力学实验课程

力学实验课程（精选十篇）

力学实验课程 篇1

关键词：大学物理,力学实验课程,考核方式

一、力学实验课程考核现状

力学实验教学质量的高低对后续实验课程的教学质量有着直接的影响。学生是物理教学活动的主体, 考核是检验学生能力和教师教学质量的重要方式, 有效的考核方式对全面促进学生的成长、改进教师教学手段都有很大的指导意义。力学实验课程的考核与理论考核有不同的标准, 力学实验课程作为一个动态的教学过程, 考核的内容涉及多个方面。为此, 对学生力学方面的实验课程考核要通过全方位、多渠道的方式渗透到整个实验课程教学过程中, 降低考核过程中人为产生的随意性和主观性, 对学生的实验能力做出科学的结论, 从而促进大学生个性和创造性的发展。

不少课题研究人员都认为, 现代教育环境下的大学物理力学实验课程考核体系, 要真实反映学生掌握力学实验基本知识的情况和相关的实验技能, 也要通过有效的考核方式促进大学生的创造性和学习积极性。为此, 对大学物理力学实验课程的考核不仅要注重实验前的准备、实验中的操作和实验后的成绩考核, 还要将学生的日常表现考虑在内, 全面提高力学实验课程考核的公平性与合理性。

在素质教育的推行下, 为了深化教学改革, 提高力学实验课程教学质量, 我们应结合物理力学实验的特点, 围绕新的考核思路, 即将培养大学的各项能力作为重点目标、重视大学物理力学的实验过程、将力学实验课程的考核过程贯穿于力学实验的始终, 展开对学生力学实验能力和教师教学效果的客观评价。

二、具体考核过程

1. 实验预习的考核

实验预习主要考核的是督促和检查学生对相关物理知识的掌握情况和实验准备情况, 课前预习的效果关系到学生的力学实验能否顺利完成。预习的内容主要包括对器材的熟悉、对预习报告的书写、对实验原理的理解、发现和提出新问题等。这一阶段的考核可以不在课堂上完成, 学生通过查阅相关资料进行实验前的准备, 指导教师可以让学生将所需要的材料直接报告或者以邮件、文件的方式交给教师, 教师通过进行统一的批改, 做出比较详细的评价, 对学生表现好的地方给予肯定和鼓励, 对不足的地方教师要进行纠正并及时将反馈建议发给学生, 让他们做好充足的实验准备。最后再围绕“实验报告是否书写整洁、注意事项是否记住、有无建设性问题提出、实验涉及的知识是否掌握”等内容通过提问或者观察的形式对学生的表现给出分数。

2. 实验过程的考核

实验过程的考核主要是衡量学生的实际操作能力、应变能力和对物理知识的掌握程度, 既需要动手还需要动脑, 注重实验操作的每个细节。通过规范、安全的操作实验, 将观察到的实验现象和测量到的数据真实地反映到报告中, 切实解决实验中出现的问题。对于分组合作进行的实验, 还要考察团队的合作精神。在做力学实验的过程中, 教师要做好巡查工作, 认真观察和记录学生的操作情况, 除了要注意学生的安全, 还要考查学生对物理仪器的使用方法是否得当、是否爱护器材、数据测量和分析是否科学、实验过程是否规范等。实验结束后综合学生的上述表现给出分数。力学实验相对简单, 大多时间是一人一套器材进行实验, 大多数学生在规定时间内都能完成实验并进行检查纠正, 个别学生即使没有在规定时间内完成任务也会重新挑选时间再做实验, 每个学生的实验数据不可能完全相同, 从数据分析上也可以看出学生是否伪造或者抄袭数据, 这样做杜绝了弄虚作假现象的发生, 对学生的实际情况进行了真实的考察, 并督促学生认真做实验, 提高了力学实验课程的教学效果。

3. 实验后的考核

由于力学实验室对物理量需进行定时定量的测量, 要求测量结果必须具备高的准确性, 然而由于学生实验技能有限、实验方法不同和受实验器材的影响, 在实验数据上产生误差知识在所难免的, 因此, 不能单凭最后的实验结果来判定学生的实验成绩, 要重视学生各项能力的培养, 因此, 在评分中要综合考虑以下因素:学生的实验报告是否书写完整、整洁, 实验数据的记录、图表制作、单位等是否合理, 发现问题、分析问题和解决问题的态度是否积极以及学生的出勤情况等。

参考文献

[1]姜成果, 姜红梅, 宣振国.《力热实验》课程考核方式的探索[J].通化师范学院学报, 2005 (04) .

力学实验课实验失败反思报告 篇2

一、实验目的：

实验预期目的：

1.观察低碳钢、铸铁和铝合金在拉伸过程中的各种现象（包括屈服，强化和颈缩等现象），特别是外力和变形间的关系，并绘制拉伸图。2.测定低碳钢的屈服极限，强度极限，延伸率和截面收缩率。

3.测定铸铁和铝合金的强度极限。

4.观察断口，比较低碳钢、铸铁、铝合金三种材料的拉伸性能和破坏特点，并对其断裂形式从微观角度进行分析。

实际达到效果：

1.基本观察到了实验现象，但是对于材料破坏方式这一点前两次实验结果与预期明显偏离。

2.屈服极限，强度极限已测，但是延伸率和截面收缩率因为实验失败，所以没有结论。

3.铸铁和铝合金的曲线已经由实际实验数据给出了分析和结果。4.对于三种材料的拉伸性能和破坏特点，以及微观角度已做分析。

二、已知材料特性：

抗拉能力：铝合金最弱，铸铁其次，低碳钢较强。铝合金：高塑性，破坏形式为纯剪断，抗拉能力弱。

低碳钢：强度低、硬度低而软。有明显的弹性阶段、屈服阶段、强化阶段、局部变形阶段。低碳钢虽然也是剪断的，但在之前有明显的颈缩。

铸铁：强度高，脆性材料。几乎只有弹性阶段，破坏形式为拉断。

三、实验结果及问题分析：

图一：三种材料实际载荷—位移曲线

如图一所示为我们小组三种材料的实际测量曲线，显然，铝合金以及低碳钢曲线与预期不符。

这次实验问题主要有以下几个方面：

1.整个实验未达实验目的，比如某些参数忘记测量。第一次实验忘记测量原始标距和断口直径；此外，测量直径时没有在每一横截面处沿相互垂直的两个方向各测一次取其平均值，导致计算截面积时误差可能会偏大。2.由于操作不熟练，在夹持试件时，没有保证试件夹持后上下对称且全部在夹头内部；此外，此操作可能对试样预先加上了荷载。3.对于实验中的某些关键图像没有意识到应该及时拍照记录。4.实验过程中，小组内部分工没有细化，没有发挥整体的作用。5.关键步骤的误操作，直接导致实验失败。

接下来单独分析每个实验。

铝合金拉伸：

图二：铝合金实际应力应变曲线

从图二中我们可以看到，在加载的前半段，曲线呈线性，是铝合金的线弹性区，符合预期。对此区间线性拟合得到小框图所示拟合曲线。测得材料弹性模量。

然而，过了图中的点后，不再符合预期。

我参考了别组同学曲线，如下图三，发现，曲线应该继续平缓上升，直至被剪断。

图三：铝合金理论拉伸曲线

实验过程我们有两个地方不符合要求：

加载速度设定没按照预先规定的3mm，而是改为了5mm，但是这对于实验是否存在影响还未知。

在上空间拉伸和下空间拉伸的选项上第一次选错，导致有一个压缩阶段，这个可能是造成实验失败的原因之一。

实验结果是：铝合金材料最后被拉断，且有明显界面收缩现象，不是预期的被剪断。

铝合金材料的断裂面与轴向夹角应该是在45度左右，是剪切破坏。微观上，材料在这里发生了滑移。铝的材料结构是面心立方结构，滑移断裂是由于受剪应力的作用破坏了晶体原子间的结合力而引起断裂。沿45度方向破坏是因为单向应力状态最大剪力在这个方向。此外，在老师看过后，分析可能试件不是标准铝合金，被换过了。结合铝合金模量在6.7GPa左右，我们的测量结果是5.4GPa，明显小于预期值，支持这一观点，这可能是一个原因。

低碳钢拉伸：

图四：低碳钢实际曲线

我们的实验进行了一半，只得到了弹性阶段和屈服阶段图像，在冷却时操作失误，载荷卸载时低于了14kN，导致试验机最后直接停止实验，没有继续加载。最后由仅有的数据测得。

低碳钢拉伸破坏，预期截面应该呈杯状，断口处有45度剪切唇，断口组织为暗灰色纤维状。其断裂机制也可以用滑移断裂解释，铁在室温下为体心立方结构，与铝有所差别。另外由于铁晶体内部原子作用力比铝要大，其断口与铝有所差别，铝合金是纯“剪断”的，而低碳钢则出现滑移线。

铸铁拉伸：

图五：铸铁拉伸实际曲线

经过前两次实验的失败，总结经验，第三次做出了比较好的曲线。最后测得。

铸铁是典型的脆性材料，它的破坏断口预期是横截面方向。铸铁的断裂是由拉应力引起。

下图六是断口图像：断裂点靠近夹持端，应该是夹持时附加了扭矩的影响。

图六：铸铁断口实际图像

四、总结与反思：

经过两次实验失败，我们小组总结出了很多经验，也收获了很多东西。意识到科学实验需要相当高的严谨性，任何一个疏忽都可能导致实验失败。我们决定以后实验先做预习，提前熟悉具体的实验过程。同时，加强组内协作，让实验分工更加合理。

后来在网上查阅了一些资料，我认为实验细节有这样一些重要事项： 1.断口移中法：用于测量拉断后的标记长度，即是若断口不在初标距长度中部三分之一区段内时，应该要采用断口移中的办法，以计算试件拉断后的标距长度，减小误差。

2.测量断裂面的截面积应该至少取两个方向各测一次直径，取平均值。3.环境温度的修正：环境温度对材料拉伸性能有一定影响，由于力学实验没有精度要求，所以可以忽略。

4.试件夹持：试件夹持后务必应该与拉伸方向平行，否则会带来较大误差。夹持不正可能会导致试件夹持端有较大扭矩，造成端口不在试件中间1/3区间内。此外，试件务必夹紧后数据清零，尽可能减少实验刚刚开始时由于系统夹头变形、打滑带来的一段很小的波动段。

力学实验课程 篇3

关键词：材料力学；实验教学；教学模式

材料力学课程是土木工程专业重要的技术基础课。目前我院材料力学课程为学生开设了6个实验项目，目的是为了加深和巩固所学的理论知识。但现行的实验教学模式存在一些问题，主要表现在重理论教学轻实验教学；教学模式基本是教师讲解实验内容，学生按步骤做实验、测数据，最后提交实验报告。这就导致了学生在实验过程中，完全依赖教师，不动脑筋，理论和实际脱节，实验操作技能差，不能够主动思考问题。因此探索新的实验教学模式，加强对学生进行实验设计、实验方法和实验技能的培训，培养学生解决实际工程问题的能力。“土木工程专业本科系列实验教学平台建设的研究与实践”课题是以土木工程学科理论联系实践、注重实践的专业特点为背景，以学生为主体、强化实践教学为理念，以提高基础实验课程和专业实验课程教学效果为目的，结合新一轮人才培养方案的修订，构建具有前瞻性、可操作性的土木工程专业系列实验教学平台，从而使学生更好地理解专业知识，掌握专业知识，增强实践能力和创新精神，提高土木工程专业人才培养质量。材料力学实验是巩固材料力学基本概念，增强工程实践能力，培养创新精神，树立科学态度、提高综合素质的重要环节。先进的实验教学理念，要求正确认识和处理实验教学在整个材料力学过程中所占有的位置，从“教学实验”转变为“实验教学”。使得学生不仅掌握实验研究的基本方法和技能，而且具有独立开展实验研究的能力，具备向相关领域拓展的基本素质。

一、建立基础力学实验教学新体系

为了适应形势的发展，将实验的内容分成了三个模块化，即为基本性实验、综合提高性实验、研究创新型实验，开设的实验贯穿了整个材料力学的重要知识点，具体分类如下：

1.基本性实验：以深入理解力学基本概念、了解力学实验技术基础、培养学生基本力学实验技能为目的。在基本性实验中，改变了原来只是验证材料的基本力学性能和验证应力的分布规律的目的，加强了实验的思考性和启发性，培养学生通过实验发现问题、研究问题的能力；注重与工程实际问题结合，增加基础力学基本实验的新颖性和信息量；加强对学生进行现代力学测试方法和现代实验技能的基本训练。例如：在金属材料拉伸实验之前，让学生预习为什么采用标准的比例试件；在实验中思考低碳钢什么时候产生屈服，什么时候强化；在实验结束后，思考铸铁的破坏方式和破坏原因。让学生比较两种材料的应力-应变曲线的不同，并思考为什么工程中要保证结构的破坏是塑性破坏，而避免脆性破坏；为什么钢材的设计强度值要选用屈服强度；通过提问增加学生通过实验发现问题、研究问题、获取新知识的能力。

2.综合提高性实验：综合提高性实验是实验教师先确定相关的实验内容和提出问题，学生在掌握基本实验方法和实验操作技能的基础上发挥主观能动性，根据问题的性质综合运用所学知识设计实验方案和拟订实施实验方案的具体步骤。学生要完成实验必须掌握全面分析问题的方法，学会用实验解决问题的技巧。如叠合梁的综合实验。工厂中常见的桥式吊车用梁大多采用复合结构叠合梁。为了便于学生在实验室进行实验，我们对实际问题进行简化，选择相同截面的两根矩形梁，对相同材料和不同材料叠加的情况，对不同支座的情况，检测材料和结构各个层面的应力应变大小及分布。学生通过综合提高实验发现了工程中出现的力学现象，进一步掌握力学的基本概念与力学基本理论，使得学生学以致用。

3.研究创新型实验：实验教学的传统模式是规定性的，规定学生必须做什么，只能做什么，不能做什么。研究性实验教学的模式在教学理念上，以发展学生能力为本，学生知识获取过程中的地位由“被动”变为“主动”；在教学方法上，采用引导式、启发式、探究式等教学模式，引导学生主动发现问题、分析问题和解决问题，培养学生自我学习和研究能力；在教学模式上，以“问题研究”“案例教学”为中心；在教学形式上，引入科学研究的基本方法，如文献阅读、专题讨论、方案评审、数值仿真、实验测试、终期汇报等；在教学内容的选择上，从工程应用中选择研究主题，可以是一门课程中的问题，也可以是多门课程交叉的问题。针对土木工程专业的学生，以钢结构、桁架结构为背景，与结构力学及相关专业课程有机结合起来，我们和南京航空航天大学联合研发的多功能组合式力学实验装置，学生可以根据自主设计实验的需要，选择所需的杆件、接头、约束支座以及加载方式进行自主组合实验，可以做梁、刚架和桁架等多种结构的实验，可同时进行多点、不同方向加载，不仅可以加深学生对力学实验的理解，而且巩固和提高了所学的力学知识。通过设计综合性实验激发创新思维，有效地提高理论和实践的结合运用能力，并掌握将理论知识运用在实践当中的技巧。通过研究性实验，学生自己能发现问题并解决问题。例如工程结构中的桁架，其力学模型都是杆件通过一定的铰链连接而成，但是实际结构中的连接方式各种各样，哪些连接方式可以简化为铰链？哪些连接方式可以近似简化为铰链？哪些连接方式则不能简化为铰链？简化为铰链后产生的误差是多少？理论值和实验值的误差是多少时是工程允许的？在刚架是实验过程中如何消除装配应力？通过实验教学模式的改革，让学生更多地了解了力学现象和规律，拓展了学生的视野，激发学生学习兴趣，进一步巩固所学的知识；同时充分调动了学生的学习积极性和主动性，提高了理论综合分析能力与实验操作技能，为后续课程的学习打下了良好的基础。

二、改革教学方法，开展研究性教学

实验教学的重点应该从传授知识向培养能力和提高综合素质转移。对学生创新思维能力的培养要求教师在教学过程中改变原来的填鸭式的模式，将学生作为学习过程中的主体，充分激发和调动学生学习的兴趣，激活学生的思维，激发学生的动力。教学方法设计应围绕这一主题，给学生更多的动手的机会，更多的动脑的时间，为学生提供自主探索和思考实验现象的机会。学生针对老师提出的问题独立设计实验方案、确定实验方法、选择实验器材，独自操作的一种实验教学模式。实验之前既不给出实验原理，学生也没有现成的实验方法和步骤可以参考，学生要在查找和阅读参考资料的基础上，经过自己的分析和思考才能找到初步的答案或结论，明白相关原理之后再拟订实验方案。通过这样一种过程，学生就能加强深入了解实验原理，检验自己分析和研究成果的正确性，提高自学能力、动手能力以及分析问题解决问题的能力，进而培养创新思维和良好的科学品质。

三、改革考试考核方法，着重培养综合素质

多年来我们一直在思考对实验考试方法的改革。将“课程实验”转变为“实验课程”后设想实行理论概念与实际操作相结合的综合性考试方法。考试的题目既有主观题也有客观题，既有实验理论试题，也有到实验室动手操作，需要学生去思考、去研究，以得到简捷、方便、有效的高水平解决方案。题目不是一般的习题，而是结合工程背景，提炼简化的问题。例如在材料力学理论教学中经常出现吊车梁的问题，我们结合这个工程问题，出了这样一个题目，要求学生测出在移动荷载作用下，梁跨中的最大挠度。这样的考题既考基本概念、基本方法，又考综合能力、综合素质，包括力学素质、工程素质和创新精神。不仅要考教材上的内容，更要给学生创造性思维的空间。使学生在考试中不是被动思维，而是积极思考。这样的设想在去年培训参加全国大学生基础力学实验竞赛的同学身上得到了很好的验证。参赛的学生通过在综合实验装置上多种组合结构的实验培训，分析问题、解决问题和实验技能得到了很好的锻炼。参赛的同学说：“实验的测试不仅检验了我们的动手能力，要求能够将基本概念运用到实际工作中，还考察了自己的力学素质与分析能力。是对我们综合素质的一次考察，不仅要求有很强的动手能力，更要有良好的表达能力。是对我们学习能力的一次很好的锻炼、提高。”事实证明这样的培养方式是正确的，去年他们在竞赛中取得了优异的成绩，在和全国96所高校的学生同堂竞技中，他们获得全国一等奖，排名第八。

参考文献：

[1]陶阳.材料力学课程的课堂设计和学生的综合能力培养[J].中国教育与教学，2008，（7）：33-34.

[2]邓宗白，吴文龙.深化基础力学实验教学改革着力培养工程素质和创新精神[J].南京航空航天大学学报（社科版），2002，（4）：14-17.

[3]邓宗白，周克印，陈建平，等.基础力学实验教学改革[J].中国大学教育，2005，（5）：33-34.

作者简介：陶阳（1964-），女，扬州大学建筑科学与工程学院副教授，主要从事材料力学和结构力学的教学和工程检测工作。

力学实验课程 篇4

关键词：结构动力学,振动测试,有限元分析

为适应向职业教育转型, 成为应用型技术人才, 实践学习对于当前大学生尤为重要。结构力学是土木工程专业的核心课程。由于课时、实验条件等限制, 结构力学[1]课程没有设置相应的结构试验环节。针对结构动力学部分计算繁琐的特点, 采取理论与实践结合的教与学的方式, 可以提高学生的积极性和创造性。对工程结构而言, 结构实验是研究和发展结构计算理论不可缺少的重要环节。

1 实验手段在课程中的必要性

结构的动力特性包括结构的自振频率、阻尼系数和振型等一些基本参数或振动模态参数, 是反映结构本身所固有的动力性能。由结构形式、质量分布、结构刚度、材料性质、构造连接等因素决定, 与外荷载无关。

对结构进行动力分析的目的是保证结构在整个使用周期, 在可能发生的动荷载作用下能够正常工作, 并保持一定的可靠度。这就要求我们寻找结构在任意动荷载作用下随时间而变化的响应。然而多自由度体系的计算相对比较复杂, 因而也就不可避免地要涉及到结构动力实验的测试技术[2]。

2 设计结构力学振动测试实验的目的

在结构力学课程中, 关于动力特性的计算属于动力学中的核心内容。然而该部分内容涉及到一系列的简化和推导, 内容涵盖了线性代数、高等数学中的知识, 计算过程比较复杂。采用实验的方法作为辅助的实践性手段, 可以达到更好的教学及学习效果。

本次设计的振动测试实验要求达到以下目的:

1) 了解测定结构动力特性的基本原理, 掌握通过人工激振法和环境随机振动法测试不同自由度系统的动力特性 (固有频率、阻尼及振型) 的方法;2) 熟悉常用结构动力特性测试系统的组成和相关仪器的使用方法;3) 通过实验测定三层框架结构的前三阶频率及阻尼比;4) 掌握ETABS建模及时程分析的运用;5) 掌握DASP分析软件, 并对实测数据进行结构动力特性分析。

3 振动测试实验设计

3.1 实验设计

试验主要仪器及设备:1) 力锤:用来发生激振信号。2) 加速度传感器:将被测系统的机械振动量 (加速度) 转换成电量。3) 电荷放大器:将加速度传感器输出的较小的电荷信号放大成可供检测的电压信号。4) 数据采集与分析系统 (DASP) :记录和分析结构振动的各个参数。5) 实验模型:空气动力学试验台。

3.2 实验实施

1) 自振频率的测定。a.打开DASP专业版, 选择使用采集仪1:[v618]INV306DF。b.点击采样进入计算机监视状态, 在此界面点击示波进入示波状态。c.设置参数:基本参数:试验名设置为三层框架模型, 试验号设置为1, 自动增加;采样频率取125;数据路径按照自定义文件夹设置。通道参数:通道Ch01;工程单位g;标定值根据所用传感器设置为206;增益倍数设置为4, 根据所采数据是否出现削峰选择合适增益倍数;虚拟扩展通道, 增加通道一的二次积分, 以得到时间位移曲线。开始条件:选择信号触发, 触发电平设置为400 m V。结束条件:采样结束方式按时间20 s。d.观察显示器上测点波形的幅值及频率变化现象, 并用手轻轻触摸结构进行体验。e.由测量数据可以绘制出幅频曲线 (计算机自动绘制) 。f.根据幅频曲线进行自谱分析确定三阶固有频率。

2) 阻尼的测定。在自由振动法下测定结构自振频率的同时数据分析采集仪器通过半功率带宽法可以对结构的阻尼进行计算, 得到阻尼比。

3) 对比数据。在用实验仪器测得结构各动力特性后再用ETABS建立三层框架模型, 对其进行时程分析, 得出动力特性指标, 将两者得到的数据进行对比。

3.3 试验数据处理及分析

1) 实验测得三层框架模型的频率曲线及阻尼比见表1。

2) ETABS[3]分析频率结果。将模型简化为框架模型参数建模:由ETABS分析结果得该三层框架结构的第一自振频率为6.402, 第二自振频率为17.212, 第三自振频率为23.753。

3) 阻尼比的计算。利用自由振动法一般只能得到结构基本阻尼, 计算公式如下:

由实验数据自由振动时程曲线得相邻一个周期的振幅α1=2 878.87, α2=-1 069.41。

代入公式得ζ=0.100 4与实验结果ζ=0.110 0对比结果相近。

4) 结果对比 (见表1) 。

5) 实验分析。根据实验目的, 需要理论计算结果与实验实测结果匹配, 以达到实验目的。在理论分析过程中, 在ETABS软件建立模型过程中, 模型的参数的设置正确与否直接影响着实验结果的准确性。例如模型中框架柱弹性模量设置和结构体系的选择非常重要, 结构自振频率与结构的质量和刚度密切相关。结构体系的选择直接影响实验结果, 当按照实际结构建立模型, 分析得出的结果与实测结果相差很大, 经过分析, 可能是由于软件分析中将结构视为板柱模型所致。将模型中板简化为同质量梁, 以简化为框架结构, 通过分析得出的结果与实测结果近似。

4 结语

在结构力学课程中设置实验实践, 提高了学生理论应用到实践的能力, 并使得对专业知识的认识起到很大的提高作用, 锻炼了学生提出问题, 分析问题, 解决问题的能力, 对学生的综合素质起到很大提高作用。通过实验与理论分析的对比, 使学生对基本概念有更深的理解, 对专业软件的运用也更加熟练。在理论性强的力学课程中设计实验课程, 提高了学生学习兴趣, 教与学的效果得到大幅度提高。

参考文献

[1]龙驭球.结构力学Ⅱ[M].北京:高等教育出版社, 2001.

[2]熊仲明.土木工程结构试验[M].北京:中国建筑工业出版社, 2006.

土力学实验教案 篇5

绪论

一、土工试验的对象和作用

土工试验是对土的工程性质进行测试，并获得土的物理性指标（如密度、含水率、土粒比重等）和力学性指标（如压缩模量、抗剪强度指标等）的实验工作，从而为工程设计和施工提供可靠的参数，它是正确评价工程地质条件不可缺少的前提和依据。

土是自然界的产物，其形成过程、物质成分以及工程特性是极为复杂的，并且随其受力状态、应力历史、加载速率和排水条件等的不同而变得更加复杂。、所以，在进行各类工程项目设计和施工之前，必须对工程项目所在场地的土体进行土工试验，以充分了解和掌握土的各种物理和力学性质，从而为场地岩土工程地质条件的正确评价提供必要的依据。因此，土工试验是各类工程建设项目中首先必须解决的何题。

从土力学的发展历史及过程来看，从某种意义上也可以说土力学是土的实验力学，如库仑(Coulomb)定律、达西(Darcy)定律、普洛特(Practor))压实理论以及描述土的应力一应变关系的双曲线模型等，无一不是通过对、土的各种试验而建立起来的。因此，土工试验又为土力学理论的发展提供依据，即使在计算机及计算技术高度发达的今天，可以把土的复杂的弹塑性应力一应变关系纳人到岩土工程的变形与稳定计算中去，但是土的工程性质的正确测定对于这些计算模型的建立以及模型中参数的确定仍然是一个关键伺题。所以，土工试验在土力学的发展过程中占有相当重要的地位。

采用原位测试方法对土的工程性质进行测定，较之室内土工试验具有不少优点，原位测试方法可以避免钻孔取土时对土的扰动和取土卸荷时土样回弹等对试验结果的影响，试验结果可以直接反映原位土层的物理状态，某些不易采取原状土样的土层（如深层的砂），只能采用原位测试的方法。但在进行原位测试时，其边界条件较为复杂。在计算分析时，有时还需作不少假定方能进行，如十字板剪切试验结果整理中的竖向和水平向抗剪强度相等的假定等，并且有些指标还不能用原位测试直接测定，如应为路径、时间效应及应变孩率等对主的性状的影响。室内土工试验由于能进行各种模拟控制试验以及进行全过程和全方位的量测和观察，在某种程度上反而能满足土的计算或研究的要求。因此，室内土工试验又是原位测试所代替不了的。

任何试验都有其一定的局限性，土工试验一样也有其局限性。其实，当土样从钻孔中取出时，就已产生两种效应使该土样偏离了实际情况，一是取土、搬运及试验切土时的机械作用扰动了土的结构，降低了土的强度；二是改变了土的应力条件，土样产生回弹膨胀。这两种效应统称为扰动，扰动使试验指标不符合原位土体的工程性状。除此以外，试样的数量也是非常有限的，一层土一般只能取几个或十几个试样，试样总体积与其所代表的土层体积相比，相差悬殊；同时，土还是各向异性的，在垂直方向上与在水平方向上，其性质指标是不相同的。而室内土工试验的应力条件是相对理想和单一化的，如固结试验是在完全侧限条件

下进行的，三轴压缩试验也仅是轴对称的，这些条件均与实际土层的受力条件不尽相符。因此，土工试验有一定的局限性，另外，土工试验成果因试验方法和试验技巧熟练程度的不同，也可能会有较大差别，这种差别在某种程度上甚至大于计算方法所引起的误差。

二、土工试验项目

（1）（2）（3）（4）（5）（6）（7）

土的含水率试验 土的密度试验 土的液限塑限试验 土的击实试验 土的渗透试验 土的压缩固结试验 土的直剪试验

实验一： 密度试验（环刀法）

一、概述

土的密度ρ是指土的单位体积质量，是土的基本物理性质指标之一，其单位为g/cm3。土的密度反映了土体结构的松紧程度，是计算土的自重应力、干密度、孔隙比、孔隙度等指标的重要依据，也是挡土墙土压力计算、土坡稳定性验算、地基承载力和沉降量估算以及路基路面施工填土压实度控制的重要指标之一。土的密度一般是指土的天然密度。

二、试验方法及原理

密度试验方法有环刀法、蜡封法、灌水法和灌砂法等。对于细粒土，宜采用环刀法；对于易碎、难以切削的土，可用蜡封法，对于现场粗粒土，可用灌水法或灌砂法。环刀法就是采用一定体积环刀切取土样并称土质量的方法，环刀内土的质量与环刀体积之比即为土的密度。

1．仪器设备

(1)恒质量环刀：内径6.18cm(面积30cm2）或内径7.98cm(面积50cm2），高20mm，壁厚1.5mm；

(2)称量500g、最小分度值0.1g的天平；

(3)切土刀、钢丝锯、毛玻璃和圆玻璃片等。

2.操作步骤

(1)按工程需要取原状土或人工制备所需要求的扰动土样，其直径和高度应大于环刀的尺寸，整平两端放在玻璃板上。

(2)在环刀内壁涂一薄层凡士林，将环刀的刀刃向下放在土样上面，然后用手将环刀垂直下压，边压边削，至土样上端伸出环刀为止，根据试样的软硬程度，采用钢丝锯或修土刀将两端余土削去修平，并及时在两端盖上圆玻璃片，以免水分蒸发。

(3)擦净环刀外壁，拿去圆玻璃片，然后称取环刀加土质量，准确至0.1g。

环刀法试验应进行两次平行测定，两次测定的密度差值不得大于0.03 g/cm3.，并取其两次测值的算术平均值。

实验二： 含水率试验（烘干法）

一、概述

土的含水率是指土在温度105-110℃下烘到衡量时所失去的水质量与达到恒量后干土质量的比值，以百分数表示。

二、试验方法及原理

含水率试验方法有烘干法、酒精燃烧法、比重法、碳化钙气压法、炒干法等，其中以烘干法为室内试验的标准方法。烘干法是将试样放在温度能保持105~110℃的烘箱中烘至恒量的方法，是室内测定含水率的标准方法。

1．仪器设备

(1)保持温度为105110℃的自动控制电热恒温烘箱或沸水烘箱、红外烘箱、微波炉等其他能源烘箱；(2)称量200g、最小分度值0.0lg的天平；(3)装有干燥剂的玻璃干燥缸；(4)恒质量的铝制称量盒。

2．操作步骤

(1)从土样中选取具有代表性的试样15~30g（有机质土、砂类土和整体状构造冻土为50g)，放人称量盒内，立即盖上盒盖，称盒加湿土质量，准确至0.0lg。

(2)打开盒盖，将试样和盒一起放人烘箱内，在温度105^-110℃下烘至恒量。试样烘至恒量的时间，对于粘土和粉土宜烘8~10h，对于砂土宜烘6~8h。对于有机质超过干土质量5％的土，应将温度控制在65~70℃的恒温下进行烘干。

(3)将烘干后的试样和盒从烘箱中取出，盖上盒盖，放人干燥器内冷却至室温。(4)将试样和盒从干燥器内取出，称盒加干土质量，准确至0.0lg。

烘干法试验应对两个试样进行平行铡定，并取两个含水率测值的算术平均值。当含水率小于40％时，允许的平行测定差值为1％；当含水率等于、大于40%时，允许的平行测定差值为2％。

实验三： 土的液塑限试验

一、概述

界限含水率试验要求土的颗粒粒径小于0.5mm, 且有机质含量不超过5%，且宜采用天然含水率的试样，但也可采用风干试样，当试样中含有粒径大于0.5mm的土粒或杂质时，应过0.5mm的筛。

二、液限试验（圆锥仪液限试验）

液限是区分粘性土可塑状态和流动状态的界限含水率，测定土的液限主要有圆锥仪法、碟式仪法等试验方法，也可采用液塑限联合测定法测定土的液限。

圆锥仪液限试验就是将质量为76g的圆锥仪轻放在试样的表面，使其在自重作用下沉人土中，若圆锥体经过5s恰好沉人土中10 mm深度，此时试样的含水率就是液限。

1.仪器设备

(1)圆锥液限仪；

(2)称量200g,最小分度值0.0lg的天平；(3)烘箱、干燥器；

(4)铝制称量盒、调土刀、小刀、毛玻璃板、滴管、吹风机、孔径为0.5mm的标准筛、研钵等设备。

2.操作步骤

(1)选取具有代表性的天然含水率土样或风干土样，若土中含有较多大于0.5mm的颗粒或夹有多量的杂物时，应将土样风干后用带橡皮头的研杵研碎或用木棒在橡皮板上压碎，然后再过0.5mm的筛。

(2)当采用天然含水率土样时，取代表性土样250g，将试样放在橡皮板或毛玻璃板上搅拌均匀；当采用风干土样时，取过0.5mm筛的代表性土样200g,将试样放在橡皮板上用纯水将土样调成均匀膏状，然后放人调土皿中，盖上湿布，浸润过夜。

(3)将土样用调土刀充分调拌均匀后，分层装人试样杯中，并注意土中不能留有t空隙，装满试杯后刮去余土使土样与杯口齐平，并将试样杯放在底座上。

(4)将圆锥仪擦拭干净，并在锥尖上抹一薄层凡士林，两指捏住圆锥仪手柄，保持锥体垂直，当圆锥仪锥尖与试样表面正好接触时，轻轻松手让锥体自由沉人土中。

(5)放锥后约经5s,锥体人土深度恰好为10 mm的圆锥环状刻度线处，此时土的含水率即为液限。(6)若锥体人土深度超过或小于l0mm时，表示试样的含水率高于或低于液限，应该用小刀挖去沾有凡士林的土，然后将试样全部取出，放在橡皮板或毛玻璃板上，根据试样的干、湿情况，适当加纯水或边调拌边风干重新拌和，然后重复（3）~（5）试验步骤。

(7)取出锥体，用小刀挖去沾有凡士林的土，然后取锥孔附近土样约10~15g,放人称量盒内，测定其含水率。

液限试验需进行两次平均测定，并取其算术平均值，其平行差值不得大于2％。

三、塑限试验（滚搓法）

塑限是区分粘性土可塑状态与半固体状态的界限含水率，测定土的塑限的试验方法主要是滚搓法。滚搓法塑限试验就是用手在毛玻璃板上滚搓土条，当土条直径达3mm时产生裂缝并断裂，此时试样的含水率即为塑限。

1．仪器设备

(1)200mm×300mm的毛玻璃板；

(2)分度值0.02mm的卡尺或直径3 mm的金属丝；(3)称量200g,最小分度值0.0lg的天平；(4)烘箱、干燥器；

(5)铝制称量盒、滴管、吹风机、孔径为0.5mm的筛、研钵等。

2.操作步骤

(1)取代表性天然含水率试样或过0.5 mm筛的代表性风干试样100g, 放在盛土皿中加纯水拌匀，盖上湿布，湿润静止过夜。(2)将制备好的试样在手中揉捏至不粘手，然后将试样捏扁，若出现裂缝，则表示其含水率已接近塑限。

(3)取接近塑限含水率的试样8~10g, 先用手捏成手指大小的土团（椭圆形或球形），然后再放在毛玻璃板上用手掌轻轻滚搓，滚搓时应以手掌均匀施压于土条上，不得使土条在毛玻璃板上无力滚动，在任何情况下土条不得有空心现象，土条长度不宜大于手掌宽度，在滚搓时不得从手掌下任一边脱出。

(4)当土条搓至3 mm直径时，表面产生许多裂缝，并开始断裂，此时试样的含水率即为塑限。若土条搓至3 mm直径时，仍未产生裂缝或断裂，表示试样的含水率高于塑限；或者土条直径在大于3 mm时已开始断裂，表示试样的含水率低于塑限，都应重新取样进行试验。

(5)取直径3mm且有裂缝的土条3-5g,放人称量盒内，随即盖紧盒盖，测定土条的含水率。塑限试验需进行两次平均测定，并取其算术平均值，其平行差值不得大于2％。

四、液、塑限联合测定法

液、塑限联合测定法是根据圆锥仪的圆锥人土深度与其相应的含水率在双对数坐标上具有线性关系的特性来进行的。利用圆锥质量为76g的液塑限联合测定仪测得土在不同含水率时的圆锥人土深度，并绘制其关系直线图，在图上查得圆锥下沉深度为l0mm（或17mm)所对应的含水率即为液限，查得圆锥下沉深度为2mm所对应的含水率即为塑限。

1．仪器设备

(1)液塑限联合测定仪。

(2)称量200g, 最小分度值0.0lg的天平。

(3)烘箱、干燥器。

(4)铝制称量盒、调土刀、孔径为0.5mm的筛、研钵、凡士林等。

2.操作步骤

(1）原则上采用天然含水率土样，但也可采用风干土样，当试样中含有粒径大于0.5mm的土粒和杂物时，应过0.5 mm筛。

(2)当采用天然含水率土样时，取代表性试样250g;采用风干土样时，取过0.5mm筛的代表性试样200g, 将试样放在橡皮板上用纯水调制成均匀膏状，放人调土皿，盖上湿布，浸润过夜。

(3)将制备好的试样用调土刀充分调拌均匀后，分层装人试样杯中，并注意土中不能留有空隙，装满试杯后刮去余土使土样与杯口齐平，并将试样杯放在联合测定仪的升降座上。

(4)将圆锥仪擦拭干净，并在锥尖上抹一薄层凡士林，然后接通电源，使电磁铁吸住圆 锥。

(5)调节零点，使屏幕上的标尺调在零位，然后转动升降旋钮，试样杯则徐徐上升，当锥尖刚好接触试样表面时，指示灯亮，立即停止转动旋钮。

(6)按动控制开关，圆锥则在自重下沉人试样，经5s后，测读显示在屏幕上的圆锥下沉深度，然后取出试样杯，挖去锥尖入土处的凡士林，取锥体附近的试样不少于log,放人称量盒内，测定含水率。

(7)将试样从试样杯中全部挖出，再加水或吹干并调匀，重复以上试验步骤分别测定试样在不同含水率下的圆锥下沉深度。液塑限联合测定至少在三点以上，其圆锥入土深度宜分别控制在3~4mm,7~9mm和15~17mm。3.液限和塑限确定

以含水率为横坐标、以圆锥人土深度为纵坐标在双对数坐标纸上绘制含水率与圆锥人土深度关系曲线，如下图所示。三点应在一直线上，如图中A线。当三点不在一直线上时，通过高含水率的点与其余两点连成两条直线，在圆锥下沉深度为2mm处查得相应的两个含水率，当所查得的两个含水率差值小于2％时，应以该两个含水率平均值的点（仍在圆锥下沉深度为2mm处）与高含水率的点再连一直线，如图中B线，若两个含水率的差值大于、等于2时，则应重做试验。

在含水率与圆锥下沉深度的关系图上查得圆锥下沉深度为17mm所对应的含水率为17mm液限；查得圆锥下沉深度为l0mm所对应的含水率为l0mm液限；查得圆锥下沉深度为2mm所对应的含水率为塑限，取值以百分数表示，准确至0.1％。

实验四 击实试验

一、概述

本实验的目的是用击实仪在一定击实次数下测定土的最大干密度和最优含水量,借以了解土的压实性质。

本实验采用南实处型击实仪，此仪器适用于粒径小于5毫米的土粒，如粒径大于5毫米的土粒重量介于总土量的3—30%时,允许以本仪器用粒径小于5毫米的土料进行实验,但应对实验结果进行校正,如粒径大于5毫米的土粒重量小于总量的30%时,可以不加校正.二、试验设备、方法与原理 1．仪器设备

（1）击筒容量为1000立方厘米, 锤重2.5公斤,南实处型落距为460毫米.（2）天平:感量0.01克.（3）台秤:称重10公斤,感量1克.（4）筛:孔径5毫米.（5）其它:推土器,削土刀,称量盒,搪瓷盘,水喷水器,碎土设备和少量轻机油.2.操作步骤

（1）将具有代表性的风干土样,或在低于60ºC摄氏度温度下烘干的土样,或天然含水量低于塑限可以碾散过筛的土样,放在橡皮板上用木碾碾散,过5毫米筛后备用(本步骤由实验室完成).（2）参照土的塑限,估计其最佳含水量0p,预定至少五个不同含水量,使各含水量依次相差约2%,且其中至少有二个大于和小于0p。各个预定含水量及土样原有含水量(由实验室给出),按下式计算所需的加水量: mωmω00.01(ωω0)

10.01ω0式中: mω——所需的加水质量,克。

mω0——含水量为ω0时的土质量,克。

ω——要求达到的预期含水量,%。

ω0——土样原有的含水量,%。

（3）按预定含水量制备试样。取土样约2.5千克，平铺于不吸水的平板上，用喷水设备往土样上均匀喷洒预定的水量，稍静置一段时间后，装入塑料袋内或密封于盛土器内静置备用。静置时间对高液限粘土（CH）不得少于一昼夜，对低液限粘土（CL）可酌情缩短,但不应少于12小时.（4）准备好击实筒和击锤,把击实筒固定于底板,检查各部分螺丝接头是否完好,筒与底板是否接触好,螺丝是否拧紧,击实筒底面和筒内壁需涂少许润滑油.（5）将击实筒连底板放在坚实地面上,将制备的土样分三层放入击实筒内,每装一层击实一层,每层25击.如土系用于中小型堤坝工程,则可用每层15击.每层的装土及击实方法如下: 取制备好的试样600—800克(使击实后的略高于筒高的1/3)倒入筒内,整平其表面,并用圆木板稍加压紧,按25击(或15击)击数进行击实.击实时,提起击锤与导筒顶接触(落高为460毫米)后,使其自由铅直下落,每次锤击时应挪动击锤,使锤迹均匀分布于土面.然后安装护筒,把土面刨成毛面,重复上述步骤进行第二及第三层的击实.击实后高出击实筒的余土高度不得大于10毫米.（6）用削土刀小心沿护筒内壁与土的接触面划开,转动并取下护筒(注意勿将击实筒内土样带出),齐筒顶细心削平试样,拆除底板.如试样底面超出筒外,亦应削平.然后檫净筒外壁,用台秤称出筒加土重,称重准至1克.（7）用推土器推出筒内试样,从试样中心不同位置处取两小块各约15～30克土,测定其含水量,计算 准至0.1%,其平行误差不得超过1%.（8）按4到7步骤进行其余含水量下土的击实和测定工作.三、计算及制图

1.按下式计算击实后各点的干密度: d10.01

式中： d－—干密度，g/cm

3ρ－—湿密度，g/cm3

ω－—击实后测定的含水量，% 2.将测得的不同d及ω值,绘出d及ω关系曲线(即击实曲线).曲线上峰点的坐标分别为dmax和op.如不能连接成合理曲线时,应进行补点实验.3.按下式计算饱和含水量: sat(%)(1)100% dGs式中：sat(%)－－饱和含水量（%）；

Gs－－土粒比重；

－－水的密度g/cm3。

计算几个干密度下土的饱和含水量,以干密度为纵坐标,饱和含水量为横坐标,绘制饱和曲线(见击实实验记录).1.8击实曲线1.5151.7最大干密度1.67最优含水量20%饱和度100%密度rd克/厘米21.6***4

含水量 ω% 实验

五、渗透实验

一、概述:

渗透是水流经多孔介质的现象.若土中渗透水流呈层流状态,则渗透速度与水力坡降成正比.当水力坡降等于1时的渗透速度,称为土的渗透系数.本次实验是在室内南55型渗透仪测定粘性土的渗透系数,渗透系数是估算渗流量,饱和条件下土工建筑物与地基内的渗水流速,以及选择筑坝土料的重要指标.二、试验设备、方法与原理

1．仪器设备

（1）渗透仪

（2）无空气水

（3）量筒: 容量100立方厘米,精度1立方厘米

（4）其他: 秒表,温度计,凡士林,修土刀等

2.操作步骤

（1）按工程需要,取原状土或制备成所需状态的扰动土样,按前述容重实验中环刀取土的方法操作,修平环刀上下土样突出的部分,但不得用刀在土样两端反复涂抹,切削试样时应根据要求将环刀刃口垂直或平行于土的天然层面。

（2）测定试样容重,并取削下的余土测定含水量。

（3）将容器套筒内壁涂上一薄层凡士林,然后将装有试样的环刀推入套筒,并压入止水垫圈.刮去挤出的凡士林.装好带有透水石和垫圈的上下盖,并且用螺丝拧紧,不得漏气漏水。

（4）把装好式样的容器的进水口与供水源装置连通，关止水夹。使供水瓶注满水，直至供水瓶的排气孔有水溢出时为止。

（5）把容器侧立，排气管向上，并打开排气管管夹。然后打开止水夹及进水口管夹，排除容器底部的空气，直至水中无夹带气泡溢出为止。关闭气管管夹，平放好容器。

（6）在不大于200cm水头作用下，静置某一时间，待上出水口7有水溢出后，开始测定。

（7）当采用变水头时，将水头管充水至需要高度后，关止水夹5（2），开动秒表，同时测记起始水头h1，经过时间t后再测记终了水头h2(每次测定的水头差应大于10厘米)。如此连续测记2～3次后，再使水头管水位回升至需要高度，再连续测记数次，前后需6次以上，试验终止①，同时测记试验开始时与终止的水温。

（8）当采用常水头时打开5（1）、5（2）、5（3）止水夹，开动秒表，同时用量筒接取出水口7处

3时间t的渗水量，并测记水头h及水温TºC,如此重复测记6次以上，每次定的水量，应不少于5.0cm。

三、计算及制图

1.按下式计算渗透系数: KT2.20 或

KThaL log1(变水头）Ath2QL(常水头）

Aht注：①每次测定的水头应大于10厘米.对较粘的试样或较密实的试样,测记时间可能长,为避免测试过程中水温变化较大,影响实验结果,规定每测试一次,应在3～4小时内完成.如不能满足上述要求,可加大作用水头或改用负压法.测试时,如发现水流过快,应检查试样及容器漏水或试样集中渗流现象.有,则应重新制样,安装.式中: KT－水温TºC时的土的渗透系数,厘米/秒;a－测压管的断面积,平方厘米;A－试样的断面积,平方厘米;L－试样长度,厘米;t－水头自h1降到h2所经的时间,秒;h1－测压管中开始水头,厘米;

h2－测压管中终了水头,厘米;Q－时间t内的渗透流量,立方厘米;h－常水头,厘米.2.按下述公式计算水温10ºC时的渗透系数.以10ºC为标准是由于地下水渗流的温度在10ºC右,选它做标准是为了符合实际渗透情况.K10KtT 10式中: K10－水温为10ºC时土的渗透系数,厘米/秒;KT－水温为TºC时土的渗透系数,厘米/秒;T－TºC时水的动力粘滞系数，克秒/平方厘米;10－10ºC时水的动力粘滞系数,克秒/平方厘米.T比值与温度的关系见表5—1.10 3.取测得的六个(或四个)渗透系数较接近的数个求其算术平均值.实验六： 土的压缩、固结试验

一、概述

标准固结试验就是将天然状态下的原状土或人工制备的扰动土，制备成一定规格的土样，然后在侧限与轴向排水条件下测定土在不同荷载下的压缩变形，且试样在每级压力下的固结稳定时间为24h。

二、试验方法与原理 1.仪器设备

(1)固结容器。由环刀、护环、透水板、加压上盖等组成，土样面积30cm2或50cm2，高

度2cm。

(2）加荷设备。可采用量程为5～l0kN的杠杆式、磅秤式或气压式等加荷设备。

(3)变形量测设备。可采用最大量程l0mm, 最小分度值0.0lmm的百分表，也可采用一准确度为全量程0.2％的位移传感器及数字显示仪表或计算机。

(4）毛玻璃板、圆玻璃片、滤纸、切土刀、钢丝锯和凡士林或硅油等。

2.试验步骤

(1)按工程需要选择面积为30cm，或50cm的切土环刀，环刀内侧涂上一层薄薄的凡士林或硅油，刀口应向下放在原状土或人工制备的扰动土上，切取原状土样时应按天然状态时垂直方向一致。

（2）小心地边压边削，注意避免环刀偏心入土，应使整个土样进入环刀并凸出环刀为止，然后用钢丝锯（软土）或用修土刀（较硬的土或硬土),将环刀两端余土修平，擦净环刀外壁。

(3)测定土样密度，并在余土中取代表性土样测定其含水率，然后用圆玻璃片将环刀两端盖上，防止水分蒸发。

(4）在固结仪的固结容器内装上带有试样的切土环刀（刀口向下），在土样两端应贴上洁净而湿润的滤纸，再用提环螺丝将导环置于固结容器，然后放上透水石和传压活塞以及定向钢球。

(5)将装有土样的固结容器，准确地放在加荷横梁的中心，如杠杆式固结仪，应调整杠杆平衡，为保证试样与容器上下各部件之间接触良好，应施加1kPa预压荷载；如采用气压式压缩仪，可按规定调节气压力，使之平衡，同时使各部件之间密合。

(6)调整百分表或位移传感器至“0”读数，并按工程需要确定加压等级、测定项目以及试验方法。

(7）加压等级可采用12.5kPa，25kPa，50kPa，l00kPa,200kPa，400kPa,800kPa，1600kPa和3200kPa。第一级压力的大小视土的软硬程度，分别采用12.5kPa, 25kPa或50kPa；最后一级压力应大于土层的自重应力与附加应力之和，或大于上覆土层的计算压力100-200kPa, 但最大压力不应小于400kPa。

(8）当需要确定原状土的先期固结压力时，初始段的荷重率应小于1,可采用0.5或0.25.最后一级压力应使测得的e-lgp曲线下段出现直线段。对于超固结土，应采用卸压、再加压方法来评价其再压缩特性。

(9)当需要做回弹试验时，回弹荷重可由超过自重应力或超过先期固结压力的下一级荷重依次卸压至25kPa，然后再依次加荷，一直加至最后一级荷重为止。卸压后的回弹稳定标准与加压相同，即每次卸压后24h测定试样的回弹量。但对于再加荷时间，因考虑到固结已完成，稳定较快，因此可采用12h或更短的时间。

(10）对于饱和试样，在试样受第一级荷重后，应立即向固结容器的水槽中注水浸没试样，而对于非饱和土样，须用湿棉纱或湿海绵覆盖于加压盖板四周，避免水分蒸发。

(11)当需要预估建筑物对于时间与沉降的关系，需要测定竖向固结系数CV，或对于层理构造明显的软土需测定水平向固结系数CH时，应在某一级荷重下测定时间与试样高度变化的关系。读数时间为6s, 15s, lmin, 2.25min, 4min，6.25min，9min，12.25min，16min,20.25min，25min，30． 25min，36min，42．25min，49min，64min，100min，200min，400min，23h,24h,直至稳定为止。当测定CH时，需具备水平向固结的径向多孔环，环的内壁与土样之间应贴有滤纸。

(12)当不需要测定沉降速率时，则施加每级压力后24h测定试样高度变化作为稳定标准；只需测定压缩系数的试样，施加每级压力后，每小时变形达0.0lmm时，测定试样高度变化作为稳定标准。(13）当试验结束时，应先排除固结容器内水分，然后拆除容器内各部件，取出带环刀的土样，必要时，揩干试样两端和环刀外壁上的水分，测定试验后的密度和含水率。

实验七： 直剪试验

一、概述

直接剪切试验就是直接对试样进行剪切的试验，简称直剪试验，是测定土的抗剪强度的一种常用方法，通常采用4个试样，分别在不同的垂直压力p下，施加水平剪切力，测得试样破坏时的剪应力τ, 然后根据库仑定律确定土的抗剪强度参数内摩擦角φ甲和粘聚力c。

二、试验方法

直接剪切试验一般可分为慢剪、固结快剪和快剪三种试验方法。

1.慢剪试验。先使土样在某一级垂直压力作用下，固结至排水变形稳定（变形稳定标准为每小时变形不大于0.005mm），再以小于每分钟0.02mm的剪切速率缓慢施加水平剪应力，在施加剪应力的过程中，使土样内始终不产生孔隙水压力，用几个土样在不同垂直压力下进行剪切，将得到有效应力抗剪强度参数φs、cs，但历时较长，剪切破坏时间可按下式估算

tf =50t50 式中 tf —达到破坏所经历的时间；

t50 —固结度达到50％的时间。

2.固结快剪试验。先使土样在某一级垂直压力作用下，固结至排水变形稳定，再以每分钟0.8mm的剪切速率施加剪力，直至剪坏，一般在3 ~ 5min内完成，适用于渗透系数小于10-6cm/s的细粒土。由于时间短促，剪力所产生的超静水压力不会转化为粒间的有效应力，用几个土样在不同垂直压力下进行慢剪，便能求得抗剪强度参数值φcq、ccq，其值称为总应力法抗剪强度参数。

3.快剪试验。采用原状土样尽量接近现场情况，以每分钟0.8mm的剪切速率施加剪力，直至剪坏，一般在3~5min内完成，适用于渗透系数小于10-6cm/s的细粒土。这种方法将使粒间有效应力维持原状，不受试验外力的影响，但由于这种粒间有效应力的数值无法求得，所以试验结果只能求得(σtan φq + cq）的混合值。快速法适用于测定粘性土天然强度，但φq角将会偏大。

三、仪器设备

1.直剪仪。采用应变控制式直接剪切仪。

2.测力计。采用应变圈，量表为百分表或位移传感器。

3.环刀。内径6.18cm, 高2.0cm。

4.其它。切土刀、钢丝锯、滤纸、毛玻璃板、圆玻璃片以及润滑油等。

四、操作步骤

1.对准剪切盒的上下盒，插人固定销钉，在下盒内放洁净透水石一块及湿润滤纸一张。

2.将盛有试样的环刀，平口向下、刀口向上，对准剪切盒的上盒，在试样面放湿润滤纸一张及透水石一块，然后将试样通过透水石徐徐压人剪切盒底，移去环刀，并顺次加上传压活塞及加压框架。

3.取不少于4个试样，并分别施加不同的垂直压力，其压力大小根据工程实际和土的软硬程度而定，一般可按25kPa，50kPa，100kPa，200kPa，300kPa,400kPa，600kPa„施加，加荷时应轻轻加上，但必须注意，如土质松软，为防止试样被挤出，应分级施加。

4.若试样是饱和试样，则在施加垂直压力5min后，向剪切盒内注满水；若试样是非饱和土试样，不必注水，但应在加压板周围包以湿棉纱，以防止水分蒸发。

5.当在试样上施加垂直压力后，若每小时垂直变形不大于0.005mm, 则认为试样已达到固结稳定。6.试样达到固结稳定后，安装测力计，徐徐转动手轮，使上盒前端的钢珠恰与测力计接触，测记测力计初读数。

7.松开外面四只螺杆，拔去里面固定销钉，然后开动电动机，使应变圈受压，观察测力计的读数，它将随下盒位移的增大而增大，当测力计读数不再增加或开始倒退时，即出现峰值，认为试样已破坏，记下破坏值，并继续剪切至位移为4mm时停机；当剪切过程中测力计读数无峰值时，应剪切至剪切位移为6mm时停机。

初中物理力学重要实验分析 篇6

【关键词】 逻辑思维 力学分析 贯穿 力学实验

【中图分类号】 G633.7 【文献标识码】 A 【文章编号】 1674-4772（2014）01-040-01

物理学习是现阶段对于学生比较难的科目，如何让学生喜爱上我们的物理学科，就需要我们老师去认真思考了。其实，物理学科是一门思维性很强的课程，对于这些抽象的概念我们应该以物理实验来讲解。实验，可以使学生产生浓厚的兴趣，对于物理现象将产生怎样的结果，会去努力探究，找出合理的解释与满意的结果。所以，在物理这门学科的教学中，实验是必须存在的，没有实验，就没有结果。我们的力学概念，也是由现象产生的。如重力概念，就是伟大科学家牛顿根据苹果掉落的自然现象得出的结论。下面，我们就对初中物理课程中概念的理解，用物理实验做分析讲解。

一、二力平衡条件实验分析

老师在讲解二力平衡这一概念的时候，通常都会说物理在两个力的作用下，保持平衡状态，这两个力平衡。我们所说的平衡状态，就是指物理静止或者做匀速直线运动。学生会再大脑中产生这样的疑问，这两个力，如何才能使物体静止或者做匀速运动呢？这时，我们可以用物理实验来给学生讲解这个概念，让学生理解二力平衡的条件，才能真正的掌握二力平衡这一概念。如，用一根木棍两端用东西支起保持一定的高度，用一根绳子，一端套在我们的木棍上，绳子的另一端套一个砝码，这时，我们的砝码处在空中，保持一种静止状态。同样我们可以在光滑的桌子上放一个小车，桌子的两端架两个定滑轮，小车的两端分别套一个绳子绕过定滑轮。在实验一中，我们的砝码本应该是受到重力的影响往下掉，可是它没有掉，而是处于空中保持一种静止状态，为什么？因为二力平衡，绳子对于砝码，产生了一个拉力，这个力的大小刚好与砝码的重力相等，只是它的方向向上，与重力的方向相反。小车实验中，我们先在一端绳子上套一个砝码，小车会往套有砝码的一端移动；我们在小车的两端分别套上大小一样的砝码，这时我们发现小车在桌子上保持静止状态；我们在小车的两端套上两个大小不一样的砝码，小车会往重的砝码一边移动。在这个实验中，我们发现套一个砝码和大小不一样的砝码时，我们的小车都会移动，而大小相等的砝码就不一样了。砝码一样时，两个砝码受的重力相等，对于小车而言，它受到了大小相等，方向相反的两个力的作用，可是仍保持与受力之前的相同状态。通过这些实验，我们了解到了，二力平衡的条件就是两同一等一反，即在同一个物体和同一直线上，作用两个大小相等，方向相反的力，这个物理的状态不会改变。并且这几个条件缺一不可。

二、浮力影响因素的实验分析

当学生了解了浮力这一概念后，我们就得让他们去认识影响浮力大小的因素。我们会在书本上看到，物体受到的浮力，与物理排开液体的体积和液体的密度有关，物体排开液体的体积与液体密度越大，浮力就越大。可是，学生如何来认识这一概念，如何认识到体积变大和密度大呢。我们可以让学生去做实验，证明这一概念的正确性。如我们先用一个石块，挂于弹簧测力计上，用四个量杯（分别编号1，2，3，4）其中前三个杯子盛装水，第四个装盐水。把同一块石块分别让入四个量杯中，1号杯石块的一半体积放入水中，2，3号杯把石块全部放入水中，但深度不同，4号杯把石块全部放入盐水中，观察水和酒精上升的位置，弹簧测力计的数值。不难发现，弹簧测力计的数值有相同和不同的，水上升的位置也有相同和不同的。石块一半放入水面时，弹簧测力计的数值最大，而完全放入杯中的两个水杯中，弹簧测力计的数值一样，水上升的位置也一样。而第四个杯子中，弹簧测力计的数值与2，3号杯不一样，盐水上升的位置也不一样。为什么呢，明明是同一个物体，只是放入物体的大小和承载物体的液体不同而已。这样就找出了我们改变浮力大小的原因了，对四组数据进行分析，我们知道盐水的密度大于水的密度。在1号杯和4号杯中，物体放入液体中的体积是一样的，可是弹簧测力计的数值1号杯小于4号杯，可以得出结论一是液体密度影响我们物体所受的浮力，密度大，浮力大。在1，2和3号杯的结果可以看出，1号杯的弹簧测力计的数值小于2，3号杯，可以得出结论二在液体密度相同的情况下物体排开液体的体积影响物体所受浮力，排开液体体积越大，浮力越大。在2，3号杯的结果可以看出，在相同液体，相同体积下，不管物体放于什么深度，物体的浮力一样，得出结论三，深度不影响物体的浮力。通过这个实验，学生就掌握了改变浮力大小的因素就是密度与体积。

三、结语

总而言之，针对初中物理力学的学习，我们不能照本宣科，而是需要通过实验去分析讲解。物理学习，不同于我们的其他学科，多背多看就可以了，它是一门逻辑思维特强，综合性特高的学科。需要我们让学生自己动手做、动脑想，自己分析现象与结果，自己记录实验数据与分析数据，得出结论，并与书本知识相结合，理解掌握知识点。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 徐海云.中考力学实验题的分类与解析[J].初中生世界（九年级

物理版），2013（2）.

[2] 张大鸿.试论初中物理力学解题思路的培养[J].新课程·下旬 ，

2013（5）.

[3] 朱万青.一组力学演示实验的设计[J].新疆石油教育学院学报，

2004，7（4）.

[4] 胡海红.从不同角度巧解力学综合题[J].中学物理（初中版），

力学实验课程 篇7

1989年全国材料力学实验教学和教材改革研讨会纪要[1]指出:材料力学实验教学改革一要明确实验教学在材料力学课程中的地位和作用,二要处理好基本要求和进一步要求的4个关系.为材料力学实验课程教学改革指明了方向.20年来,广大材料力学实验教学工作者不懈努力,积极探索,收获颇丰.笔者利用《中国学术文献网络出版总库》和“万方数据资源系统”以材料力学实验为主题词、关键词,以1989～2008年为时段限制条件,共检索到相关文献136篇(不重复),经过内容比较,选择了33篇有代表性文献综述20年来我国材料力学实验课程教学改革的成果.

1教学理念改革与探索

1.1 20世纪末,文献[2]首先提出材料力学实验课(以下简称实验课)独立设课的改革探索.文献[3]则根据认识发展的规律,围绕教学理念改革注重学生工程素质培养,将实验课分为3个阶段.2000年6月文献[4]从理论上全面阐述了实验教学改革的“两个关系、两个问题”.进一步为实验课教学理清了改革与创新理念.2000年,文献[2]的作者描述了面向21世纪的材料力学实验教学改革的基本构想[5].形成了由“基础”和“提高”两部分组成的,实验总学时数控制在17～18学时数的新材料力学实验教学内容体系.

1.2“基础”部分,文献[6]认为实验教学观念的转变是实验教学改革的核心,必须在实验教学中充分重视学生的主体地位,作者以“两个自主”启发学生思维,培养学生的工程意识和科学作风.在“提高”部分,北京建筑工程学院等高校开发了一批探索性、创新性和研究性的新实验[7].

1.3工程素质培养是核心理念.包头钢铁学院等高校强调实验课在培养工程师中的作用,加强综合型、工程模拟型实验的研究开发,选择具有实际工程背景的结构作为实验对象开课[8],大连理工大学等高校则转化工程课题为实验项目,实验课开展写研究论文,培养学生的工程素质、综合素质.并形成了“四个结合”的理论归纳[9].江南大学等则把工程素质教育理念与标准、规范意识培养结合起来,与国内国际工程要求共性与差异认识结合起来,最终落实在严谨求实的科学态度这一基本工程素质上[10].

1.4理念改革是实质.工程素质培养核心的确立,三大关系的认识深化,两个部分教学台阶构筑,两个自主的教学主体强化,四个结合的教学理论归纳,共同展示了20年教学理念改革与创新的成果.

2教学内容改革与创新

2.1教材建设方面

文献[11]介绍了北京科技大学在编写材料力学实验教材主导思想上的3个突破和在编写风格上的4大特点.

2.2教学内容创新方面

一是对传统实验项目改革创新,1990年清华大学成功地开出了具有探索性的叠合梁的弯曲实验[12].二是增设新的实验项目,如北京建筑工程学院等高校增设的各类支承压杆临界力测定的实验等,加强了实验的研究性与设计性[7],三是以科研成果为基础,开设力学中工程性前沿性的综合实验,北京工业大学在国内率先开出了“残余应力测定实验”及“弹塑性应力及电测法综合实验”等系列实验[13].四是北京科技大学等在实验教学中适当引入高分子材料、陶瓷、复合材料及当前热点研究材料等相关的实验[14].

2.3教学内容调整方面

唐山学院介绍了4点做法[15].长沙理工大学把教学内容的创新、调整进一步归纳为设计性、综合性、研究探索性(简称“三性”).实验项目按照优化基础、体现现代、反映前沿、综合交叉的原则,建立了“三层次四模块五自主”新的实验教学体系[16],电子科技大学实验内容设计尝试将设计性、综合性、研究性实验融为一体,并提出了跨专业实验方式[17].湖南大学把教师承担的科研和生产任务带到教学中,让学生真刀真枪的参与工程测试项目,培养学生严谨的工作作风和团结协作的精神,同时也培养他们的实际工作能力和解决问题的能力[18].

2.4内容改革是根本

过去20年内各高校在实验课教材上的探索,内容增减上的创新各有千秋,有条件的学校甚至把生产实际项目,重大科技项目的实验,与实验教学联系起来,结合起来,推动了实验教学改革,为实验课教学改革推波助澜,功不可没.

3教学方法改革与实践

3.1教学方法体系上

2002年北京工业大学[19]提出根据不同实验类型开放实验教学.同年南京理工大学实行走开放实验的路[6].在开放实验室中,在时间上不做硬性规定,充分发挥了设备资源与潜力,给不同兴趣不同潜力的学生提供了学习和研究的机会.中北大学在实践中总结出了教学方法上的“1234模式”[20].北京建筑工程学院把实验类型区分4种,按类型提出不同的教学要求和方法[21].广东工业大学建立起了“引导-设计-实验-掌握”新的实验教学模式[22].

3.2教学方法实践中

文献[7,8,10]则围绕工程素质培养介绍了一些受学生欢迎、行之有效的教学方式.清华大学在教学中用生动地教学案例说明[23],激发大学生材料力学实验动手与分析的能动性,既有较深刻的力学教学价值,也有方法论的浓厚色彩.武汉理工大学则自编了材料力学实验教学片组织学生观看[24],取得了满意的教学效果.

3.3教学方法是关键

实验课教学方法改革更充满了挑战性,实践性.20年来开放式是教学方法改革最强音,在因材施教指导思想下,因校制宜,分类型、分散、分层次的不同教学方法,呈百花齐放,相互交流,相互借鉴的态势,使得实验课教学方法改革一派生机勃勃.

4教学考核改革与配套

4.1考核方法上

北京工业大学为检查开放实验效果[19],根据具体情况在几个学期中进行了不同形式的考试.北京航空航天大学以抽答的方式确定考试题,每人在55min之内完成两个实验,然后在35 min内写出实验报告,考试结果充分证实了已达到了预期的效果[3].武汉理工大学每个实验的实验报告都不设定固定表格和统一模式[24],只是在最后部分提出对实验报告的要求,让学生根据实验结果自由发挥.

4.2考核评分标准上

哈尔滨理工大学改革和改进了实验课考核的评分、记分办法[25],将总成绩分解为3个部分:(1)实验结果占50%;(2)实验报告占40%;(3)实验作风占10%.河南科技大学制定的评分标准[26]:(1)预习与提问占30%;(2)操作占30%;(3)实验报告占40%.广东工业大学的评分标准[22]:(1)实验态度占实验总成绩的25%;(2)实验操作占实验总成绩的45%;(3)实验报告占实验总成绩的30%.

4.3考核是手段

20年来,各高校在实验课考试上都不断加大和强化能力考核,创新真正反映教学效果的考核方法,在努力形成科学的考核体系方面做了有益的尝试.

5教学设施改善与计算机应用

5.1教学设施改善方面

2002年南京理工大学就改造实验装置[6]采用现代测试技术.重庆工学院对传统老式液压式万能材料实验机进行改造,使其变成具有自动数据采集和数据分析功能的试验机等[27].海军工程大学从4方面改善教学设施[28].清华大学于2004年开发了集多项材料力学实验于一体,采用电测法对材料的应力、应变进行测试的多功能实验台,并申请了专利[29].

5.2计算机应用方面

2003年西南科技大学等单位尝试在局域网上进行材料力学实验教学管理[30].南京航空航天大学、海军工程大学等以Visual Basic 6.0为主要开发工具,开发出为教学服务的CAI仿真实验型软件[28,31].2005年南京航空航天大学还根据材料实验的自身要求与特点,运用虚拟现实和数据库技术,开发了虚拟实验[32].西北工业大学的王超还完成了基于Web的材料力学实验仿真软件开发研究[33].

5.3功欲善其事,必欲利其器

实验教学的实验设施很大程度上决定了实验教学的质量和效果,20年来,我国高校重视实验教学设备的投入和更新.广大教师充分发挥主观能动性和聪明才智,改造老设备,使教学设施满足了教学的基本需要.计算机技术的应用虽然刚刚起步,但已经展示出诱人的魅力和广阔地发展前景.

6愿景

力学实验逐一解读 篇8

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;

力学实验课程 篇9

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.

初中物理力学实验探究感悟 篇10

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。