单独计算学分”即“独立设课”的办法[2]。在教务管理系统中开发出实验教学管理模块，对独立开设的实验课程实行了网上自主选择实验项目、选定指导教师、确定实验时间的多层次开放式实践教学模式。网络化实验选排课功能的实现，有利于实验教学在时间、内容、对学生的覆盖面等方面，实现多层次的开放，也有利于提高教学管理水平。
3 教学设施设备的改善
为了满足学分制下独立设课的材料力学实验课程的正常实施，学校投入200余万元实验教学专项经费，先后购置了一批材料力学多功能试验台，微机控制式电子万能试验机、扭转机，静态电子应变仪等设备，为工科专业学生开设金属材料的拉压试验、粘贴电阻应变片、电阻应变片接桥方法、圆轴的扭转、纯弯曲正应力、碳钢弹性模量E、μ的测定、压杆稳定性、平面应力状态下主应力的测定、叠梁弯曲、偏心拉伸等实验，完全满足本科教学的要求。此外还专门设置了多媒体教室，还对实验室环境进行了改造，使实验教学的硬件设施有了很大的改观。同时利用开放实验室的资源和开放时间，增加实验的批次，减少实验小组的人数。由原来8人一个小组，减少为3人一组，不但提高了设备的利用频率，也有利于老师指导和考查学生，学生自主意识和动手能力大大提高。
4 教学内容的改革
4.1 结合自身设备和现行标准编写教材
材料力学实验教材建设是实验课程建设的基础，我们首先结合仪器设备自身的特点和现行国家或行业标准，认真编写教材。对实验理论作较全面介绍的同时，充分优化实验教学内容，新增一些生产实际中的综合性、设计性的实验内容。学生课前做好实验目的、实验原理及设备仪器的预习，更多的课上时间可在教师的指导下完成实验项目，激发了学生的主观能动性和独立思考的能力。
4.2 按专业设置实验教学内容，增加综合性设计性实验项目
我们根据培养目标的不同，按不同的专业分别设置了不同的实验学时。如土木专业为16个学时，在金属材料基本的力学性能试验的基础上，还增加了电测法的相关实验、组合变形及压杆稳定等综合性实验，及叠梁弯曲、偏心拉伸等设计性实验。通过实验分析构件在复杂载荷下应力状况，有利于提高学生动手能力和工程实践能力。而机械专业为8学时，我们在侧重金属材料基本力学性能测定的同时，加强学生对大型微机控制式仪器设备工作原理的学习和实际操作能力的锻炼，使学生了解现代工程测试设备和测试方法的数控化，培养学生应用现代技术的能力[3]。
4.3 开发、制作、完善与上述实验相匹配的实验多媒体课件
对于大纲规定的每个实验，我们制作了多媒体教学课件，课前在教室内自动播放，学生通过多媒体课件熟悉实验目的、实验原理、实验设备、实验步骤及注意事项等，课上老师可通过提问的方式，考查学生掌握的情况，并做记录。此外，对每一个实验还留有思考题，学生在实验前通读题目，带着疑问有目的地进行实验，可起到事半功倍的效果，教学质量不断提高。
5 考核方式的完善
实验成绩判定从过去只看实验报告成绩的方式，改革成如下记分模式：（1）学生的出勤率占总成绩的5%；（2）实验过程中，学生对实验原理、实验方法、设备仪器的工作原理和操作方法的熟练程度，进行现场打分作为平时成绩，占总成绩的30%；（3）实验报告占总成绩的65%[4]。考核方式的多样化和公平化，督促学生多动手、动脑，更好地调动了学生的实验积极性。
6 今后改进的方向
材料力学实验经过一系列的改进，学生主动性有所提高，实验教学质量有了明显提高。但仍需在以下几个方面继续努力：（1）由于教学设备的增加、课程设置的内容增加、开放性的增大，也大大增加了实验教师的工作量，对教师的专业素养也提出了更高的要求，还需加强教师队伍建设。（2）应充分利用其多媒体资源，制作一些课件或录像，辅助学生熟悉实验设备和操作步骤。（3）合理利用网络资源，将实验教学课件或实验报告放在网络课堂，增加教学手段的同时，可以通过软件自行批改作业，减轻教师的课业负担。
参考文献
[1] 汤繁华，杨晓华，陈海涛.材料力学实验教学方法的若干改进[J].实验室教学，2011，14（2）：35-37.
[2] 万鸣，古滨，黄利诚，等.材料力学实验独立设课教学改革实践[J].实验科学与技术，2009（4）：98-100.
[3] 吴泽玉，李玉河.刘琰玲，材料力学实验教学改革初探[J].实验技术与管理，2007（10）：361-362.