水力学实验

水力学实验（精选十篇）

水力学实验 篇1

水力学是介乎于基础力学和工程技术之间的一门专业基础学科, 它主要研究以水为代表的液体的流动规律以及如何运用这些规律于生产实践[1]。该课程的基础性使其成为几乎所有水利相关专业的必修专业基础课。相比于刚体力学而言, 水力学涉及的是更为复杂的流动现象, 流体运动过程中的能量及动量转换、力学参量变化等都无法完全用理论分析的方法解析地表达出来。因此实验水力学作为水力学的重要研究手段被广泛地应用在学术研究和工程实践中。然而, 相应的水力学实验教学却存在着诸多困难和瓶颈, 严重制约了教学工作的开展。

首先, 水力学实验教学工作量巨大。以笔者所在学校为例, 水力学教研室有4~5位教师承担水力学 (包括水力学专题) 的理论课讲授, 而专职从事水力学实验教学的只有3位教师, 其面对的授课班级却多达几十个班次, 教学工作量巨大。如此大的工作量必然会影响到授课质量并大大增加了小范围指导学生实验操作的难度。其次, 从授课课时角度看, 在水力学课程的80个学时中, 理论学时占68个, 实验学时则仅占12个, 而每个班都要分批次讲授并实际操作8个核心实验。在教学实验室空间和仪器有限的情况下, 课程的安排非常困难并且可能出现排课时间跨度过长的情况, 从而导致实验课与相应理论课程在时间上的脱节, 降低了实验教学的效用。此外, 对于函授或者自考等非全日制学生而言, 由于平时要忙于单位工作, 多数时间并不在学校学习, 虽然理论课可通过集中时间进行讲授, 但实验课则基本上通过自己熟悉实验手册等方式完成, 没有机会进行实际实验操作, 学习效果有限。

近年来, 随着计算机技术的发展, 已有不少教育工作者尝试将实验课虚拟化[2,3,4,5], 但主要还是集中在计算机教学以及基础物理实验方面。力学, 特别是流体相关力学的虚拟实验平台并不多见。

为了解决上述困难和瓶颈, 在总结实验教学方法和技术细节的基础上, 基于Action Script3.0语言研发出一套交互能力强、仿真程度高的水力学虚拟实验软件包, 配合对应的现场实验照片、视频及关键步骤的语音讲解等外围媒体手段, 在一定程度上可以替代实际实验操作, 较为成功地解决了上述瓶颈。

二、水力学虚拟仿真实验系统的基本构架

笔者所研发的水力学虚拟实验系统包括了“雷诺实验”、“沿程水头损失实验”等多个实验子模块, 但每个模块总体上都遵循了类似的构建框架, 如图1所示。

三、系统构建中若干关键问题的解决

1.三类部件的合理抽象。虚拟实验场景中存在大量实验部件, 若不加以合理分类并进行有针对性的研发, 不仅会显著增加开发工作量, 更可能使得内部逻辑和代码混乱, 影响虚拟实验效果。本研究根据不同实验部件的特点将其分为“静止部件”、“固定动画部件”和“实时动画部件”三类。“静止部件”是虚拟场景中不随操作变化的“背景部件” (如实验台架、管道等) , 这类部件仅通过美工设计绘制即可完成。“固定动画部件”则是指部件可能随着使用者的操作有所变化 (如流量控制器等) , 但其动画主要是示意性的。因此此类部件除了绘制若干关键帧状态外, 只需编写操控参数用于有限的动画切换即可。“实时动画部件”则是本系统的核心部件 (如水流、示踪剂粒子等) , 需要随操作者给定的实验参数和当前实验操作进行实时动画以反映当前实验状态。这类部件的实现是利用Action Script3.0所提供的“面向对象”机制, 将部件定义为类 (Class) 并构造与实验操作有关的属性和方法 (Method) 。程序运行时随着场景的调入将该“类”实例化为“实验对象”, 而“实验对象”又通过所具有的“方法”对使用者的操作做出响应, 从而完成定义和实验操作的统一。图2列出了虚拟系统中上述三类部件的范例。

2.虚拟场景与真实场景的对比。通过对虚拟实验场景中各实验部件的美工和仿真设计, 虽然可以使学生获得接近真实实验的操作感受, 但为了使教学效果更加完善, 本研究中还加入了与虚拟设备及操作相对应的真实实验场景的对比展示, 尽可能地缩小了虚拟仿真与真实情形的差距。功能上表现为:当实验操作者选择某部件后, 程序获取该虚拟部件并给出该部件多角度的真实照片。图3即为“雷诺实验”中虚拟恒压实验水箱与真实水箱实物的对比场景。

3.实验动画的仿真度和实时性。水力学虚拟实验最重要的功能是在计算机上尽可能地真实再现实验场景中的流动现象, 这包括两个方面:一是在现象上应让操作者感受到“象”, 即与真实现象相比具有较高的仿真度。二是必须具有较高的操作相关性, 即随着实验操作者的操作而实时改变流动状态, 呈现不同的实验现象。研究中通过对“实时动画部件类”在各情形下的状态参数及其与场景中该部件的帧动画进行绑定, 实现了当实验者给出不同操作时, 状态参数的改变直接触发实验部件的动画实施转换。例如, 对于雷诺实验, 当操作者通过“虚拟流量控制阀”给出更大流量时, 程序实时计算层流和紊流状态之间的无量纲判别参数雷诺数 (Re) 的值, 根据不同的Re值, 实时地显示层流 (流层颜色线为直线且清晰) 、过渡流动 (颜色线发生弯曲) 及紊流 (颜色线消失, 进入全断面染色阶段, 用点状粒子表示) 的过程, 如图4所示。

4.实验的工程应用扩展。水力学既是一门专业基础课, 同时也具有很强的实用性, 因此水力学实验的教学应该最终与实际工程应用联系起来, 使学生了解每个实验所对应的工程背景和所能解决的实际工程问题。在进行系统研发时, 有针对性地进行了工程应用实例的选材, 并且对于同一个实验, 尽可能地从不同角度选择2~3个工程实例进行讲解。例如在“伯努利能量方程”虚拟实验中, 在工程实例环节通过图片和文字等形式给出了火车站站台设置“黄色安全线”以防列车高速通过时所形成的低压区可能造成的安全隐患, 以及飞机机翼翼型与所产生的升力之间的关系, 两个与日常生活密切相关的工程应用实例。通过学生试用反馈, 对这一工程应用延伸教学模块的满意度在97%以上。

5.虚拟实验软件系统的多种途径发布。软件系统研发完成后要提供给学生使用, 传统的方法是将其打包制作成安装程序, 随后在客户计算机上安装使用。本研究除了提供这种传统软件发布方式外, 为了方便函授等非在校生的实验学习需求, 将软件系统内嵌至网页, 在外层编写了登录认证代码, 并通过视窗系统的IIS (Internet Information Server) 平台构建了因特网服务器, 面向学生提供软件的WEB访问版本, 使学生可以随时随地通过互联网络在网页上进行虚拟实验的操作, 进一步提高了虚拟实验系统的使用效率和灵活性。

四、结语

实验教学是力学类课程教学的重要组成部分, 但也存在授课任务重、实验室资源紧张及对非在校生难以开展工作等困难和瓶颈, 并在一定程度上制约了实验课教学的实施。本研究以水力学实验课程为突破口, 通过研发高仿真虚拟实验系统, 有效缓解了上述矛盾, 同时也初步取得了良好的教学实践效果。在此基础上进行更加系统的深度研发, 将对力学类授课体系的进一步完善起到更大的推动作用。

摘要：水力学是面向水利类本科学生开设的一门重要专业基础课。由于流动现象的复杂性, 仅通过理论教学很难使学生深刻认识流体运动的力学本质, 必须通过实验来加深理解。而实验课则常常面临仪器成本高、授课任务重等诸多困难。通过对实验各环节的深入分析, 基于Action Script3.0系统研发构建了具有强交互性的仿真虚拟实验平台, 不仅在实验教学中取得了良好的教学效果, 也为其他力学教学实验课件的研发提供了基本思路。

关键词：水力学实验,虚拟,仿真

参考文献

[1]董曾南.水力学[M].北京:高等教育出版社, 1995.

[2]赵颜.《微机硬件虚拟实验室》网络课程的开发[J].中国电化教育, 2007, (9) :59-61.

[3]朱敏, 朱焱.虚拟实验与物理课程教学[M].南京:东南大学出版社, 2008.

[4]张建.大学物理虚拟仿真实验室的研究与开发[D].吉林:吉林大学, 2007.

水力学实验总结论文 篇2

经过了七周的水力学实验，我学到了很多，实验需要耐心地去测量一组一组的数据，还需要在实验后认真处理核对每一组数据。通过这几次的实验，我不仅学会了如何使用实验仪器，还学习到了坚定的科研精神，下面就来谈谈我在实验中遇到的一些问题，与取得一些成果。

在平面静水总压力实验中，我们通过解析法及压力图法，测出了矩形平面上的静水总压力，我发现，压强分布存在三角形分布，及梯形分布两种情况，并通过计算验证了压强分布。

在做完能量方程实验后，我发现，水头在第五测点时达到最小，总水头先除2，8点外基本处于测压管水头线之上，可以发现，实验在2，8处出现了较大的误差，可能是还未等管内液面达到稳定就开始读书，或者是管内产生的气泡没有排出。

动量方程实验实验目的为：

1、测定管嘴喷射水流对平板或曲面板所施加的冲击力。

2、将测出的冲击力与动量方程计算出的冲击力进行比较，加深对动量方程的理解。由实验的结果我发现，135度平板的实验误差较小，原因可能是因为它的流量流速较其他两组大。

我们经过比托管试验，可以看出，水流流速在水流中层最大，两边逐渐减少，在水流底部几乎为0，毕托管管头正对水流方向，才能测出流速压强，可以知道流速实验中流速有点不稳定。

在文德里及板孔实验中我们求出的文德里流量计和孔板流量计系数小于1，这一点基本符合要求，流量较小时，测出的系数较小，且与平均值相差较大，而流量较大时，系数基本处于很小的波动范围之内。

在电拟实验中，在经过长时间的测量后，以电压绘出的流网符合实验要求。以上几个实验可以说取得了成功，得到了我们想要的结果。

在雷诺实验中，基本没有出现层流雷诺数，实验中，可能是由于测量时出现了误差，导致雷诺数偏大。

而在局部阻力系数实验中，测出的最大流量下突然扩大压管水头线，也不尽如人意。

后来的沿程阻力系数实验中绘制的沿程水头损失系数与雷诺数的对数关系曲线也有一些误差。

在水力学实验中，不管用何种测量方式所测得的数据都会含有误差，误差无论大小都会影响实验成果的精确度。但只要通过严谨的实验步骤，与仔细的处理过程，就可以大幅度减小误差。

初中物理力学实验探究 篇3

关键词：初中物理；力学实验；初中生

初中物理对于学生未来的发展有一定的影响，因此，广大初中物理教师应当注意引导学生重视物理知识的学习过程。而作为初中物理重要组成部分的力学实验，对学生形成逻辑思维能力有着较大的帮助。然而，初中力学实验学习对于初次接触物理的学生而言有着较大的困难，这就需要广大初中物理教师积极引导学生，从而提高力学实验的教学质量。

一、初中物理力学实验教学中存在的问题

近年来，我国的初中物理力学实验教学虽然取得了一定的进步与成绩，然而由于各种因素的影响，还存在着一些较为尖锐的问题。例如，初中物理教师在力学实验教学活动中，没有按照新课程标准建议的教学计划来开展相关工作，仅依照自身的经验来制定教学计划与目标，这就导致力学实验教学活动具有一定的盲目性，在教学过程中不能兼顾一些重要的知识点以及学生的认知特点，从而导致力学实验的教学效率较低。

另外，我国大部分初中学校的力学实验设施在数量、种类上存在着严重的不足，已有的力学实验器材又大多比较陈旧。上述问题不仅在一定程度上制约着初中物理力学实验教学的发展，同时还给力学实验的操作埋下了较大的安全隐患。

除此之外，部分物理教师没有照顾到学生整体的力学实验学习。在实际的教学工作中，只关注成绩相对优秀学生的学习，使原本物理实验学习就有困难的学生更加落后，从而使得其逐渐丧失对初中物理实验学习的兴趣与信心，这显然不利于学生的物理知识学习。

二、如何改进初中物理力学实验教学中存在的不足

笔者针对初中物理力学实验教学中存在的问题，结合自身的相关经验，提出了若干改进措施，具体如下：

1.教师应当参照新课标的教学建议

初中物理新课程标准是经有关教育专家与学者细致讨论后制定的教学标准，因此具有较强的科学性与普适性。所以，广大初中物理教师应当依照新课标的具体建议，合理安排教学目标，从而使教学进度能与学生的认知规律相适应，从而充分发挥学生的物理学习潜能。

2.加大物理实验器材采购力度

俗话说：“巧妇难为无米之炊。”纵使初中物理教师不遗余力地开展物理力学实验教学工作，但如果学校的实验室缺乏必要的物理实验器材或者现有的实验器材太陈旧，学生仍旧无法正常地展开物理力学实验探究活动。因此，学校应当增加物理实验器材方面的资金投入，采购一些安全、可靠且较为新式的实验器材，同时对已经损坏、老化的物理实验器材进行维修和检查，避免安全事故的发生。

3.组织开展小组合作学习活动

学生在物理知识的學习过程中经常会遇到一些麻烦，尤其是在物理力学实验的学习中可能会感觉吃力。这是因为初中学生接触物理实验时间不长，实验技能较差。如果初中物理教师无法采取有效的方法及时地解决上述问题，可能会使学生的困难愈来愈多，积重难返。为此，笔者建议初中物理教师可以组织小组合作学习的教学活动，让学生积极参与到集体的讨论之中。

例如，笔者曾经在“光的反射”一课中，将学生分成几个实验小组，再让小组学生根据自己的爱好特点选择不同的工作。很快学生就明确了各自的职责，有的负责整理实验器材，有的做实验数据的记录工作，其他学生负责查找相关的资料。在此过程中学生都在认真地进行讨论，积极地解决实验过程中出现的问题，整节实验课的学习气氛非常浓厚。笔者通过开展小组合作学习的教学模式，在一定程度上激发了学生的学习兴趣，从而提高了课堂教学效率。

需要特别指出的是，由于初中生的自控能力相对较差，初中物理教师在开展小组讨论活动时应注意维持课堂纪律，避免部分学生出现“开小差”的现象。

4.注意提升教学趣味性

如果教师依旧采用较枯燥的教学模式展开教学工作，长此以往非常容易使得学生对力学实验的学习兴趣下降。因此教师要适当增加一些教学游戏到力学实验课堂中，并且积极提升语言的幽默性。在教学语言的节奏上应当追求抑扬顿挫的效果，如此便能极大程度地吸引学生的注意力，从而使得物理课堂教学效率得到有效的提升。

初中物理力学实验能够帮助初中生提高其科学素养及实验技能，并且学生在解决力学实验探究中遇到的问题的过程中，能在一定程度上提升其逻辑思维能力，这对学生未来的发展大有裨益。教师应当积极寻求新式物理教学方法，开展合理的教学活动，突出初中生在物理知识学习过程中的主体地位，从而引导其更好地掌握相关的力学实验技能。

参考文献：

[1]管志华.初中物理生活化教学策略探讨[J].才智，2014（21）.

[2]任敬宁.初中物理有效教学策略探究[J].学周刊，2014（8）.

浅谈水力学实验在教学中的重要作用 篇4

关键词：水力学,实验,教学

水力学是水利工程、农田水利、给水排水专业的基础课程之一,在整个课程体系中占据着重要的位置。而水力学实验教学是实践教学体系中的重要环节,主要研究水流在静止和运动的状态下在工程中的应用。在大学学习阶段,实验教学的目的是使学生通过亲自操作实验设备,巩固理论知识的学习,能够在操作中通过思考来分析问题及解决问题,可以得到科研方面的提高。和理论教学一样,实验教学同样要“授人之渔”,不是简单的重复劳动。因此,师生在教学中的角色只是对学生起点拨启发的指引者,更多的是要靠学生通过认真思考刻苦钻研自己去理解去掌握,发挥学生的潜能。学生通过验证水流静止和运动的规律,观察压强、水流流态、流速、学习水位、流量等水力要素的基本测量方法,将理论和实践有效地结合起来,更好地掌握水力学的理论知识和实践技能,为今后专业课的学习打下良好基础。

实验中,学生能否正确操作和如何将知识合理、巧妙地运用到实验中,离不开教师的细心引导。这就首先要求教师本身对实验仪器和实验过程熟练掌握。能将仪器的特点及作用向学生讲解清楚,对试验中可能出现的问题要做到心中有数,实验仪器设备方面的漏洞要及时发现。每个学生都是独立的个体,从每个个体的视角出发,教师耐心解答他们的疑惑,引导他们不断探索,那么实验课得到的将不只是枯燥的结果,而是在成长中一直伴随他们的爱思考、爱钻研的精神。

课堂上,专业课有些枯燥,很多学生兴趣不大,但是到了实验室,很多学生表现出的期待是在教室里看不到的。上实验课的时候,教师可以将书本知识融入课堂,使学生理论与实验相结合,既可以掌握理论知识又能动手做实验,一举两得。有些学生的课堂学习效果比较差,不爱听讲,但是做实验的时候很爱问问题,实验数据得出后他们很有成就感。这使教师明白了课堂教学与实验相结合的重要性与必要性,如何结合得更完美也是在教学过程中要考虑的问题,但毋庸置疑的是实验教学在理论教学中所起的作用越来越重要了。目前很多学校都加大了实验室的投入,提高了实验教学的比例,使学生在掌握理论知识的同时可以掌握动手操作。学生毕业之后就学会了一项技能。这也是职业院校的办学理念。

基于我校的实际条件,对于水力学这门课程中所涉及的实验我们只能操作几个,包括:雷诺实验、能量方程实验、局部阻力系数实验、静水压强实验。这些实验在教学中对学生产生了很大影响。首先,目前的教学形式仍然是以讲授为主,而作为专业性较强的理论课,学生难以很快地理解吸收,但和实验相结合,从直观上对知识点进行剖析,有助于理解和掌握。老师通过生动的讲解和演示,让学生切身体会水流运动场景,使原本抽象的概念形象地展示在眼前,形成更深刻的理解和记忆。一个好的演示实验往往可以调动学生对知识更深层次的探索欲望,使学生的思维更活跃,思路更开阔。不但加深了学生对所学知识的理解和掌握,纠正了原来不正确的观点或认识不清楚的地方,并且学生能体会到亲自动手后的成功与快乐。其次,学生只懂理论是不够的,在实验与理论相互验证中,在将来才能更好地学以致用。

在做实验的过程中,会出现很多书本上没有讲到而意想不到的问题,在解决问题的过程中使学生不仅加深对基本理论、基本方程的理解;而且在增强学生动手能力的同时,也提高了学生主动分析、解决问题的意愿。再次,相对于课堂教学而言实验教学的形式更加灵活,内容更加丰富,更具体,学生理解实验现象容易于理解理论知识。一个实验可以做成功,学生会很有成就感,同时对学习理论知识有很大的促进作用。

现就具体的雷诺实验来举例。雷诺实验是水力学实验中最重要的,因其设备简单、操作容易,实验现象清晰,所以作为教学实验很有代表性。实验的过程也是传统教学,由教师先讲实验流程和操作步骤以及在实验过程中可能会遇到的问题如何避免与解决。尤其重要的是在操作中一定要按照顺序来,绝对不可以打乱操作步骤的先后顺序。在记录数据结果时要等到数据稳定了再来读数,改变实验条件,多记录几组数据,找到几组数据之间的联系和区别,总结实验规律,完成实验报告。在此过程中需要所有的学生团结协作、相互配合,锻炼了他们的整体意识。雷诺实验装置如下图。

1.自循环供水器;2.实验台;3.可控硅无级调速器4.恒压水箱;5.有色水水管;6.稳水孔板;7.溢流板;8.实验管道;9.实验流量调节阀。

供水流量由流量器调控,使恒压水箱4始终保持溢流的状态,此时水流具有的总能量是一个定值。本恒压水箱还设有多道隔板。红色水经红色水水管5注入实验管道8,可根据红色水的水流状态来判别流态。为防止自循环水污染,有色指示水采用能自行消色的酚酞试剂。

雷诺实验通过改变流速来观察水流的流态是层流还是紊流,测定流态改变时的临界雷诺数。学生在从书本中学习了基本知识,脑子中已经形成了概念,现在到实验室来验证理论。在实验室里,学生表现的充满好奇并跃跃欲试,教学就可以趁热打铁。首先,由教师对当天所要讲的实验内容进行操作,在操作过程中讲解实验现象以及可能会遇到的问题应如何解决。在此过程中,结合课堂上所讲的内容,学生有恍然大悟的感觉。在实验操作中,有的学生不知道缓冲装置是何用,有的学生无论如何操作也无法使红色的液体成为一条细线。其实做实验最重要的是要细心,并且要遵循操作流程,操作步骤不能颠倒。之所以红色液体无法成为一条细线是因为在实验开始时管道当中的气泡没有完全排干净,气泡的存在使得液体杂乱无章地流动,当气泡排干净了,自然实验就成功了。虽然实验简单,但真正能操作成功还需要学生在实验实际操作过程中规范准确、勤动手、多动脑。通过实验发现自己在平时学习过程中遗漏的知识,发现自己操作过程中的问题,使学生将原理转化为实际的能力有了很大的提高。

水力学是一门实际经验占比很重的专业基础课,如何实际应用尤为重要。通过将实验引进课堂的教学手法,使这种实践性极强的教学手段不断融入学生的学习中。使学生不仅加深对基本理论、基本方程的理解,同时增强动手和实际操作能力。即使在以后的工作中,学生时期在实验中体会到的细节也会对工作内容的理解和实施起到很大的帮助。

通过实验,学生学到了书本上讲不到的知识,还可以提高他们学习理论的兴趣,调动学习的积极性和主观能动性,在操作实验的过程中,又可以培养学生的动手能力、创新思维、解决问题的能力。实验教学和理论教学相互配合、相辅相成、相互促进。总之,实验教学在教学过程中是重要的一环,对教学起到了不可忽视的作用。水力学实验教学也是个不断完善和探索的领域,只有在实验中积极思考、努力钻研,才能取得满意的效果。

参考文献

[1]郭维东.浅谈水力学课程改革思路[J].农业与技术,2004(2).

水力学实验室安全管理制度 篇5

一、非本实验室教师和其他人员不经许可，严禁入内。

二、用水实验设备要进行定期绝缘安全检查，必须做好电源接地处

理。

三、所有进入实验室的人员必须严格遵守安全管理制度严格执行设

备操作规程，预防事故的发生。

四、学生在实验过程中认真按实验指导教师所讲的实验步骤进行实

验，不得对不熟悉的设备及实验装备进行操作。

五、学生实验时必须两人以上进行操作，注意观察设备的运行情况，防止机械和人身事故的发生。

六、实验教师及学生要熟练掌握消防器材的使用及存放地点，熟悉

安全通道。

七、严格遵守用电规定，不许私拉电线和使用超负荷电器，定期检

查电源线路和电器设备。

八、实验室禁止存放易燃、易爆、有毒物品，如需使用时经有关部

门批准后方能进入实验室。

九、建立定期安全检查制度，对重点部位做好安全防范工作。节假

日、寒暑假期间做好防盗、防火等安全工作，并填写安全检查纪录。

十、认真执行学校有关实验室安全管理规章制度。

高中物理力学实验改进的探究 篇6

【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】

力学实验专题复习 篇7

物理实验为高考必考内容,近年的高考物理试题,越来越重视对实验的考查,尤其是除了对教材中原有的学生实验进行考查,还增加了对演示实验的考查.利用学生所学过的知识,对实验仪器或实验方法加以重组完成新的实验目的的设计型实验将逐步取代对教材中原有单纯学生实验的考查.

历届高考在实验方面的命题重点为:基本仪器的使用、基本物理量的测定、物理规律的验证和物理现象的研究、实验数据的处理.

高考中物理实验题类型大体有:(1)强调基本技能,熟识各种器材的特性.像读数类:游标卡尺、螺旋测微器、多用电表等;选器材类:像选取什么量程的电表和滑动变阻器等;(2)重视实验原理,巧妙变换拓展.像探究匀变速直线运动的变形和测量电阻的再造等.源于课本不拘泥课本一直是高考命题与课标理念所倡导的,所以熟悉课本实验、抓住实验的灵魂——原理是我们复习的重中之重;(3)提倡分析讨论,讲究实验的品质,像近年高考中的数据处理、误差分析、改良方案,甚至开放性实验等与课标的一标多本思路是交汇的;(4)知识创新型实验.像设计型、开放型、探讨型实验等都是不同程度的创新,比如利用所学可以设计出很多测量重力加速度的方案.

二、知识要点

1. 测定匀变速运动的加速度

实验目的:①练习使用打点计时器,学习利用打上点的纸带研究物体的运动.②学习用打点计时器测定即时速度和加速度.

实验原理:①打点计时器是一种使用交流电源的计时仪器,它每隔0.02 s打一次点(由于电源频率是50 Hz),因此纸带上的点就表示了和纸带相连的运动物体在不同时刻的位置,研究纸带上点之间的间隔,就可以了解物体运动的情况.②由纸带判断物体做匀变速直线运动的方法:0、1、2…为时间间隔相等的各计数点,s1、s2、s3…为相邻两计数点间的距离,若Δs=s2-s1=s3-s2=…=恒量,即若连续相等的时间间隔内的位移之差为恒量,则与纸带相连的物体的运动为匀变速直线运动.③由纸带求物体运动加速度的方法:

掌握二三四六段的方法

④由纸带求物体运动速度的方法:

2. 验证力的合成的平行四边形定则

实验目的:验证力的合成的平行四边形定则.

实验原理:此实验是要用互成角度的两个力与一个力产生相同的效果(即:使橡皮条在某一方向伸长一定的长度),看其用平行四边形定则求出的合力与这一个力是否在实验误差允许范围内相等,如果在实验误差允许范围内相等,就验证了力的平行四边形定则.

注意事项:①用弹簧秤测拉力时,应使拉力沿弹簧秤的轴线方向,橡皮条、弹簧秤和细绳套应位于与纸面平行的同一平面内.②同一次实验中,橡皮条拉长后的结点位置O必须保持不变.

3. 验证牛顿第二定律

实验原理:①如图1所示装置,保持小车质量M不变,改变小桶内砂的质量m,从而改变细线对小车的牵引力F(当m<

4. 验证机械能守恒定律

注意:①先接通电源后松开纸带,让重锤自由下落.②在打好点的纸带中挑选第一、二两点间的距离接近2 mm,且点迹清晰的一条纸带.③计算各点对应的势能减少量mghn和动能的增加量,进行比较.④因不需要知道动能和势能的具体数值,所以不需要测量重锤的质量.

力学实验测试题:

1.(研究平抛运动)某同学得用图2所示装置做“研究平抛运动”的实验,根据实验结果在坐标纸上描出了小球水平抛出后的运动轨迹,但不慎将画有轨迹图线的坐标纸丢失了一部分,剩余部分如图3所示.图3中水平方向与竖直方向每小格的长度均代表0.10 m,P1、P2和P3是轨迹图线上的3个点,P1和P2、P2和P3之间的水平距离相等.

完成下列填空:(重力加速度取9.8 m/s2)

(1)设P1、P2和P3的横坐标分别为x1、x2和x3,纵坐标分别为y1、y2和y3,从图3中可读出|y1-y2|=______.m,丨y2-y3|=______m,|x1-x2|=______m(保留两位小数).

(2)若已测知抛出后小球在水平方向上做匀速运动.利用(1)中读取的数据,求出小球从P1运动到P2所用的时间为______s,小球抛出后的水平速度为______m/s (均可用根号表示).

(3)已测得小球抛出前下滑的高度为0.50 m.设E1和E2分别为开始下滑时和抛出时的机械能,则小球从开始下滑到抛出的过程中机械能的相对损失,(保留两位有效数字).

2.(研究加速度和力的关系)如图4为“用DIS(位移传感器、数据采集器、计算机)研究加速度和力的关系”的实验装置.

(1)在该实验中必须采用控制变量法,应保持______不变,用钩码所受的重力作为______,用DIS测小车的加速度.

(2)改变所挂钩码的数量,多次重复测量.在某次实验中根据测得的多组数据可画出a-F关系图线(如图5所示).

①分析此图线的OA段可得出的实验结论是______.

②(单选题)此图线的AB段明显偏离直线,造成此误差的主要原因是()

(A)小车与轨道之间存在摩擦

(B)导轨保持了水平状态

(C)所挂钩码的总质量太大

(D)所用小车的质量太大

3.(验证平行四边形定则)某同学在家中尝试验证平行四边形定则,他找到三条相同的橡皮筋(遵循胡克定律)和若干小重物,以及刻度尺、三角板、铅笔、细绳、白纸、钉字,设计了如下实验:将两条橡皮筋的一端分别在墙上的两个钉子A、B上,另一端与第二条橡皮筋连接,结点为O,将第三条橡皮筋的另一端通过细绳挂一重物.

(1)为完成实验,下述操作中必需的是

a.测量细绳的长度

b.测量橡皮筋的原长

c.测量悬挂重物后像皮筋的长度

d.记录悬挂重物后结点O的位置

②钉子位置固定,欲利用现有器材,改变条件再次实验证,可采用的方法是______

4.(力的功与物体速度的关系)探究力对原来静止的物体做的功与物体获得的速度的关系,实验装置如图所示,实验主要过程如下:

(1)设法让橡皮筋对小车做的功分别为W、2W、3W、…;

(2)分析打点计时器打出的纸带,求出小车的速度v1、v2、v3、….(3)作出w-v草图;

(4)分析w-v图象.如果w-v图象是一条直线,表明w∝v如果不是直线,可考虑是否存在W∝v2、W∝v3、等关系.

以下关于该试验的说法中有一项不正确,它是______.

(A)本实验设法让橡皮筋对小车做的功分别为W、2W、3W、….所采用的方法是选用同样的橡皮筋,并在每次实验中使橡皮筋拉伸的长度保持一致.当用1条橡皮筋进行是实验时,橡皮筋对小车做的功为W,用2条、3条、…橡皮筋并在一起进行第2次、第3次、…实验时,橡皮筋对小车做的功分别是2W、3W、…

(B)小车运动中会受到阻力,补偿的方法,可以使木板适当倾斜

(C)某同学在一次实验中,得到一条记录纸带.纸带上打出的点,两端密、中间疏.出现这种情况的原因,可能是没有使木板倾斜或倾角太小

(D)根据记录纸带上打出的点,求小车获得的速度的方法,是以纸带上第一点到最后一点的距离来进行计算

5.(测定重力加速度)如图8所示,将打点计时器固定在铁架台上,使重物带动纸带从静止开始自由下落,利用此装置可以测定重力和速度.

(1)所需器材有打点计时器(带导线)、纸带、复写纸、带铁夹的铁架台和带夹子的重物,此外还需______(填字母代号)中的器材.

(A)直流电源、天平及砝码

(B)直流电源、毫米刻度尺

(C)交流电源、天平及砝码

(D)交流电源、毫米刻度尺

(2)通过作图象的方法可以剔除偶然误差较大的数据,提高实验的准确程度.为使图线的斜率等于重力加速度,除作v-t图象外,还可作______图象,其纵轴表示的是横轴表示的是______.

6.(测定弹簧的劲度系数)在弹性限度内,弹簧弹力的大小与弹簧伸长(或缩短)的长度的比值,叫做弹簧的劲度系数.为了测量一轻弹簧的劲度系数,某同学进行了如下实验设计:如图9所示,将两平行金属导轨水平固定在竖直向下的匀强磁场中,金属杆ab与导轨接触良好,水平放置的轻弹簧一端固定于O点,另一端与金属杆连接并保持绝缘.在金属杆滑动的过程中,弹簧与金属杆、金属杆与导轨均保持垂直,弹簧的形变始终在弹性限度内,通过减小金属杆与导轨之间的摩擦和在弹的形变较大时读数等方法,使摩擦对实验结果的影响可忽略不计.

请你按要求帮助该同学解决实验所涉及的两个问题.

(1)帮助该同学完成实验设计.请你用低、压直流电源()、滑动变阻器()、电流表()、开关()设计一电路图,画在图中虚线框内,并正确连在导轨的C、D两端.

(2)若已知导轨间的距离为d,匀强磁场的磁感应强度为B,正确连接电路后,闭合开关,使金属杆随挡板缓慢移动,当移开挡板且金属杆静止时,测出通过金属杆的电流为I1,记下金属杆的位置,断开开关,测出弹簧对应的长度为x1;改变滑动变阻器的阻值,再次让金属杆静止时,测出通过金属杆的电流为I2,弹簧对应的长度为x2,则弹簧的劲度系数k=______.

7.(验证机械能守恒定律)如图10所示,两个质量各为m1和m2的小物块A和B,分别系在一条跨过定滑轮的软绳两端,已知m1>m2,现要利用此装置验证机械能守恒定律.图10

(1)若选定物块A从静止开始下落的过程中进行测量,则需要测量的物理量有______.

①物块的质量m1、m2;

②物块A下落的距离及下落这段距离所用的时间;

③物块B下落的距离及下落这段距离所用的时间;

④绳子的长度.

(2)为提高实验结果的准确程度,某小组同学对此实验提出以下建议:

①绳的质量要轻;

②在“轻质绳”的前提下,绳子越长越好;

③尽量保证物块只沿竖直方向运动,不要摇晃;

④两个物块的质量之差要尽可能小.

以上建议中确实对提高准确程度有作用的是______.

(3)写出一条上面没有提到的对提高实验结果准确程度有益的建议:______.

8.(螺旋测微器读数)某同学用螺旋测微器测量一铜丝的直径,测微器的示数如图11所示,该铜丝的直径为______mm.

9.(探究弹力和弹簧伸长的关系)某同学和你一起探究弹力和弹簧伸长的关系,并测弹簧的劲度系数k.故法是先将待测弹簧的一端固定在铁架台上,然后将最小刻度是毫米的刻度尺竖直放在弹簧一侧,并使弹簧另一端的指针恰好落在刻度尺上.当弹簧自然下垂时,指针指示的刻度数值记作L0,弹簧下端挂一个50g的砝码时,指针指示的刻度数值记作L1;弹簧下端挂两个50 g的砝码时,指针指示的刻度数值记作L2;……;挂七个50 g的砝码时,指针指示的刻度数值记作L7.

(1)表1记录的是该同学已测出的6个值,其中有两个数值在记录时有误,它们的代表符号分别是______和______.

测量记录表:

②实验中,L3和L2两个值还没有测定,请你根据图12将这两个测量值填入记录表中.

③为充分利用测量数据,该同学将所测得的数值按如下方法逐一求差,分别计算出了三个差值:d1=L1-Ln=6.90 cm,d2=L3-L1=6.90 cm.d3=L3-L2=7.00cm.

请你给出第四个差值:d4=______=______cm.

④根据以上差值,可以求出每增加50 g砝码的弹簧平均伸长量ΔL.用d1、d2、d3、d4

表示的式子为:ΔL=______,

代入数据解得ΔL=______cm.

⑤计算弹簧的劲度系数k=______N/m.(g取9.8 m/s2)

1 0.(游标卡尺+光电计时器+匀变速直线运动)某同学为了探究物体在斜面上的运动时摩擦力与斜面倾角的关系,设计实验装置如图13.长直平板一端放在水平桌面上,另一端架在一物块上.在平板上标出A、B两点,B点处放置一光电门,用光电计时器记录滑块通过光电门时挡光的时间.

实验步骤如下:

①用游标卡尺测量滑块的挡光长度d,用天平测量滑块的质量m;

②用直尺测量AB之间的距离s,A点到水平桌面的垂直距离h1,B点到水平桌面的垂直距离h2;

③将滑块从A点静止释放,由光电计时器读出滑块的挡光时间t1;

④重复步骤③数次,并求挡光时间的平均值;

⑤利用所测数据求出摩擦力f和斜面倾角的余弦值cosα;

⑥多次改变斜面的倾角,重复实验步骤②③④⑤,做出f-cosα关系曲线.

(1)用测量的物理量完成下列各式(重力加速度为g):

①斜面倾角的余弦cosα=______;

②滑块通过光电门时的速度v=______;

③滑块运动时的加速度a=______;

④滑块运动时所受到的摩擦阻力f=______;

(2)测量滑块挡光长度的游标卡尺读数如图14所示,读得d=______.

1 1.(平抛运动+验证机械能守恒)某同学利用如图15所示的实验装置验证机械能守恒定律.弧形轨道末端水平,离地面的高度为H.将钢球从轨道的不同高度h处静止释放,钢球的落点距轨道末端的水平距离为s.

(1)若轨道完全光滑,s2与h的理论关系应满足s2=______(用H、h表示).

(2)该同学经实验测量得到一组数据,如表2所示:

请在坐标纸上作出s2-h关系图.

(3)对比实验结果与理论计算得到的s2-h关系图线(图中已画出),自同一高度静止释放的钢球,水平抛出的速率______(填“小于”或“大于”)理论值

(4)从s2-h关系图线中分析得出钢球水平抛出的速率差十分显著,你认为造成上述偏差的可能原因是__

参考答案

1.解析:本题考查研究平抛运动的实验.由图可知P1到P2两点在竖直方向的间隔为6格,P1到P3两点在竖直方向的间隔为16格所以有|y1-y2|=0.60 m.|y2-y3|=1.00 m.P,到P2两点在水平方向的距离为6个格,则有|x1-x2|=0.60 m.

(2)由水平方向的运动特点可知P1到P2与P2到P3的时间相等,根据Δx=at2,解得时间约为0.2 s,则有m/s

(3)设抛出点为势能零点,则开始下滑时的机械能为E1=mgh=4.9 m,抛出时的机械能为m,则根据.

2.(1)因为要探索“加速度和力的关系”所以应保持小车的总质量不变,钩码所受的重力作为小车所受外力(2)由于OA段aF关系为一倾斜的直线,所以在质量不变的条件下,加速度与外力成正比;由实验原理:mg=Ma得,而实际上可见AB段明显偏离直线是由于没有满足M>>m造成的.

3.(1)bcd (2)更换不同的小重物

4.解析本实验的目的是探究橡皮绳做的功与物体获得速度的关系.这个速度是指橡皮绳做功完毕时的速度,而不整个过程的平均速度,所以(D)选项是错误的.

5.解析:(1)打点计时器需接交流电源.重力加速度与物体的质量无关,所以不要天平和砝码.计算速度需要测相邻计数的距离,需要刻度尺,选(D)..

(2)由公式v2=2gh,如绘出图象,纵轴表示的是速度平方的一半,横轴表示的是重物下落的高度.

6.解析:(1)低压直流电源E、滑动变阻器R、电流表、开关S串接在CD两点之间,如图17所示.

(2)设弹簧原长为L0,应用胡克定律有

K(x1-L0)=BI1d

k(X2-L0)=Bl2d,

两式相减可得k(x1-x2)=B(I1-I2)d,解得.

7.解析:(1)通过连结在一起的A、B两物体验证机械能守恒定律,既验证系统的势能变化与动能变化是否相等,A、B连结在一起,A下降的距离一定等于B上升的距离;A、B的速度大小总是相等的,故不需要测量绳子的长度和B上升的距离及时间.(2)如果绳子质量不能忽略,则A、B组成的系统势能将有一部分转化为绳子的动能,从而为验证机械能守恒定律带来误差;若物块摇摆,则两物体的速度有差别,为计算系统的动能带来误差;绳子长度和两个物块质量差应适当.(3)多次取平均值可减少测量误差,绳子伸长量尽量小,可减少测量的高度的准确度.

规律总结:此题为一验证性实验题.要求根据物理规律选择需要测定的物理量,运用实验方法判断如何减小实验误差.掌握各种试验方法是解题的关键.

8.解析:螺旋测微器固定刻度部分读数为4.5 mm,可动刻度部分读数为0.093 mm,所以所测铜丝直径为4.593 mm.

规律总结:螺旋测微器的读数是高考常考点,采用“固定刻度+可动刻度=读数”的方法进行.9.①L5 L6②6.85(6.84-6.86)

14.05(14.04-14.06)③7.20(7.18-7.22)④1.75⑤28解析:读数时应估读一位,所以其中L5、L6两个数值在记录时有误:根据实验原理可得后面几问的结果.

规律总结:此题考查了基本仪器(刻度尺)的使用,以及基本试验方法(逐差法)的应用.这是高中物理实验的基本能力的考查,值得注意.

10.解析:(1)物块在斜面上做初速度为零的匀加速直线运动,受重力、支持力、滑动摩擦力,根据三角形关系可得到,根据;根据运动学公式,有,即有;根据牛顿第二定律mgsinθ-f=ma,则有;(2)在游标卡尺中,主尺上是3.6 cm,在游标尺上恰好是第1条刻度线与主尺对齐,再考虑到卡尺是10分度,所以读数为3.6 cm+0.1×1 mm=3.61或者3.62 cm也对.

11.解析:(1)根据机械能守恒,可得离开轨道时速度为,由平抛运动知识可求得时间为,可得

(2)依次描点,连线,注意不要画成折线.

(3)从图18中看,同一h下的s2值,理论值明显大于实际值,而在同一高度H下的平抛运动水平射程由水平速率决定,可见实际水平速率小于理论速率.

水力学实验 篇8

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.

水力学实验 篇9

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.

石油钻采水力模拟实验系统设计 篇10

1 水力模拟实验系统组成

石油钻采水力模拟系统由模拟井组、高压管路系统、低压管路系统、管路控制流程和数据采集与控制系统组成, 如图1所示。

模拟井组包括抽油机井、电潜泵井、井下作业井、井控井。每个模拟井的井身结构根据试验工艺设计组装, 井口安装采油树及控制阀门组。采油树通过大四通、小四通分别与低压管路和高压管路连接, 通过控制阀门进行切换工作, 以适应不同的工况要求。

高压管路系统包括高压柱塞泵组, 蓄能器组, 流量计, 压力传感器, 高压控制阀等主要设备元件, 能为实验模拟井提供所需的高压流体。高压系统额定工作压力为15MPa, 最高工作压力可达40MPa;额定工作流量为4.2m3/h, 最大瞬时流量可达12m3/h。

低压管路系统包括离心泵组, 流量计, 压力传感器, 控制阀等主要设备元件, 能为实验模拟井提供所需的低压大流量流体。低压系统工作流量为15~40m3/h, 工作压力为0.2~0.3MPa。

2 水力模拟实验系统流程

水力模拟实验系统流程如图2所示。管路实验控制流程主要包括开关控制阀、调节阀、流量计、压力传感器、计量罐、管道泵等, 能根据设计工艺进行回路的流量和压力调节, 满足实验工况要求。

抽油泵实验工艺流程:将需要实验的抽油泵放入抽油机井内, 封闭井口, 启动小流量离心泵向井中注水, 启动抽油机, 调节实验流程中的电动调节阀, 调到需要的压力和流量, 进行实验过程的数据采集和特性研究。

电潜泵实验工艺流程:使用大流量离心泵向电潜泵模拟井注水, 启动潜油电泵, 根据实验要求, 调节输出口的电动调节阀, 控制实验过程所需的压力和流量, 并通过流量计和压力传感器测量泵的流量和压力, 评价其水力特性。

井下工具实验工艺流程:首先将井下工具按要求下入作业井中, 启动高压柱塞泵, 观察系统压力, 当达到设定压力值时停止高压泵, 5~20分钟后, 观察压力变化情况, 评定其是否满足性能要求。

井控设备实验工艺流程:首先将井控系统的防喷器控制为关闭状态, 启动高压柱塞泵向井筒和蓄能器组供液, 达到设定压力上限后, 关闭高压泵, 由蓄能器进行稳压和供液。实验过程中, 防喷器系统的工作过程由PLC根据设定程序进行控制, 当系统压力降低到设定压力上限后, 高压柱塞泵自动启动向井筒供液, 从而保持井控系统在设定压力范围内完成试验和检测。

3 数据采集与控制系统

数据采集与控制系统如图3所示, 主要包括工控机、PLC及其扩展模块、传感器、数据采集传输卡、显示仪表、监控软件等, 可以实现自动采集、存储实验中的数据, 并对实验过程进行检测和控制。

系统采集的信号主要有高压管路的压力、流量;低压管路的压力、流量;模拟井出口压力、流量;水箱温度、液位;计量罐液位等。系统控制的对象主要包括柱塞泵、离心泵和管道泵电机的启停, 电动球阀、气动球阀等阀门的开关。

设计采用西门子S7-200系列的CPU 226和EM231模块作为下位机, 进行数据采集和控制。

采用工控机作为上位机, 实现实验过程的数据监测、数据存储和处理。石油钻采水力模拟实验系统监控界面应力求直观、操作简单。设计选用MCGS 6.2软件作为监控软件开发平台。要求监控界面能实时显示测试数据, 能提供表格、曲线图等多种显示方式, 可以实时监测设备的运行状态, 支持报表打印等功能, 而且有报警机制。

4 结论

石油钻采水力模拟实验系统是进行石油钻采设备和工具研发试验的重要平台, 设计的系统能够实现钻井、采油、修井和井下作业工具的工艺性能检测和功能试验, 将会为新型石油钻采工具的研发提供有益的帮助, 也会在石油高校工程教育改革的实践教学中发挥积极的作用。

摘要：设计了一套用于石油钻采工艺与设备性能检测和功能试验的水力模拟实验系统, 包括模拟井组、高压管路系统、低压管路系统和数据采集与控制系统。设计流程可以满足抽油机-抽油泵装置、电动潜油离心泵、井下作业循环系统、钻修井控作业系统及工具的水力特性实验、工作参数检测与控制性能实验, 为石油钻采设备与工具的研发和实验教学提供一个良好的平台。

关键词：水力模拟,实验系统,流程,数据采集与控制

参考文献