第一篇：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
第二篇：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。
第三篇：Zwick先进力学设备试验演示
实验23 Zwick先进材料试验机演示实验
罗仁安
编写
工程中有一些零、构件，如汽轮机、喷气发动机、蒸汽锅炉、化学工业中的合成炉等，长期在高温下工作；又如液态氢或液态氮的容器，则又在低温下工作。材料在高温或低温下的力学性能与常温下不同，且往往与作用时间长短有关。本次试验将对高低温万能材料试验机的使用，特别是环境箱进行简略的介绍。
一、实验目的
1.观察在高温（250 C）静载作用下，材料的屈服现象和极限值。2.观察在低温（-75~-30 C）静载作用下，材料的屈服现象和极限值。3.了解有关机器、仪器的操作。
二、实验设备
1.Zwick 200kN高低温万能材料试验机。2.单向夹式引伸计。3.计算机。4.游标卡尺。
三、试验原理和方法
本次试验以低碳钢和铸铁的拉伸试验为例。低碳钢和铸铁的拉伸曲线非常典型，但是多数工程材料的拉伸过程既不象低碳钢那样复杂，也不象铸铁那样简单。这类材料有一定的塑性，没有明显的屈服点，从弹性到屈服极限是光滑过渡的。硬铝、黄铜等就属于这类材料。由于没有明显的屈服阶段，这类材料的屈服强度只能用规定塑性变形量的办法来测定。工程设计常以产生0.2％残余应变时的应力定义为屈服极限，叫做条件屈服极限，用0.2来表示。0.2用来限制使用过程中的过量塑性变形，工作应力如果超过0.2，即认为构件失效。
试验是在Zwick 200kN高低温试验机上进行。测量系统是由信号转换、信号放大和自动记录三部分组成。信号转换部分：试样的力和变形分别由载荷传感器和变形传感器接收信号，并转换成相应的电压信号，供下级仪器测量，本试验所用的变形传感器为单向夹式引伸计。
四、实验步骤
1.按同类材料估算最大试验载荷，设定荷载放大器的量程。
2.测量试样尺寸。在标距范围内取三个截面，每截面按互垂方向测两次。
3.安装试样，并在试样上按规定标距装卡引伸计，引伸计安装一定不得偏斜、固紧程度要适中。
4.按应变的估计值，设定位移放大器的量程。5.开机加载正式记录试验曲线。6.卸载、关机、取下引伸计、卸下试件取下图纸。
五、结果整理
1.在计算机整理试验曲线，打印测试曲线 2.用图解法测定。3.按规格完成试验报告。
六、实验结果分析
在高温静载作用下，低碳钢在短期(指只在几分钟内拉断)。在200C～300C之间，随温度的升高，即材料变“脆”。这时试件表面呈现蓝色，故称为“蓝脆”现象。当材料长期处在高温和恒定不变的应力作用时，材料的变形将随着时间的延长而不断地缓慢增长，这种现象称为“蠕变”。蠕变变形是不可恢复的塑性变形。温度愈高，蠕变的速度愈快；在温度不变的情况下，应力愈大，蠕变的速度也愈快。低熔点金属(如铅和锌等)，在室温下就有蠕变；而高熔点金属在较高的温度下才会发生蠕变，如碳钢要在300 C～350C以上；对合金钢，要在350C～400C以上。非金属材料，如沥青、木材、混凝土及各种塑料，都能产生蠕变。高温下工作的零部件，在发生弹性变形后，如果保持变形总量不变，由于蠕变，塑性变形不断增加，使弹性变形逐渐减少，致使应力缓慢降低，这种现象称为“应力松弛”。靠预紧力密封或联接的机器（如使气缸盖与缸体压紧的紧固螺栓），往往因应力松弛而引起漏气或松脱。因此，对于长期在高温下工作的紧固件，必须定期进行紧固或更换。
在低温情况下，碳钢的比例极限和强度极限都有所提高，而延伸率则相应降低；在低温情况下，非金属材料呈现出脆性现象。
七、预习和思考
1.预习本节内容，了解常用材料在高低温条件下拉伸时的现象。
第四篇：初中力学教案
1、能描述力的概念。知道物体间力的作用是相互的。
2、能说出力的作用效果
教材 重点
难点 重点：力的概念、物体间力的作用是相互的、力的作用效果
难点：理解物体间力的作用是相互的、力的作用效果 教具 多媒体课件 教学
方法 讲授、讨论、活动
教 学 过 程
新课引入：多媒体课件播放：小丽同学推门进教室，拉开椅子，提起书包放在桌子上，翻开书本准备学习
思考：
1、小丽同学在做以上这些动作时，手臂肌肉是否会感到紧张？
2、门、书包、椅子、课本的运动状态与原来相比是否发生变化，这说明了什么？ 学生分组讨论，回答
1、手臂肌肉感到紧张
2、门、书包、椅子、课本的运动状态发生变化
说明：生活和生产中所见到的推、拉、提、压等过程中存在力的作用 板书：第一章第二节：力
一、什么是力
1、力是物体对物体的作用。
阅读：课本P9图1、2、2，分组讨论上述例子中受力物体有哪些，施加力的物体有哪些？ 实例 施加力的物体 受到力的物体 推土机 推土机 土
牵引车拖拉故障车 牵引车 故障车 起重机提升重物 起重机 重物 压路机压实路面 压路机 路面
上述的例子说明，有力存在时，总有一个物体对另一个物体发生了作用。所以，力是物体对物体的作用。一组物体是施力的，另一组物体是受力的。对一个力来说，有施力物也有受力物。现在请大家指出下列各力的施力物和受力物。
板书：我们把施加力的物体叫施力物体，受到力的物体叫受力物体。
思考：在有力作用时物体应该有几个以上？单独一个物体能否有力的作用？ 学生讨论，教师归纳
板书：
3、力不能脱离物体而单独存在，要产生力必须有两个以上的物体
二、物体间力的作用是相互的 活动一：观察用丝线悬挂起来的两个带同种电荷的塑料小球，相互靠近是所发生的现象 提问：A、B两球是A排斥B还是B排斥A或相互排斥而分开？ 备注
活动二：将相同形状的一块磁铁和一块铁块分别放在小车上，并将小车放在光滑的水平面上，使两车相互靠近到一定距离时由静止放开，观察发生的现象 讨论：是磁铁吸引铁块，还是铁块吸引磁铁，还是相互吸引？ 分析：
1、A、B两球是由于相互排斥而离开
2、磁铁和铁块是由于相互吸引而靠近板书：
1、物体间力的作用是相互的，讲解：力总是成对出现的，这对力叫作用力与反作用力。展示发生车祸时两车都被撞扁的情景，使学生对力的相互性有更为具体的认识，并请同学分析原因。
提问：你还看到哪些现象说明力的作用是相互的？
讨论：既然力的作用是相互的，那么任何一个力都涉及到两个物体，是否两个物体一定要相互接触才能发生力的作用？（演示小磁针在条形磁铁磁场中受力转动。）板书：板书：力的作用效果
1.力可以改变物体的形状。
实验：用手将弹簧拉长。
教师：弹簧受到拉力时变长了。实验：手用力使锯条变弯曲。
教师：气球受到手的压力时变扁了。这说明力可以改变物体的形状。板书：2.力可以改变物体的运动状态。
讲述：足球静止在地面上，脚踢它时给它一个力，足球受到这个力由静止变为运动。汽车关闭了发动机后，由于汽车受到阻力，速度逐渐变小，最终停下来。可见力可以使物体运动的速度变大，也可以使运动物体的速度变小。
讲述：乒乓球向我们飞来，我们挥拍打去，球的运动方向变化了，又向对方的球台飞去。可见力还可以改变物体运动的方向。
讲解：运动状态改变包括① 物体由静止变为运动 ② 物体的运动由慢变快 ③ 物体由运动变为静止 ④ 物体的运动由快变慢 ⑤ 物体运动的方向发生改变 小结：
第五篇：建筑力学教案
建筑力学重点内容教案
（四）静定结构和超静定结构
建筑物中支承荷载、传递荷载并起骨架作用的部分叫做结构，例如在房屋建筑中由梁、板、柱、基础等构件组成的体系。前面，我们介绍了单个杆件的强度、刚度和稳定性问题。本章将要介绍结构的几何组成规则、结构受力分析的基本知识、不同结构形式受力特点等问题。
第一节结构计算简图
实际结构很复杂，完全根据实际结构进行计算很困难，有时甚至不可能。工程中常将实际结构进行简化，略去不重要的细节，抓住基本特点，用一个简化的图形来代替实际结构。这种图形叫做结构计算简图。也就是说，结构计算简图是在结构计算中用来代替实际结构的力学模型。结构计算简图应当满足以下的基本要求：
1．基本上反映结构的实际工作性能； 2．计算简便。
从实际结构到结构计算简图的简化，主要包括支座的简化、节点的简化、构件的简化和荷载的简化。
一、支座的简化
一根两端支承在墙上的钢筋混凝土梁，受到均布荷载g的作用(图10—1。)，对这样一个最简单的结构，如果要严格按实际情况去计算，是很困难的。因为梁两端所受到的反力沿墙宽的分布情况十分复杂，反力无法确定，内力更无法计算。为了选择一个比较符合实际的计算简图，先要分析梁的变形情况：因为梁支承在砖墙上，其两端均不可能产生垂直向下的移动，但在梁弯曲变形时，两端能够产生转动；整个梁不可能在水平方向移动，但在温度变化时，梁端能够产生热胀冷缩。考虑到以上的变形特点，可将梁的支座作如下处理：通常在一端墙宽的中点设置固定铰支座，在另一端墙宽的中点设置可动铰支座，用梁的轴线代替梁，就得到了图10—16的计算简图。这个计算简图反映了：梁的两端不可能产生垂直向下移动但可转动的特点；左端的固定铰支座限制了梁在水平方向的整体移动；右端的可动铰支座允许梁在水平方向的温度变形。这样的简化既反映了梁的实际工作性能及变形特点，又便于计算。这就是所谓的简支梁。
假设某住宅楼的外廊，采用由一端嵌固在墙身内的钢筋混凝土梁支承空心板的结构方案(图10—20)。由于梁端伸入墙身，并有足够的锚固长度，所以梁的左端不可能发生任何方向的移动和转动。于是把这种支座简化为固定支座，其计算简图如图10—26所示，计算跨度可取梁的悬挑长加纵墙宽度的一半。
预制钢筋混凝土柱插入杯形基础的做法通常有以下两种：当杯口四周用细石混凝土填实、地基较好且基础较大时，可简化为固定支座(图10—3a)；在杯口四周填入沥青麻丝，柱端可发生微小转动，则可简化为铰支座(图10一36)。当地基较软、基础较小时，图口的做法也可简化为铰支座。
支座通常可简化为可动铰支座、固定铰支座、固定支座三种形式。
二、节点的简化 结构中两个或两个以上的构件的连接处叫做节点。实际结构中构件的连接方式很多，在计算简图中一般可简化为铰节点和刚节点两种方式。
1．铰节点铰节点连接的各杆可绕铰节点做相对转动。这种理想的铰在建筑结构中很难遇到。但象图10—40中木屋架的端节点，在外力作用下，两杆间可发生微小的相对转动，工程 中将它简化为铰节点(图10—46)。
2·刚节点刚节点连接的各杆不能绕节点自由转动，在钢筋混凝土结构中刚节点容易实现。图10—5a是某钢筋混凝土框架顶层的构造，图中的梁和柱的混凝土为整体浇注，梁和柱的钢筋为互相搭接。梁和柱在节点处不可能发生相对移动和转动，因此，可把它简化为刚节点(图10—56)。
三、构件的简化
构件的截面尺寸通常比长度小得多。在计算简图中构件用其轴线表示，构件之间的连接用节点表示，构件长度用节点间的距离表示。
四、荷载的简化
在工程实际中，荷载的作用方式是多种多样的。在计算简图上通常可将荷载作用在杆轴上，并简化为集中荷载和分布荷载两种作用方式。关于荷载的分类及简化已在第一章中述及。这里不再重复。
在结构设计中，选定了结构计算简图后，在按简图计算的同时，还必须采取相应韵措施，以保证实际结构的受力和变形特点与计算简图相符。因此，在按图施工时，必须严格实现图纸中规定的各项要求。施工中如疏忽或随意修改图纸；就会使实际结构与计算简图不符，这将导致结构的实际受力情况与计算不符，就可能会出现大的事故。检查与回顾 1.结构计算简图应满足哪些基本要求？
2.结构计算简图的简化主要包括哪些内容？
新授课 第二节平面结构的几何组成分析
一、几何组成分析的概念
建筑结构通常是由若干杆件组成的，但并不是用一些杆件就可随意地组成建筑结构。例如图10—6a中的铰接四边形，可不费多少力就把它变成平行四边形(图。一6b)，但这种铰接四边形不能承受任何荷载的作用，当然不能作为建筑结构使用。如果在铰接四边形中加上一根斜杆(图10—7)，那么在外力作用下其几何形状就不会改变了。
图10—6 图110—7
从几何组成的观点看，由杆件组成的体系可分为两类：
1·几何不变体系 在荷载作用下，不考虑材料的应变时，体系的形状和位置是不能改变的
2·几何可变体系在荷载作用下，不考虑材料的应变时，体系的形状和位置是可以改变的(图10—6a)。
对结构的几何组成进行分析，以判定体系是几何不变体系还是几何可变体系，叫做几何组成分析。
显然，建筑结构必须是几何不变体系。
在体系的几何分析中，把几何不变的部分叫做刚片。一根柱可视为一个刚片；任一肯定的几何不变体系可视为一个刚片；整个地球也可视为一个刚片。
二、几何不变体系的组成规则(一)铰接三角形规则
实践证明，铰接三角形是几何不变体系。如果将图10—8口铰接三角形A船中的铰A拆开：AB杆则可绕曰点转动，AB杆上4点的轨迹是弧线①；4C杆则可绕C点转动，AC杆上的A点的轨迹是弧线②。这两个弧线只有一个交点，所以A点的位置是唯一的，三角形ABC的位置是不可改变的。这个几何不变体系的基本规则叫做铰接三角形规则。
如果在铰接三角形中再增加一根链杆仰(图10—86)，体系ABCD仍然是几何不变的，从维持体系几何不变的角度看，AD杆是多余的，因而把它叫做多余约束。所以ABCD体系是有多余约束的几何不变体系，而铰接三角形ABC是没有多余约束的几何不变体系。
②
铰接三角形规则的几种表达方式
1·二元体规则在铰接三角形中，将一根杆视为刚片，则铰接三角形就变成一个刚片上用两根不共线的链杆在一端铰接成一个节点，这种结构叫做二元体结构(图10—9)。于是铰接三角形规则可表达为二元体规则：一个点与一个刚片用两根不共线的链杆相连，可组成几何不变体系。且无多余约束。
2·两刚片规则若将铰接三角形中的杆AB和杆日C均视为刚片，杆AC视为两刚片间的约束(图10—10)，于是铰接三角形规则可表达为两刚片规则：两刚片间用一个铰和一根不通过此铰的链杆相连，可组成几何不变体系，且无多余约束。图10一ll a表示两刚片用两根不平行的链杆相连，两链杆的延长线相交于A点，两刚片可绕
图 10一10 图 10—11 A点做微小的相对转动。这种连接方式相当于在A点有一个铰把两刚片相连。当然，实际上在A点没有铰，所以把A点叫做“虚铰”。为了阻止两刚片间的相对转动，只需增加一根链杆(图10—11 b)。因此，两刚片规则还可以这样表达：两刚片间用三根不全平行也不全相交于一点的三根链杆相连，可组成几何不变体系，且无多余约束。
3．三刚片规则若将铰接三角形中的三根杆均视为刚片(图10—12)，则有三刚片规则：三刚片用不在同一直线上的三个铰两两相连，可组成几何不变体系。且无多余约束。
总结
作业：P238 10-
1、10-2 检查与回顾 铰结三角形的表达形式 新授课
三、超静定结构的概念
简支梁通过铰A和链杆B与地球相连(图10—13a)，是几何不变体系，且无多余约束。这种没有多余约束的几何不变体系叫做静定结构。静定结构的反力和内力可通过静力平衡方程求得。如果在简支梁中增加一个链杆(图10—13b)，它仍然是几何不变体系，但有一个多余约束。有多余约束的几何不变体系叫做超静定结构。超静定结构的支座反力和内力不能由静力平衡方程式全部求得。例如图10—13b中的梁，在荷载和支座反力的作用下，构成一个平面一般力系，可列出三个独立的平衡方程，而未知的支座反力有四个，三个方程只能解算三个未知量，所以不能求出全部的反力，因而内力也无法确定。超静定结构的内力计算，除了运用静力平衡条件外，还要利用变形条件，这里不予介绍。．
四、几何组成分析的实例
几何不变体系的组成规则，是进行几何组成分析的依据。对体系重复使用这些规则，就可判定体系是否是几何不变体系及有无多余约束等问题。运用规则对体系分析时，可先在体系中找到一个简单的几何不变部分，如刚片或铰接三角形，然后按规则逐步组装扩大，最后遍及全体系；也可在复杂的体系中，逐步排除那些不影响几何不变的部分，例如逐步排除二元体，使分析对象得到简化，以便于判别其几何组成。
例10—1试对图10—14中的体系做几何组成分析。
解铰接三角形是几何不变体系(图中的阴影部分)，在此基础上不断增加二元体，最后可遍及整个桁架。将整个桁架视为一个刚片，地球视为另一个刚片，依据两刚片规则，它们之间用铰A与不通过铰A的支座链杆B相连，组成了没有多余约束的几何不变体系。
结论体系是几何不变的，且无多余约束。‘
C
例10一2试分析图10一15中体系的几何组成。
解整个体系可分为左右两个部分：左边的AC可视为刚片，在刚片上增加二元体ADF；右边的CB可视为刚片，在刚片上增加二元体GEB。左、右两部分均可视为刚片，它们之间用铰C和链杆DE相连(两刚片规则)，形成一个大刚片。这个大刚片与地球用铰A和链杆B相连，构成一个没有多余约束的几何不变体系。
现在从另一角度进行分析：左边的AD、AC、DF可视为三刚片，它们通过不在同一直线上的三个铰A、D、F相连，组成了一个几何不变体系；右边的CB、BE、GE可视为三刚片，它们通过不在同一直线上的三个铰G、E、B、相连，也组成了一个几何不变体系。左、右两部分用铰C和链杆册相连，组成了一个没有多余约束的几何不变体系，然后再与地球相连。
结论体系是几何不变的，且无多余约束。
例10—3试分析图10—16中体系的几何组成。
解图10—16中的杆AB可视为刚片工，杆BC可视为刚片II，地球为刚片III。三刚片通过铰A、B、C两两相连，但这三个铰在同一直线上，不符合三刚片规则。现在分析在这种情况下会出现的问题。
B点是杆AB及BC的公共点。对AB杆而言，B点可沿以AB为半径的圆弧线①运动；对嬲杆而言，B点可沿以BC为半径的圆弧线②运动。由于A、曰、C三点共线，两个圆弧在B点有公切线。所以，在图示的瞬时，B点可沿公切线做微小的运动，即体系在这一瞬时是几何可变的。但是，B点经过微小的位移后，A、B、C三点就不再共线，B点的位移不能再继续增大。这种本来是几何可变的体系，经过微小的位移后又成为几何不变的体系，叫做瞬变体系。瞬变体系不能作为结构使用，任何接近于瞬变体系的构造，在实际建筑结构中也不允许出现。图10—17中，A、B、C三铰虽不共线，但在e角很小时，链杆的轴力将很大；当日角趋近于零时，体系趋近瞬变状态，链杆的轴力将趋于无穷大。
结论体系是瞬变体系，不能作为结构使用。
例10-4试对图中的体系作几何组成分析。
解 曲杆AC、CB和直杆通过不在同一直线上的三个铰A、B、C两两相连，组成了几何不变体系且没有多余约束。体系的两端通过铰A、B与基础相连，显然多了一个约束。
分析：曲杆AC、CB和地基可视为三刚片，它们通过不在同一直线上的铰A、C相连，组成了几何不变体系，因此，链杆衄可视为多余约束。结论体系是几何不变的，且有一个多余约束。
建筑结构可分为平面结构和空间结构。如果组成结构的所有杆件的轴线菇在同一个平而Ⅱ为平面结构，否则，便是空间结构。严格说来，实际建筑结构 ‘多场合下，根据结构的组成特点及荷载的传递途径，在实际许可的进五磊主 内，把它们分解为若干个独立的平面结构，可简化计算。
从结构的几何组成角度看，结构又可分为静定结构和超静定结构。
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