材料力学试验教学大纲（范文模版）

第一篇：材料力学试验教学大纲（范文模版）

实验教学大纲

课程名称：材料力学实验

课程名称：The Experiment of Material Mechanics 实验课程编号： 课程性质：专业基础课

课程属性：土建，机械，工程力学类必修，其它类选修 教材名称：《材料力学》

实验指导书名称：《材料力学实验》 课程总学时：96，80

实验总学时：机制、土木、工程力学10，材成、金材8 开设实验项目数：机制、土木、工程力学7；材成、金材6 应开实验学期：二年级三、四学期

适用专业：机制、土木、工程力学（材成、金材不修实验七）

本大纲主撰人：杨耀锋

审核人：刘新东

负责人：冯小娟

一、实验目的及基本要求

材料力学实验是材料力学课程的重要组成部分，是土建、机制、工力等专业的一门重要基础实验，对学生的知识，能力和综合素质的培养与提高起着至关重要的作用。通过本课程的学习，可使学生基本掌握材料力学实验的内容，实验原理，方法和材料力学性能测试技术，培养学生进行科学研究的能力以及解决工程实际问题的能力。本课程采用预习实验指导书，分组进行实验和写出实验报告三个环节来进行。为了培养学生的综合实践能力和创新能力，本课程将利用近代实验技术，开设具有综合性和设计性的实验项目作为选做实验，以加强学生综合能力的培养，并达到下列要求：

1.使学生掌握金属材料机械性能参数的测试技能和方法； 2.学会用电测法测结构表面应变的技能和方法； 3.了解常用实验仪器的构造、原理及使用方法：

4.通过实验环节加深巩固所学的理论知识，培养学生求真务实的科学态度和动手动脑能力，观察能力和实验的总结能力。

二、课程实验的目的要求

《材料力学实验》是工科专业必修的基础实验，是《材料力学》课程的一个重要组成部分，其目的主要是使学生掌握《材料力学实验》的基本实验原理和方法，掌握材料机械性能参数的测试技能，加深理解并掌握《材料力学》的基本知识和原理，培养学生的科研能力，分析问题和解决实际问题的能力，培养学生的创新能力，提高学生的综合素质，为学生今后的工作打下扎实的基础。

三、适用专业

土木工程、机械设计制造及自动化、工程力学、工程管理、给水排水、建筑环境与设备工程、环境工程、材料科学与工程、材料物理、安全工程、交通工程、金属材料工程、冶金工程、材料成型与控制工程、工业设计、建筑学、城市规划。

四、实验方法与基本要求

1.本课程以实验为主，未单独设课，根据专业类别，理论课程进度情况配合安排实验项目，开课后，课程指导教师首先向学生介绍课程的性质，内容，目的，仪器使用方法，实验守则及实验室安全制度及实验要求等。

2.本实验以基础实验为主，根据专业类别开设6~7个实验项目，3~5人为一实验小组，一套实验设备，在规定的时间内每组分工协作，完成实验内容，记录测试数据，并独立完成实验报告。实验前学生必须认真阅读实验指导书，了解实验目的和原理，明确本次实验要测定什么量，用什么方法，使用什么仪器，需要注意什么问题。老师对实际预习情况进行抽查和提问，合格后开始进行实验。实验过程中，要求学生勤于动手，敏锐观察，指导老师指出一些关键观察点，让学生仔细观察和读取数据，实验结束后，由指导老师对实验结果检查确认签字后才能离开实验室。

3.任课老师要认真上好每一次实验课，实验前指导老师要亲自检查仪器设备完好情况，以保证实验仪器的正常使用，清点学生人数，实验过程中，要向学生提问，引导学生深入思考与实验现象有关的一些问题，培养学生观察实验，分析问题和解决问题的能力。

五、主要仪器设备

材料实验机，扭转实验机，多功能实验台，球铰式引申仪，应变仪，游标卡尺等。

六、考核与实验报告

本课程为考察课，完成所有规定的实验内容和报告后，交实验室，由指导老师批改，按百分制打分，作为《材料力学》理论课的平时参考成绩。

七、实验项目设置与内容

实验项目一：

（1）实验名称：压缩实验（2）实验性质：验证（3）实验类别：基础实验（4）实验学时：2（5）每组人数：3~5（6）开出要求：必做

（7）实验内容：测定铸铁的抗压缩强度极限和低碳钢压缩时的屈服极限（8）实验目的：

1.了解实验机的构造原理，掌握其使用方法； 2.测定低碳钢的屈服极限s和铸铁的强度极限b； 3.观察比较低碳钢和铸铁压缩变形和破坏现象； 4.绘制P-ΔL图，比较两种材料的机械性质。

（9）主要仪器设备及套数：材料实验机，游标卡尺，测角仪，6套（10）所在实验室：力学实验中心 实验项目二：

（1）实验名称：拉伸实验（2）实验性质：验证（3）实验类别：基础实验（4）实验学时：1（5）每组人数：3~5（6）开出要求：必做

（7）实验内容：测定铸铁的抗拉强度极限和低碳钢的屈服极限，延伸率，截面收缩率。（8）实验目的：

1.测定低碳钢的屈服极限s，强度极限b，延伸率和截面收缩率； 2.观察低碳钢拉伸过程中的弹性、屈服、强化、颈缩、断裂等现象； 3.测定铸铁的强度极限b；

4.绘制P-ΔL曲线，比较两种材料的机械性质。

（9）主要仪器设备及套数：万能材料实验机，游标卡尺，划线器，6套（10）所在实验室：力学实验室 实验项目三：

（1）实验名称：拉伸弹性模量（E）的测定（2）实验性质：验证（3）实验类别：基础实验（4）实验学时：1（5）每组人数：3~5（6）开出要求：土木工程、机械设计制造及自动化、工程力学专业必做（7）实验内容：测定低碳钢的弹性模量（E）（8）实验目的：

1.测定低碳钢的弹性模量（E）； 2.验证虎克定律。

（9）主要仪器设备及套数：万能材料实验机，游标卡尺，球铰式引伸仪，6套（10）所在实验室：力学实验中心 实验项目四：

（1）实验名称：扭转实验（2）实验性质：验证（3）实验类别：基础实验（4）实验学时：1（5）每组人数：3~5（6）开出要求：土木工程、机械设计制造及自动化、工程力学专业必做（7）实验内容：测定低碳钢屈服极限、铸铁剪切强度极限（8）实验目的：

1.测定低碳钢的剪切屈服极限s，剪切强度极限b，单位扭转角θ； 2.测定铸铁的剪切强度极限b；

3.观察低碳钢和铸铁在扭转过程中的变形现象和破坏形式，分析破坏原因，绘制T-Δ曲线。（9）主要仪器设备及套数：NJ-100B型扭转实验机，游标卡尺，4套（10）所在实验室：力学实验中心 实验项目五：

（1）实验名称：剪切弹性模量（G）的测定实验（2）实验性质：验证（3）实验类别：基础实验（4）实验学时：1（5）每组人数：3~5（6）开出要求：必做

（7）实验内容：测定低碳钢的剪切弹性模量（G）（8）实验目的：

1.测定低碳钢的剪切弹性模量（G）； 2.验证虎克定律。

（9）主要仪器设备及套数：扭转实验机，游标卡尺，测角仪，4套（10）所在实验室：力学实验中心 实验项目六：

（1）实验名称：梁弯曲正应力电测实验（2）实验性质：综合（3）实验类别：基础实验（4）实验学时：2（5）每组人数：3（6）开出要求：必做

（7）实验内容：测定纯弯曲梁横截面上的正应力分布（8）实验目的： 1.了解电测应力的方法和电阻应变仪的使用；

2.测定纯弯曲梁横截面上的正应力分布，并与理论值进行比较。

（9）主要仪器设备及套数：材料力学多功能实验台，测力仪，静态应变仪，游标卡尺、卷尺，5套

（10）所在实验室：力学实验中心 实验项目七：

（1）实验名称：弯扭组合变形时主应力的测定（2）实验性质：验证（3）实验类别：基础实验（4）实验学时：2（5）每组人数：3（6）开出要求： 机械设计制造及自动化、工程力学、土木专业必做

（7）实验内容：测定薄壁圆筒在弯、扭组合变形时表面一点处的主应力大小及方向（8）实验目的：

1.测定薄壁圆筒在弯、扭组合变形时表面一点处的主应力大小及方向，并与理论值进行比较。2.掌握多点静态应变测量技术。

（9）主要仪器设备及套数：静态应变仪，测力仪、钢尺，5套（10）所在实验室：力学实验中心

2009-4-12

第二篇：力学实验教学大纲

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普通物理实验（力学）教学大纲

（物理系物理教育专业用）

实验目的：本课程是对理科学生进行科学实验训练的一门必修课程，通过本课程的学习，使学生了解科学实验的主要过程与基本方法，培养学生熟练、扎实的实验基本知识、方法和技能，培养学生良好的科学素质，创新精神和实践能力，为今后的学习和工作奠定基础。

基本要求：本课程要求学生对基本物理现象进行观察和研究，学习基本物理量的测量方法，学习常用测量仪器的结构原理和测量方法，提高学生的基本实验能力、分析能力、表达能力和综合设计能力。通过完成一定数量的力学、热学实验，应达到如下要求：

1、掌握常用基本物理实验仪器的原理和性能，学会正确使用、调节和读数。

2、了解一些物理量的测量方法，知道如何根据实验要求确定实验方案、选择实验仪器、设备，如何减少实验误差。学会对实验进行误差分析和不确定度评定的基本方法，正确运用有效数字，学会定性判断和定量估算实验结果的可靠性。

3、养成良好的实验习惯和严谨的科学作风，特别是严肃认真对待实验数据，杜绝弄虚作假，树立实事求是的科学态度和道德。

第一部分 力学实验（36 学时）

绪论（误差理论）4 学时

实验一 长度测量

要求：练习使用测长度的几种仪器；做好实验记录和计算不确定度。实验类型：验证实验 学时分配：2 学时

实验二 自由落体运动

要求：学习用自由落下的物体测量重力加速度，对组合测量进行数据处理。实验类型：验证实验 学时分配：2 学时

实验三 密度的测量

要求：熟习物质密度的测量方法，测定规则和不规则物体的密度。实验类型：验证实验 学时分配：2 学时

实验四 倾斜气垫导轨上滑块运动的研究

要求：用倾斜气垫导轨测定重力加速度，分析和修正实验中的部分系统误差分量。实验类型：综合实验 学时分配：2 学时

实验五 阻尼振动

要求：观察弹簧振子在有阻尼情况下的振动，测定表征阻尼振动特征的一些参量，利用动态法测定

滑块和导轨之间的粘性阻尼常量。更多免费资料请访问：豆丁教育百科

实验类型：综合实验 学时分配：2 学时

实验六 单摆

要求：使用停表和米尺测单摆周期和长度，求出当地重力加速度g 值，考查单摆的系统误差对测重

力加速度的影响。实验类型：验证实验 分配学时：2 学时

实验七 杨氏弹性模量测量

要求：用伸长法测定金属丝的杨氏模量，学习光杠杆的原理并掌握使用方法。实验类型：综合实验 学时分配：2 学时

实验八 转动惯量的测定

要求：测量不同形状物体的转动惯量。实验类型：综合实验 学时分配：2 学时

实验九 弦振动的研究

要求：观察弦振动时形成的驻波，测量均匀弦线上横波的传播速度及均匀弦线的线密度。实验类型：综合实验 学时分配：2 学时

实验十 复摆振动的研究

要求：考查复摆振动时振动周期与质心到支点距离的关系，测出重力加速度、回转半径和转动惯量。

实验类型：综合实验 学时分配：2 学时

实验十一 牛顿第二定律的验证

要求：学习在气垫导轨上验证牛顿第二定律 实验类型：验证实验 学时分配：2 学时

实验十二 弹簧振子的研究

要求：研究弹簧本身质量对振动的影响 实验类型：综合实验 学时分配：2 学时

实验十三 碰撞实验

要求：验证动量守恒定理，了解非完全弹性碰撞和完全非弹性碰撞的特点。实验类型：验证实验 分配学时：2 学时

实验十四 惯性秤

要求：掌握用惯性秤测定物体质量的原理和方法，了解仪器的定标和使用。实验类型：综合实验 学时分配：2 学时

第三篇：《建筑力学》教学大纲

《建筑力学》教学大纲

适用专业：建筑工程技术 课程性质：专业基础课 学 时 数： 24 大纲执笔人：何冬

一、课程定位与目标

课程定位：本课程是建筑工程技术专业的一门必修专业基础课,主要研究结构受力及构件承载能力,是工程技术人员必备的知识。

课程目标：通过对结构、构件受力情况的分析和平衡状态的研究，学会分析工程结构的受力情况；研究结构、构件在载荷作用下的内力及变形规律；建立构件强度、刚度和稳定性计算的理论基础，保证结构、构件在既安全又经济的前提下工作。培养学生的分析问题、解决问题的抽象思维能力，培养认真负责的工作态度和严谨细致的工作作风。

二、课程内容及要求

（一）绪 论（2时）

教学重点、难点：

教学重点：强度、刚度、稳定性等概念；结构计算简图的简化要点；刚体及变形固体假定。

教学难点：结构计算简图。

教学内容和基本要求：

（1）了解建筑力学的任务及研究对象；（2）了解强度、刚度、稳定性的概念；（3）了解构件及杆件结构的分类；（4）掌握结构的计算简图；（5）掌握荷载的分类。

考核的主要知识与技能：

建筑力学的任务及研究对象；强度、刚度、稳定性的概念；刚体及变形固体假定，本课程的特点、内容、任务、学习方法。

（二）静力学基本概念与受力图（2时）

教学重点、难点：

教学重点：静力学公理；常见约束及其约束反力；物体的受力分析与受力图。

教学难点：物体的受力分析。

教学内容和基本要求：（1）了解力的基本概念；（2）掌握静力学公理；

（3）掌握约束类型及其约束反力；（4）掌握物体的受力分析与受力图。

考核的主要知识与技能：

力的基本概念；掌握静力学公理，约束类型及其约束反力；物体的受力分析与受力图。

（三）平面汇交力系和平面力偶系（2时）

教学重点、难点：

教学重点：平面汇交力系合成与平衡的解析法；合力投影定理；力矩与力偶的概念；合力矩定理；

教学难点：力矩与力偶

教学内容和基本要求：

（1）了解平面汇交力系合成与平衡的几何法；（2）掌握平面汇交力系合成与平衡的解析法；（3）掌握力矩与力偶；

（4）了解平面力偶系合成与平衡。考核的主要知识与技能：

平面汇交力系合成与平衡的几何法，平面汇交力系合成与平衡的解析法，力矩与力偶概念；平面力偶系合成与平衡。

（四）平面任意力系（2时）

教学重点、难点：

教学重点：平面任意力系的平衡条件及应用。

教学难点：平面任意力系的平衡条件及应用。

教学内容和基本要求：（1）了解平面任意力系的简化；

（2）掌握平面任意力系的平衡条件及应用；（3）掌握物体系的平衡计算。考核的主要知识与技能：

平面任意力系的简化，平面任意力系的平衡条件及应用，物体系的平衡计算。

（五）轴向拉伸、压缩与剪切（2时）教学重点、难点：

教学重点：轴向拉压杆的内力、应力及强度计算。

教学难点：内力、应力概念；剪切与挤压计算。

教学内容和基本要求：

（1）掌握轴向拉压杆的内力与轴力图；（2）了解轴向拉压杆的应力；

（3）了解轴向拉压杆的强度和变形计算；（4）掌握材料在拉伸和压缩时的力学性能；（5）掌握剪切与挤压实用计算。

考核的主要知识与技能: 轴向拉压杆的内力、应力及强度计算，剪切与挤压计算；理解内力、应力概念；材料在拉伸和压缩时的力学性能。

（六）组合变形计算（2时）

教学重点、难点：

教学重点：拉压与弯曲组合变形计算。

教学难点：斜弯曲、弯曲与扭转组合变形计算。

教学内容和基本要求：（1）了解斜弯曲梁的变形计算；（2）了解拉压与弯曲组合变形计算；（3）了解弯曲与扭转组合变形计算； 考核的主要知识与技能：

斜弯曲梁的变形计算，拉压与弯曲组合变形计算，弯曲与扭转组合变形计算。

（七）压杆稳定（2时）

教学重点、难点：

教学重点：压杆的临界力。

教学难点：压杆的临界力。

教学内容和基本要求：（1）了解压杆稳定的概念；（2）了解细长压杆的临界力；（3）掌握压杆的临界应力；（4）掌握压杆稳定计算。

考核的主要知识与技能：

压杆稳定的概念、细长压杆的临界力及压杆稳定计算。

（八）平面体系的几何组成分析（2时）

教学重点、难点：

教学重点：平面体系的几何组成分析。

教学难点：平面体系的几何组成分析。

教学内容和基本要求：

（1）掌握平面体系的几何组成规则及分析方法；（2）了解静定结构和超静定结构概念。

考核的主要知识与技能：

平面体系的几何组成规则及分析方法；了解静定结构和超静定结构概念。（九)静定结构的内力分析(2)教学重点、难点：

教学重点：单跨静定梁、静定平面刚架的内力计算。

教学难点：静定平面刚架、桁架、多跨梁计算。教学内容和基本要求：

（1）掌握单跨静定梁、多跨静定梁及斜梁的内力计算；（2）掌握静定平面刚架的内力计算；（3）了解静定平面桁架的内力计算。考核的主要知识与技能：

单跨静定梁、多跨静定梁及斜梁的内力计算，静定平面刚架的内力计算，了解静定平面桁架、拱的内力计算。

（十）静定结构的位移计算（2时）

教学重点、难点：

教学重点：图乘法计算位移。

教学难点：虚功原理。

教学内容和基本要求：（1）掌握虚功原理；

（2）了解单位荷载法计算位移；（3）掌握图乘法。

考核的主要知识与技能: 图乘法计算位移；单位荷载法计算位移。

（十一）力法（2时）教学重点、难点：

教学重点：力法的基本原理；力法解超静定梁和超静定刚架。

教学难点：力法解高次超静定刚架、桁架。教学内容和基本要求：

（1）了解超静定结构概念及超静定次数确定；（2）掌握力法的基本原理；（3）掌握力法典型方程；（4）掌握力法解超静定梁；（5）掌握力法解超静定刚架；（6）了解力法解超静定桁架；（7）了解力法解超静定排架。考核的主要知识与技能：

超静定结构概念及超静定次数确定；力法的基本原理，力法典型方程，力法解超静定梁，力法解超静定刚架；力法解超静定桁架、排架。

（十二）位移法（1）教学重点、难点：

教学重点：位移法的基本原理。

教学难点：位移法的基本原理；位移法计算无侧移刚架。教学内容和基本要求：（1）掌握位移法的基本原理；（2）掌握形常数和载常数；（3）掌握位移法的基本未知量；（4）掌握位移法典型方程；

（5）了解位移法计算连续梁和无侧移刚架；（6）了解直接平衡法解超静定结构。考核的主要知识与技能：

位移法的基本原理，形常数和载常数，位移法的基本未知量，位移法计算连续梁和无侧移刚架；直接平衡法解超静定结构。

三、本课程教学意见

《建筑力学》是一门计算性很强的课程，初学者往往因概念抽象，知识点多、计算量大而感到学习困难，教师要注重从以下几个方面做好学生引导工作：

1、注重基本概念、基本理论、基本方法的讲解，尤其对受力分析、力矩、截面法计算梁在受弯时的内力等问题要重点讲解；

2、理论联系实际，在讲解过程中要把工程实际中较简单受力问题转化为力学模型；

3、在授课过程中，注意知识的内在联系，讲清楚分析问题的常用方法和分析步骤。

4、在实际教学过程当中，教师要根据学生的专业情况、知识水平、教材版本，对部分内容要进行有重点的补充和删减。

四、本课程学业评价

（一）考核目的

检验学生通过学习，是否达到了《建筑力学》教学大纲的基本要求，检查学生对课程涉及的的基本知识、基本理论、基本方法和基本技能的掌握程度。

（二）考核方式及考核用时

考核包括平时考核和期末考核两部分组成，考核总成绩为100分（四舍五入取整数）。平时考核成绩占总成绩的40%，由作业成绩（占总成绩的20%）和平时测验成绩（占总成绩的20%）组成。其中，作业成绩登记10次：每次总分10分，共100分。期末考核成绩占总成绩的60%，采取闭卷笔试方式进行，试卷总分100分，考试时长为110分钟。

（三）命题要求

1、依据教学大纲命题，命题要突出教学的重点内容，要覆盖大纲中考核主要知识、技能的大部分；题型可以是填空、选择、判断、简答、证明、分析、计算等，但不能少于四种，题量适宜，难度适中。

2、A、B两套试卷，100分制，附参考答案和评分标准。

五、建议教材和教学参考书

1、建议教材

[1]梁圣复，《建筑力学》第2版，机械工业出版社，2012年6月；

[2]周国瑾，《建筑力学》，同济大学出版社，2002年10月。

2、教学参考书

[1]陈永龙，《建筑力学》，高等教育出版社，2004年11月； [2]李廉锟《结构力学》，高等教育出版社，2004年10月； [3]刘寿梅，《建筑力学》，高等教育出版社，2002年7月； [4]刘成云，《建筑力学》，机械工业出版社，2006年1月； [5]李永福，《建筑力学》，中国建筑工业出版社，2006年1月； [6]罗奕，《建筑力学》，人民交通出版社，2001年4月。

第四篇：岩土试验力学课程论文

岩土试验力学课程论文

题目：岩土试验力学发展现状和前景 专业：岩土工程

一、岩土力学试验

1.岩土力学试验概况

要很好的解决岩土工程问题、防灾、治灾，必须首先进行勘察与测试、试验与分析，并利用土力学、岩石力学、基础工程、工程地质学等的理论与方法，对各类工程进行系统研究。因此，岩土力学试验是岩土工程规划设计、防灾的前期工程，也是地基与基础设计，治理地质灾害的不可缺少的重要环节。

2.岩土力学试验目的（1）了解岩石本身的物理和力学性质；

（2）岩体质量分级、工程地质条件与问题评价；

（3）边坡、地基和隧道围岩变形及稳定性分析，地质灾害防治工程方案论证等；

（4）为岩土工程设计与施工提供参数和依据；

（5）揭示岩土的变形规律和强度特征及破裂机理，建立其数学力学模型，进行岩土工程结构的力学分析。

3.岩土力学试验内容

（1）岩石物理性质试验

含水率、颗粒密度、块体密度；

（2）岩石水理性质试验

吸水性、渗透性、膨胀性、耐崩解性和冻融性。

（3）岩石力学性质试验

单轴压缩强度和变形试验、三轴压缩强度和变形试验、抗拉强度

试验、直剪强度试验和点荷载强度。

二、岩土试验力学概况

岩土试验力学是土木工程岩土专业的一个分支，它是一门十分重要的技术基础课。它主要包括学习岩土实验力学的基本理论，知道岩土的物理力学性质、强度变形计算、稳定性分析、挡土墙及基坑围护的设计与计算、地基承载力等岩土力学基本理论与方法。结合有关交通土建、建筑工程、土木工程的理论和施工知识，分析和解决岩体工程及地基基础问题。

三、岩土试验力学的发展现状

1.计算方面

由于岩土材料比较特殊，那么在研究岩土试验力学方面就会比较复杂。岩土体本身就是一个复杂的系统，具有不确定性，不规则性和不明确性。目前，我国的岩土试验力学工作者倾向于采用理想数学模型和力学模型建立和描述岩土的各类特性，结果往往不是很理想，甚至出现很大的偏差。那么，为解决这一现状，为突破创新，新的方法和技术是必不可少的。在此，我国也已经找到解决方案，注入了新的研究岩土试验力学理论的思想。

分析几何就是研究岩土试验力学需要用的一种新技术，新方法。它的工作原理是研究一个复杂系统的形态、功能等。紧密联系它们之间的关系，用维数表展现系统的复杂性。系统与维数值成正比例关系，值越大，系统越复杂。

分形几何在计算岩土试验力学中的应用主要包括“定量的对岩土

材料结构进行描述，研究调查水如何在岩土中流动，测量岩土材料的强度和分析岩土力学特征”四方面的内容。分形几何又被概括为两个方面，分形图形和维数计算。常用的分形模型有KOCH曲线，CANTOR集合，Sierpinski地毯和menger海绵等，如下图。它们都属于数学分形，它们之间有一定的相似性。同时，分形维数分为6种，相似维数，容量维数，信息维数，关联维数和广义分形维数。对于不同的分形维数的测量各有不同的方法，如其中的关联维数是利用关联函数来取得的。

2.模型应用方面

从岩土试验力学的发展史来看，岩土试验力学的力学模型主要有：弹性模型（胡克体）、粘弹性模型（麦克斯韦体）、内含时间弹塑性模型和损伤模型。其中弹性模型又分为线性弹性和非线性弹性两方面。由于岩土试验力学特性是不一样的，根据介质力学理论，建立的模型应有非线性弹性、弹塑性、粘弹塑性和塑性內时模型等。

当前最常用的力学模型有两种，非线性弹性模型和南水模型-南京水利科学院非线性模型。非线性弹性模型是DUNCAN和CHANG采用KONDNER的建议和三轴压缩实验结果，采用变切线弹性模量和变切线体积模量对粘土和砂土进行了模拟，建立了DUANCAN-CHANG模型，其预测结果温和于试验结果。而南水模型将DOMASCHUK模型加以推广，把剪切曲线变成推广曲线，不仅适用于硬化的岩土，还可以适用于超固结土和岩石等软化岩土。它不但考虑了软硬方面还考虑了膨胀与压缩方面，适用范围非常广泛。

四、目前岩土试验力学发展存在的问题和解决措施

1.在计算方面的不足和解决措施

我国岩土试验力学水平，还不能达到使计算误差小于10%的愿望，这还有待努力，但我国正在努力向这个目标靠近。在排除施工因素后，误差控制在50%以内是完全有可能的。计算岩土试验力学工程还不完善，因为当前的研究只是刚开始，只涉及到很小的一部分，只取的很小的研究成果，我们还当深入到岩土试验力学的各个领域里。我们要将分形几何理论完全引入岩土力学宏图中，还要加大分维数的探讨和研究，理解岩土试验力学系统的基本原理和分清明了各空间的关系。只有对岩土材料有深入认识和了解我们才能选取合适的计算方法和计算模型，减小计算误差，避免错误发生，并能促进岩土工程各方面力学的综合发展。

2.模型应用方面的不足和解决方案

线弹性模型不能考虑剪胀变形，它只考虑受荷载作用的变形状况，忽略了不能恢复的塑形变形。塑形变形往往在荷载作用下，荷载不断变化中产生的，通常容易被忽略。它不适用于应力路径复杂时，会受弹性恢复的影响，产生误差。DUNCAN-CHANG模型就没考虑到这方面的内容，它只适用于粘性土、砂土，其他土就不会产生作用，它不能考虑岩土的性质和特征。我们可以只在分析岩土稳定性时使用它。

南水模型建立在DOMASCHUK模型中并推广，考虑了剪切膨胀和压缩方面，并考虑了应力方面的影响，但是不能考虑静水压力作用的影响。当模型采用非关联流动理论，也不能避免剪切膨胀现象的发生，对岩土体缩减也考虑不到。所以在建立南水模型时，我们要综合考虑多方面因素，建立一个完善的模型。

剑桥模型也有一定的缺陷，只建立了3个参数。在构建上没有充分考虑剪切变形，只利用塑形体积做参量，不考虑应力作用，当应力产生时，它是不能反应和突出的。

五、我国岩石试验力学发展动向规划

岩土试验力学理论和本构模型已经过三十年的发展，但它们还不成熟，那么今后研究“岩土材料稳定性和变形分析”是我们关注的对象，可以通过建立神经网络模型，损伤模型和粘弹模型来研究和探讨它们。它还是一个比较新的研究课题，在研究过程中，我们要建立多种模型和充分利用试验数据。

六、结论

虽然我国在计算岩土试验力学方面存在些缺陷，但我们正在尽快完善，以达到控制误差在百分之十以内的目标。岩土试验力学在建立本构模型上，各自材料特点和试验方法采取上，会在构建模型上造成一定的局限性。那么我们在计算和建立模型时要考虑多方面因素，不能循规蹈矩，生搬硬套，要突破创新，不受各种现有理论的影响。那么我们在今后的几十年内，在计算和建立岩土力学模型一定会去取得令人瞩目的发展，并得到广泛认可和应用。

第五篇：力学试验教案

力学实验

教学目标

1．通过对实验的复习，做到对力学中的学生实验明确实验目的，掌握实验原理，学会实验操作，正确处理实验数据．

2．进一步学习用实验处理问题的方法，体会实验在物理学中的重要地位． 3．掌握实验操作方法，培养动手操作的能力．

4．通过对力学中学生实验的比较，知道所涉及到实验的类型．

5．在掌握课本上所给学生实验的基础上，灵活应用所学知识解决其它问题． 教学重点、难点分析

1．理解实验的设计思想，不但要知道怎样做实验，更应该知道为什么这样做实验．

2．掌握正确的实验操作，是完成实验的最基本要求，对学生来说也是难度较大的内容，一定要让学生亲自动手完成实验．

3．处理数据时，要有误差分析的思想，要能够定性地分析在实验中影响实验误差的条件．

教学过程设计 教师活动

说明：在力学中一共有八个实验是高考中要求的实验，在做实验复习时，要明确实验目的，掌握实验原理，理解地记住实验步骤，处理好实验数据．在实验复习中，实验操作是必不可少的．按照考纲中的顺序，我们一起来复习力学中所涉及的实验．

[实验一] 互成角度的两个共点力的合成 此实验的目的是验证力合成的平行四边形法则． 请一个同学把实验器材和主要实验步骤简述一下．

回答：实验器材有木板、白纸、图钉、带细线的橡筋、弹簧秤等． 安装好器材，如图1-8-1所示，用两个弹簧秤把橡皮筋的一端拉到O点，记下两个力的大小和方向．再用一个弹簧秤把橡皮筋的一端拉到O点．设定力的长度单位，利用力的图示的方法分别作出分力与合力．用平行四边形法则作出两个分力的合力．比较直接测得的合力与用平行四边形法则得到的合力的大小和方向，可以确定在误差范围内，力的合成满足平行四边形法则．

例：在做共点的两个力的合成的实验时，如果只给一个弹簧秤能否完成这个实验？ 回答：可以．可先做出两个分力的方向，把两根细线向着两个分力的方向去拉，一只手直接拉线，另一只手通过弹簧秤拉线记下拉力的大小，然后把弹簧秤放到另一根线上重复实验．只要总把橡皮筋的一端拉到O点，合力的大小和方向就是不变的．两次拉两根线的方向都相同，两个分力的方向是不变的，两个分力的大小也是保持不变的，可用弹簧秤分别测出两个分力的大小．

实验操作：

用所给器材完成此实验．

[实验二] 练习使用打点计时器 [实验三] 测定匀变速直线运动的加速度

这两个实验都是练习使用打点计时器的实验，我们一起复习． 提问：打点计时器的作用和使用方法． 给出一条打好点的纸带如图1-8-2所示．

回答：打点计时器是测量时间的工具．把纸带跟运动物体连接在一起，利用打点计时器在纸带上记录下物体的运动情况．打点计时器使用交流6V电源，打点的频率为50Hz，周期为0.02s．

提问：（1）怎样利用纸带判断物体是在做匀变速运动？ 回答：把纸带上的点标上A、B、C、D、E，各点间的距离分别为s1、s2、s3、s4．如果满足△s=s2-s1=s3-s2=s4-s3，则物体做匀变速直线运动．

（2）怎样计算做匀变速直线运动的物体在某个位置时的速度？ 利用这条纸带可计算出物体过某一点的速度，如计算B点时的速度公式为VB=（s1+s2）/2t．

（3）怎样计算它的加速度？

计算物体的加速度有两种方法，可以利用公式△s=at2计算，也可以用a=（VC-VB）/t计算．

例：利用打点计时器测自由落体的加速度，重锤下落时打出一条纸带如图1-8-3所示，计算重力加速度的数值

解：可先算出B点和C点的速度 VB=（0.2736-0.1900）/（2×0.02）=2.09（m/s）

VC=（0.3211-0.2299）/（2×0.02）=2.28（m/s）

g=（2.28-2.09）/0.02=9.50（m/s2）[实验四] 验证牛顿第二运动定律

提问：验证牛顿第二定律的实验要证明哪两个关系？实验装置如图1-8-4所示．

问答：通过实验要验证物体的加速度跟物体所受的合外力成正比，跟物体的质量成反比这样两个关系．

提问：安装好实验装置后还需要做什么调整？

回答：安装实验装置后首先要平衡摩擦力．把小车上装好纸带，把木板后垫高一些，在木板上轻轻向下推一下小车，小车应该做匀速运动．

提问：如何进行实验操作？

回答：保持小车的质量不变，改变所挂砝码的质量，打出5条纸带，记下每条纸带对应的砝码质量值；保持所挂砝码的质量不变，在小车上加砝码，改变小车的质量，打出5条纸带，记下每条纸带对应的小车的质量值．

提问：怎样处理数据？

分别计算出每条纸带的加速度值．做出在质量不变的条件下，加速度与小车所受外力的关系图线；做出在小车受力不变的条件下，加速度与小车质量倒数的关系图线．从图线上可以看出小车的加速度跟所受外力与自身质量的关系．

例：在验证牛顿第二定律的实验中，一个同学打出了5条纸带后，测出了纸带中相邻的每五段间的距离和每条纸带对应的小车的受力情况（见表），处理数据后在图1-8-5所示的坐标中画出a-F图线．

解：先根据所给的数据利用公式△s-at2算出小车在不同受力情况下的加速度值，分别为0.25m/s2、0.50m/s2、0.75m/s2、1.00m/s2、1.25m/ s2．如图1-8-6所示，在坐标系中标点后，画出图线为一条直线．

说明：在实验中要平衡摩擦力，要知道摩擦力平衡不好对实验结果的影响，会对a-F图线中不过原点问题的解释．在实验中要求所挂砝码的质量要远小于车的质量，如果这一条件不满足将会出现的图线的变化．本实验中数据的处理量较大，要能够正确合理地处理数据．

[实验五] 验证碰撞中的动量守恒

提问：两个物体在所受合外力为零的条件下，相互作用前后的动量满足什么关系？

回答：当两个物体组成的系统在所受合外力为零的条件下发生碰撞，系统在碰撞前的总动量等于碰撞后的总动量．

提问：怎样通过实验验证动量守恒定律？

回答：实验装置如图1-8-7所示，实验中小球的质量可以用天平称出，小球在碰前和碰后的速度利用从同一高度做平抢运动的小球的飞行时间相等，平抛运动的小球在水平方向做匀速运动的特点，用小球在碰前和碰后的水平飞行距离表示它的速度，这样就可以利用小球的质量和飞行的水平距离来表示出碰撞中的动量守恒关系．

入射球的质量要大于被碰球的质量，两球的半径相等．实验时先不放被碰球B，入射球A从一个确定的高度释放落在地面上的P点，小球飞行的水平距离为OP．再把被碰球B放在支架上，A球从同一高度释放，两球相碰后分别落在地面上的M点和N点．两球飞行的水平距离分别为OM和O′N，如果在碰撞中满足动量守恒定律，那么应该有关系m1OP=m1OM+m2O′N．

提问：实验时还应注意哪些问题？

在实验中要注意仪器的正确安装与调整，斜槽的末端一定要水平，小球的出射点应是O点的正上方，两小球相碰时应在同一个高度上．实验时，每个点应让小球落10次，取落点的中心进行测量．

例：在研究碰撞中的动量守恒的实验中，下列操作正确的是

A．改变入射小球的释放高度，多次释放，测出每次的水平位移，求出平均值，代入公式计算

B．入射小球应始终保持在同一高度上释放

C．两球相碰时，两球的球心必须在同一水平高度上

D．重复从同一高度释放入射小球，用一个尽量小的圆将其各次落点圈在其中，取其圆心作为小球落点的平均值

分析：入射小球每一次释放都应保持在同一高度上，这样在多次实验中才能使小球的初速度保持不变．两球相碰时应在同一高度上，保证两球的飞行时间相等．另外，利用画圆的方法取落点的平均值，可以减小实验误差．此题的正确答案为B、C、D．

实验操作：用所给器材完成实验． [实验六] 研究平抛物体的运动

提问：说出画出平抛物体运动轨迹的方法．

回答：平抛物体的运动可以分解成水平方向的匀速直线运动和竖直方向的自由落体运动．将小球从斜槽的同一高度上释放，从槽末端的水平槽以一定的水平初速度平抛出去．在竖直面的纸上找出小球飞行轨迹中的几个点，用圆滑的曲线连接起各点，就得到了物体做平抛运动的轨迹，为一条抛物线．

提问：怎样求出平抛运动物体的初速度？ 回答：如图1-8-8所示，以抛出点为坐标原点，水平向右为x轴的正方向，竖直向下为y轴的正方向．在曲线上读取数个点的坐标值，利

例：在研究平抛物体的运动实验中，应选用下列各组器材中的哪一组

A．铁架台、方木板、斜槽和小球、秒表、米尺和三角板、重锤和细线、白纸和图钉

B．铁架台、方木板、斜槽和小球、天平和秒表、米尺和三角板、重锤和细线、白纸和图钉

C．铁架台、方木板、斜槽和小球、千分尺和秒表、米尺和三角板、重锤和细线、白纸和图钉

D．铁架台、方木板、斜槽和小球、米尺和三角板、重锤和细线、白纸和图钉

分析：在此实验中小球的直径较小，不需要用千分尺测量．实验中也不用测量时间，所以正确的答案应为D．

[实验七] 验证机械能守恒定律 提问：怎样验证机械能守恒定律？

回答：在不计空气阻力的情况下，重物下落时的机械能守恒．如图1-8-9所示，把重锤与纸带相连，利用打点计时器记录下重锤下落过程中的运动情况．通过纸带测出重锤的下落高度从而算出重锤重力势能的变化，再算出重锤相应的动能，比较重力势能的减小量和动能的增加量，从而验证机械能守恒定律．

提问：利用此装置还能做什么实验？

回答：利用这个实验还可以计算重锤在下落时的加速度，即重力加速度．在已知重锤质量的条件下，通过计算重锤的下落高度和重锤的即时速度，算出重锤在下落过程中损失的机械能．

例：将下列验证机械能守恒定律的实验步骤按正确顺序排列起来

A．选取第1、2点的距离接近2mm的一条纸带，在这条纸带上选定计数点． B．将铁架台放在实验桌上，用附夹把打点计时器固定在铁架台上． C．换新纸带重复实验．

D．量出从首点到各计数点间的距离，并算出各计数点的即时速度． E．比较△EK和△EP在误差允许范围内是否近似相等．

F．在重锤上夹持一纸带，并将它从打点计时器的复写纸下面穿过限位孔，手持纸带保持竖直方向，接通电源后，松手让重锤牵引纸带下落，得到打点的纸带．

G．计算各计数点的动能增加量△EK和势能减小量△EP． 答：此题正确的排序为B、F、C、A、D、G、E． [实验八] 用单摆测定重力加速度 提问：怎样用单摆测当地的重力加速度？

之后，可以计算出当地的重力加速度．在实验中利用米尺测出单摆的摆长，它是从悬点到球心的距离．让单摆以较小的角度摆动，当摆球过平衡位置时开始计时，记录单摆振动30至50个周期所用的时间，可以算出单摆的振动周期．代入公式g=4π2ln2/t2，计算出重力加速度值．改变摆长测出3个g值，取平均值．

例：在做单摆测重力加速度的实验中，有以下器材可以选用，其中正确的一组为

[

] A．小木球、细棉线、米尺、卡尺、秒表、铁架台等 B．小木球、尼龙线、米尺、卡尺、秒表、铁架台等 C．小钢球、尼龙线、米尺、卡尺、秒表、铁架台等 D．小钢球、尼龙线、米尺、秒表、铁架台等

分析：做单摆的实验时，摆球应该用密度较大的球，线应该用不易伸长的线．摆长的测量可以采取两种方法：用卡尺测出小球的直径，用米尺测出线长，也可以直接用米尺测出摆长．所以此题的正确答案为C、D．

同步练习

1．将橡皮筋的一端固定在A点，另一端拴上两根细绳，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1-8-10所示，这时弹簧测力计的读数可从图中读出．

（1）由图可读得两个相互垂直的拉力的大小分别为______N和______N（只需读到0.1N）

（2）在本题的虚线方格纸上按作图法的要求，画出这两个力及它们的合力． 2．图1-8-11画出了一个打点计时器，写出图中标出的各部分的名称．

3．如图1-8-12所示，打点计时器打出一条纸带，在图中所画的点的中间还有4个点没有画出，利用纸带计算物体运动的加速度．

4．在验证牛顿第二定律的实验中要研究（1）______；（2）______ 两个关系．使用的计时工具为____；测量纸带的工具为______；实验中的研究对象为____，设它的质量为M，小桶和砂的质量为m，要求M ____m，可以认为物体受力的大小为____．

5．在验证牛顿第二定律的实验中得到的两条曲线如图1-8-13所示．左图的直线不过原点是由于______；右图的直线发生弯曲是由于______造成的．

6．在验证碰撞中的动量守恒实验时，实验装置如图1-8-14所示，要求实验时所用的两个小球的半径r____，入射球的质量m1____被碰球的质量m2.在实验中需要使用的测量工具有______．若两球在碰撞中动量守恒，则满足关系式______（用题目和图中量表示）．

7．某同学设计了一个用打点计时器验证动量守恒定律的实验：在小车A的前端粘有橡皮泥，推动小车A使之做匀速运动，然后与原来静止在前方的小车B相碰并粘合成一体，继续做匀速运动，他设计的具体装置如图1-8-15所示．在小车A后连着纸带，电磁打点计时器电源频率为50Hz，长木板下垫着小木片用以平衡摩擦力．

（1）若已得到打点纸带如图1-8-16所示，并测得各计数点间距标在图上，A为运动起始的第一点，则应选____段起计算A的碰前速度；应选____段来计算A和B碰后的共同速度（填AB、BC、CD、DE）．

（2）已测得小车A的质量m1=0.40kg，小车B的质量m2=0.20kg，由以上测量结果可得：

碰前总动量=______kg·m/s 碰后总动量=______kg·m/s

8．如图1-8-17所示的为一个做平抛运动物体运动轨迹的一部分，在图中可以测得两段相等时间内物体的水平位移x1、x2和对应的竖直位移y1、y2，根据测得量可以表示出物体的初速度为____．

9．在验证机械能守恒定律的实验中，已知打点计时器所用电源的频率为50Hz，查得当地的重力加速度g=9.80m/s2，测得所用的重物的质量为1.00kg．实验中得到一条点迹清晰的纸带如图1-8-18所示，把第一个点记作O，另选连续的4个点A、B、C、D作为测量的点．经测量知道A、B、C、D各点到O点的距离分别为62.99cm、70.18cm、77.76cm、85.73cm．根据以上数据，可知重物由O点运动到C点，重力势能的减少量等于____J，动能的增加量等于____J（取3位有效数字）．

10．如果下表中给出的是做简谐振动的物体的位移x或速度v与时刻的对应关系，T是振动周期，则下列选项中正确的是

[

]

A．若甲表示位移x，则丙表示相应的速度v B．若丁表示位移x，则甲表示相应的速度v C．若雨表示位移x，则甲表示相应的速度v D．若乙表示位移x，则丙表示相应的速度v

11．一位同学用单摆做测量重力加速度的实验，他将摆挂好后，进行了如下步骤，指出下面步骤中遗漏或错误的地方，写出该步骤的字母，并加以改正．

A．测摆长l：用米尺量出摆线的长度

B．测周期T：将摆球拉起，然后放开，在摆球某次通过最低点时，按下秒表开始计时，同时将此次通过最低点作为第一次，接着一直数到摆球第60次通过最低点时，按秒表停止计时，读出这段时间t，算出单摆的周期t=t/60．

将它作为实验的最后结果写入报告中去．

参考答案

1．（1）3.0N 4.0N（2）如图1-8-19所示 合力F=5.0N 2．（1）振动片（2）复写纸（3）磁铁（4）线圈（5）纸带 3．2.25m/s2

4．（1）在物体质量不变的条件下，加速度跟所受外力的关系（2）在物体所受外力不变的条件下，加速度跟物体质量的关系

打点计时器

米尺

小车

》 F=mg 5．摩擦力平衡得不够跟所挂钩码相比，小车的质量过小 6．相等

大于

米尺

天平三角板 m1OP=m2OM+m2（ON-2r）7．（1）BC DE（2）0.42kg·m/s 0.417kg·m/s

9．7.62 7.56 10．AB 11．（1）摆长应该是线长加小球半径（2）T=t/29.5（3）应多次测量取平均值