力学在新材料开发中的应用

第一篇：力学在新材料开发中的应用

力学在新材料开发中的应用

专业：交通工程

姓名：徐庆达

学号：201010615071

一、生活中的各种新材料 化学材料：

导电纤维——PACF导电腈纶短纤维、导电腈纶纱线

PACF纤维可以以0.55～5％的比例与普通的纤维混纺，再通过常规的纺织工艺，研发出永久型的抗静电产品，广泛应用于石油、化工、军工、航空、交通、海运、电子、药材、卫生、橡胶、塑料、计算机机房等。

SH－D导电粉

SH－D导电粉对材料通过活性处理及导电因子的掺杂处理，使在基体表面形成牢固的导电层，从而使该系列材料具有持久的导电性。可用于橡胶、塑料、外涂层、是一种理想的导电、抗静电产品添加剂。抗菌添加剂

在纳米材料的基础上采用络合包裹的方式将活性银离子包入内部，使其具有一定的催化氧化作用和缓释作用达到抗菌的效果。

SH－Ti抗紫外添加剂

具有优良的户外耐久性能和抗紫外线能力。可以用于橡胶、抗紫外塑料、薄膜及其制品、油漆、抗紫外纤维、防晒化妆品领域。该产品对250～380nm的紫外光有很强的吸收作用，全面抵御UV－A、UV－B对人体皮肤的伤害，而且无毒、无味、对皮肤无刺激，能够保持原有材料的色泽，具有良好的亲水性和亲油性，在有机溶剂和塑料中表现良好的分散性。

纳米是长度单位，大小为十亿分之一米（10-9m），纳米材料是用尺寸只有几个纳米的极微小的颗粒组成的材料。当材料的颗粒达到纳米级时，材料的性能会发生显著的变化。

纳米材料物理性质的变化

一、纳米材料对光的反射能力变得非常低，低到小于1%；

二、机械、力学性能成几倍增加；

三、其熔点会大大降低（如金的熔点本是1064℃，但2纳米的金属粉末熔点只有33℃）；

四、有特殊的磁性（如20纳米的铁粉，其矫顽力可增加1000倍）。

纳米材料的用途 1． 纳米结构材料:

包括纯金属、合金、复合材料和结构陶瓷，具有十分优异的机械、力学及热力性能。可使构件重量大大减轻。2． 纳米催化、敏感、储氢材料：

用于制造高效的异质催化剂、气体敏感器及气体捕获剂，用于汽车尾气净化、石油化工、新型洁净能源等领域。3． 纳米光学材料：

用于制作多种具有独特性能的光电子器件。如量子阱GaN型蓝光二极管、量子点激光器、单电子晶体管等。4． 纳米结构的巨磁电阻材料：

磁场导致物体电阻率改变的现象称为磁电阻效应，对于一般金属其效应常可忽略。但是某些纳米薄膜具有巨磁电阻效应。在巨磁电阻效应发现后的第6年，1994年IBM公司研制成巨磁电阻效应的读出磁头，将磁盘记录密度一下子提高了17倍。

5． 纳米微晶软磁材料

用于制作功率变压器、脉冲变压器、扼流圈、互感器等。6． 纳米微晶稀土永磁材料

将晶粒做成纳米级，可使钕铁硼等稀土永磁材料的磁能积进一步提高，并有希望制成兼备高饱和磁化强度、高矫顽力的新型永磁材料。

三、超导材料

1911年荷兰科学家用液氦冷却水银，当温度下降到-269℃左右时，发现水银的电阻完全消失，这种现象就称为超导电性。这样的材料称为超导材料。

超导体电阻突然消失的温度称为临界温度（Tc)。在临界温度以下时，超导体的电阻为零，也就是电流在超导体中通过时没有任何损失。

1997年，我们研制的超导材料的零电阻温度已达到134K，处于世界先进水平。超导材料的应用前景非常宽广，若用来输电可大大节约能源和材料

2011-4-17

第二篇：多媒体教学在建筑力学教学中的应用

摘 要： 建筑力学课程理论性强，内容缺乏趣味，按传统教学方法教学，效果不理想。而教学过程中的多媒体使用 ，能激发学生的学习兴趣，在一定程度上提高了教学效果，但也存在一定的弊端。本文提出了在建筑力学的教学过程中使用组合教学的方法，能有效的提高教学效果。

关键词： 建筑力学；多媒体教学；组合教学；教学效果

The Application of Multimedia Teaching in Mechanics of

Construction

LI Jian-hua SU Fang

(College of Water Conservancy and Civil Engineering, Xinjiang

Agricultural University,Urumqi, 830052)

Abstract: The mechanics of construction curriculum is very

theoretical, and the content is short of interest.Teaching

with the traditional teaching methods, the effect is not

ideal.However, the use of multimedia in teaching process, can

not only stimulate student's study interest, but also enhance

the teaching effect in the certain extent, despite of some

certain maladies.In this article, we proposed the method of

using combination teaching in the teaching process of

mechanics of construction, which can effectively enhance the

teaching effect.Key words: mechanics of construction ； multimedia teaching ；

combination teaching ； teaching effect

建筑力学是建筑类专业学生必须学习的一门专业基础课。但是，建筑力学课程理论性强，内容缺乏趣味。按传统教学方法教学，常常是教师讲得很投入，但教学效果却不很理想，其根本原因是学生缺乏学习力学的兴趣。兴趣是最好的老师，是求知欲望的动力源泉，学生只有对建筑力学产生浓厚的学习兴趣，才会想学、爱学，才能学好。培养学生学习力学的兴趣，是提高教学效果、完成教学任务的关键。而多媒体教学可借助计算机的帮助模拟演示出生动、丰富的画面 , 具有良好的动态效果 ，能在一定程度上提高学生的学习兴趣，使教学者、教学媒介和教学成果达到三位一体的有机统一。教师在教学中调用一些专用软件进行实验仿真 , 使学生能够直观形象的看到从现实世界中抽象出的力学模型，使专业基础课与专业课有机的结合 , 为专业课的学习打下坚实的基础。在建筑力学教学中使用多媒体必须注意的问题及其应用效果

1.1 在建筑力学教学中使用多媒体必须注意的问题

(1)在教学中，使用多媒体的时机要适宜。应该利用多媒体展示的是教学内容的重点、难点，如果一味地追求整个课堂使用多媒体，会导致多媒体成为教学的干扰因素。而在讲解例题时，最好使用板书，使学生有一个思考的过程，以培养其思维模式，并加深其对重点、难点的理解。

(2)注意多媒体教学信息切换的速度。如多媒体的教学信息切换速度过快 ，使得学生无法跟上教师的讲课进度，从而造成学生“课上看热闹 , 课后没印象”，记忆不深的结果。

(3)多媒体在丰富表象方面具有很大的作用 , 但是表象不能代替经验 , 因此不能忽视语言逻辑的作用 ，要注意发展学生的想象力和思维能力。

1.2 在建筑力学中多媒体教学的应用效果

(1)信息来源集思广益。在建筑力学的教学中应用多媒体时，课件的文字、图形、图片规范清晰，教学内容规范 ，并且以成熟的教案、讲稿为蓝本 , 由优秀教师和有经验教师集体制作，既继承了他们的宝贵经验和成果 , 又综合了他们的教学优点 , 有效地提高了整体教学水平，使学生对所学内容产生了

“难点不难，疑点不疑”的良好效果。例如：几何组成分析一章，应用多媒体教学，动画模拟出各种几何体系，使学生直观、形象地了解了构件的组成，取得了良好的教学效果。

(2)信息量大 ，教学效率高。在建筑力学的教学中应用多媒体，能节约许多在黑板上作图和书写的时间，将节约出来的这部分时间进行习题的讲解与讨论，既加深了学生对内容的理解与运用，又提高了分析和解决问题的能力，激发他们思维的创造性，从而有效地提高了教学效率，加强了教学效果。

(3)信息表象直观。对传统教学难以奏效的内容 , 如语言文字难以表达 , 学生难以理解的形式与关系 ，较为复杂的变化过程等 ，可借助多媒体的动画模拟、局部放大、过程演示等手段予以解决。例如：约束中的铰支座、梁的弯曲变形等，可以用动画的形式将板书无法表示的空间物体及状态改变的过程清晰的演示出来 , 并简化出力学模型，使学生既容易接受，又降低了教师的讲授难度 , 而且还大大提高了学生的学习兴趣。

(4)能与实际有机的结合。教师在教学中调用一些专用力学软件进行实验仿真 , 既演示了实验现象和结果 ，又介绍了软件运行的环境和功能 ，而学生则可以学习、掌握软件的使用，通过应用这些软件去解题、设计、仿真，并使其对专业基础课（如钢筋混凝土结构、钢结构等）有一个初步的认识和了解，从而与专业课有机的结合起来。

(5)“教”与“学”的互动。传统教学一般来说主要以单向的教学为主 , 学生通常是被动接受的 , 不易发挥其主观能动性, 而多媒体教学可以弥补这个不足。在多媒体课件制作中 , 建立起友好的界面 , 通过人机对话实时处理教学信息 ，不仅激发了学生学习的积极性与主动性，而且启迪了学生思维的创造性 ，在培养学生自学能力的同时也提高了学生处理实际问题的应变能力。注重多媒体教学与传统教学的组合教学设计 , 优化教学效果

在建筑力学教学中，注重多媒体教学与传统教学的组合教学 [1] 设计。组合教学是指在课堂教学中 ，根据教学目标和教学内容要求 , 合理地选择和应用多媒体教学方式与传统教学方式 , 组成一个双向传播途径的教学模式 ，从而达到良好的教学效果。组合教学在运用教学媒体时必须根据教学目标分析各种教学方式的特点与功能 ，有针对性的选择，在教学设计中进行良好的组合 ，并且必须准确选择和把握教学方式在课程中的最佳作用点。所谓最佳作用点就是在教学过程中 ，最适合发挥教学媒体作用的教学环节与具体教学内容 [2]。组合教学不仅包括现代教学的媒体，例如计算机、投影机等 ，而且还包括传统教学中的板书、讲述等个人媒体。不同的教学方式具有不同的性质和作用 , 在教学过程中显现和传递的教学信息各有所长 , 能否充分发挥教学媒体的优势 , 关键在于组合设计 , 即根据学科性质、内容和目标 , 有效的组合 ，并在教学过程中灵活实施。多媒体的组合教学设计方法的理论是“学习内容——教学目标的二维层次模型 ” [3]

。建筑力学从教学内容来看 , 可分为五个方面的学习，即认知学习、概念的学习、技能的学习、原理的学习和解决问题的训练 ，不同的教学内容可有针对性的选择不同的教学媒体。认知和概念的学习是指了解前人的经验并掌握 ，具有继承性。这时教师的任务主要是讲授 , 学生的任务主要是记忆。可考虑的媒体有 :

利用多媒体动画展示已有的建筑结构，并从中抽象出力学模型，教师通过板书讲述和讲解力学模型与基本概念等；技能的学习是指操作性教学。包括实验和解答习题，这时指导教师的主要任务是示范操作 , 学生的任务主要是操作练习。可考虑的媒体有 :

教师的讲述和讲解、板书等；原理的学习主要是指思维教学。这时教师的任务主要是引导 ，学生的任务主要是思考和建立思维模式。可考虑的媒体有 :

教师的讲述、多媒体课件等等；解决问题的训练是指应用教学。这时教师的任务主要是引导学生从现实生活中找出问题 ，运用已学的知识建立出合理的力学模型，并通过理论来解决问题。从上面的分析我们可以知道不同的教学内容应选择不同的媒体。因此在进行多媒体教学之前, 应对所教的每一堂课的内容进行教学设计 , 根据教学对象、教学内容，选择合理的教学媒体 ，优化教学效果，只有注重组合教学设计才能充分利用多媒体资源 , 提高教学效果。结束语

在建筑力学的课堂中运用多媒体教学是一种必然趋势。它不仅有利于加强教学的时代性、竞争性和开拓性 ，而且也有助于培养学生的创造性思维 ，激发其学习的积极性和主动性，对他们今后成为高素质的人才有着重要的作用。但我们在建筑力学的课堂中运用多媒体进行教学不能盲目的赶潮流，应注重多媒体教学与传统教学的组合教学设计，使之达到良好的教学效果。

参考文献：

[1] 马 玲.多媒体组合教学设计与多媒体软件设计 [J].中国电化教育，1996,（5）:17-18

[2] 刘 全.浅谈多媒体教学过程中存在的问题及对策 [J].武汉市职工医学院学报，2001，（12）

1988.35-38 [3] 历以贤 ．教育学原理 [M] ．北京 ：北京师范大学出版社，

第三篇：《计算机控制技术在力学中的应用》课后感想（本站推荐）

《计算机控制技术在力学中的应用》学习感想

和写很多其他的课后感想一样，我很有必要要简单谈一谈通过这门课我学到了哪些知识，从而证明我确实有认真听课，否则1500字的感想就无从依据了，而被当做胡诌那我就伤心死了。

“所谓自动控制，就是指在没有人直接参与的情况下，利用控制器使被控对象（如机器设备和生产过程）的某些（或工作状态）能自动地按照预定的规律变化（或运行）。”¹ 其实这一概念我们早已接触，比如楼道里的感应灯——白天不亮，到了晚上而且有人经过的时候才亮——只是它的原理与内在机制一直比较模糊而已。通过对这门课的学习，我知道了自动控制的基本过程：首先要有执行机构控制被控对象，其次要有控制器对信号做出反应，告诉执行机构该干什么，最后要有一个测量变送器，通过反馈回路，将被控对象的各个方面的具体信息传递给控制器。对于感应灯的例子，我认为灯的亮度是被控对象，光传感器和声传感器同时对外界进行感应，当环境光强小于某一设定值时即认为是晚上，然后光传感器发出类似于“是”的信号，一旦有人经过，声传感器检测到声音强度大于某一设定值，也发出类似于“是”的信号，两个“是”的信号作为依据令控制器（控制回路）向执行器（另一个控制回路²）发出“开灯”的指令，执行器使电路接通，然后灯就亮了。这样便实现了自动控制。除了对自动控制这一概念的理解，这门课作为我感觉比较轻松的科普类课还让我接触到了很多传感器。侯老师花了很长时间来讲传感器的工作原理并带我们进行了公式推导，可见传感器在控制技术这一块的重要性。传感器通常体积小巧，因而经常容易忽视。其实现在很多手机里都有传感器。我的手机里就有加速度传感器，所以才可以识别重力方向，自动旋转屏幕。力学中常用的传感器主要是电阻应变片，用于测量物体表面应变。事实上这颠覆了我对力学量的精度的看法——我本来以为应变应该是很难精确测量的，如要精确测量，至少得借助光学吧。然而电阻应变片却能很好使物体表面应变与电阻的应变同步，这让我十分诧异。如果有时间我还想仔细观察一下这种同步性。另外侯老师还着重谈到了放大回路。几乎所有的测量值都需要放大，因为实在是太小了，不便于分析。收音机里都有放大器。侯老师说苏联败给美国其中一个原因就是苏联花了很多精力放在电子管的发展，而美国人则发明了晶体管。这说明除了对信号的采集外，如何更好地处理并传递信号同样是非常关键的。

关于数/模转换（或者说D/A转换），我的理解是首先我们有这样一个需求，即我们用以处理数据的工具——计算机——迄今还只是机械的计算工具，无法处理我们习惯的模拟信号，因而我们只能将模拟信号转换为计算机所认可的数字信号，然后再进行分析。为了将采集到的模拟信号转换为数字信号，我们将其离散化，按时间间隔采样，并将数值依次记录下来。这里会有一个问题，即我们应按多大的时间间隔采样？如果间隔太短，采样过于频繁，则计算量大，耗时长，无法短时间内做出分析决策；如果间隔太长，样本过少，得到的信息不全，无法真实地还原模拟信号。香侬定理给出：为了使采样信号能完全复现原信号，采样频率至少要为原信号最高有效频率的2倍。这是一个很重要的结论，将使得我们得以自信地减小采样频率以提高工作效率。

最后我了解了控制系统与执行系统的分类与实现。这一方面与力学密切相关。主要讲的是控制系统。从类型上看，自动控制系统分为开环控制系统与闭环控制系统。两者的区别在于闭环在开环的基础上增加了反馈机制，拥有“纠错”的能力，因而实现更高的控制精度，当然结构也更加复杂，维护起来更加困难。采用哪种控制应当取决于需求。常用的控制运算方法大致有比例控制、积分控制与微分控制，通常我们把它们结合起来，形成PID控制。其实我认为这也取决于需求。

以上是我在这门课上主要学到的知识，其中也包含了我的一些个人体会。通过这门课，我感觉我对计算机控制技术有了初步了了解，对力学也有了更具象的认识，应该说是比较合格地达到了我对这门课的期望，希望以后可以更深入地学习并掌握这方面的知识与技能。

注：1.摘自讲义第一章前言部分。

2.我对内部电路部分还不是很清楚，如有错误还望侯老师见谅。

第四篇：考点10力学知识在生产和生活中的应用

[04年高三物理热点专题] 考点10 力学知识在生产和生活中的应用

命题趋势

随着高考改革的不断推进，知识与能力，以能力考核为主；理论与实际，以解决现实问题为中心；这些已成为高考命题的一个指导思想。因为考生在解决实际问题时，最能显示其能力大小，而且还能引导学生关注身边发生的现象和事件，关注科技进步和社会发展。2001年理综卷第16题冷光灯，第19题抗洪救灾，第31题关于太阳演化，都是联系实际的问题。2004年高考理综卷的命题将会继续贯彻这一原则，作为中学物理主干知识的力学，它在日常生活、生产实际和现代科技中的应用必定是命题的素材。预计命题所选的素材会是一些常听到的、常看到的、常被关注的但不一定认真思考过的问题。除现代科技外，涉及天体运行、航天技术、体育运动、人体科学、医药卫生、通信交通等各个方面的问题，仍应是关注的重点。知识概要

力学知识在日常生产、生活和现代科技中应用非常广泛，主要有（1）体育运动方面：如跳高、跳水、体操、铅球、标枪等；（2）天体物理方面：如天体的运行、一些星体的发现、人类的太空活动等；（3）交通安全方面：汽车制动、安全距离、限速等。由上述题材形成的实际问题，立意新，情景活，对考生获取信息的能力、分析理解能力、空间想象能力等有较高的要求；同时对考生学科基础知识的掌握程度也是一个考验。

解这类问题与解其他物理问题的不同之处在于，首先要把实际问题转化为物理问题。．．．．．．．．．．．．．．．这也是这类问题使一部分考生感到困难的原因。为实现这一转化，应重视以下几点：

1、从最基本的概念、规律和方法出发考虑问题。以实际情景立意的题目，往往不落俗套、不同于常见题型，由“题海”中总结出来的套路一般很难应用。这时从最基本的概念、规律和方法出发分析、思考才是正途。这也正是命题者的匠心所具。

2、要分析实际现象的空间、时间特征。力学问题总与时间和空间有关，从空间上，要关注场景的细节，正确把握力的特征；从时间上，要分析实际现象如何一步一步演变，把这个演变的过程和典型的物理过程相对照，寻求转化。

3、要有提出疑问，并探求结果的意义。面对题目给出的实际现象，应能抓住现象的本质特征，找出原因、原因的原因„„，抓住了这串因果链，实际上就是找到了解题思路，向物理问题的转化也就自然实现了。

4、要画示意图，而且要选好的角度。这可以大大降低思考的难度，尤其对于空间想象能力要求较高的题目。点拨解疑

【例题1】

目前，运动员跳高时采用较多的是背越式。若某跳高运动员质量为m，身体重心与跳杆的高度差为h，他采用背越式跳这一高度，则他在起跳过程中做的功 A．必须大于mgh B．必须大于或等于mgh C．可以略小于mgh D．必须略小于mgh

【点拨解疑】 这是体育运动方面的一个实际问题，应仔细分析运动员过杆的细节。先是头、肩过杆，此时头肩在整个身体上处于最高位置，然后是背、臀依次过杆，此时在整个身体上依次是背、臀处于最高部位，头、肩在过杆后已下降到杆的下方，脚最后过杆，脚过杆时脚是身体的最高部位，其余部分都已过杆，且都在杆的下方。总之身体的各部分是依次逐渐过杆的，而且轮到过杆的部位总是身体的最高部位，过杆时似乎身体始终软软的“挂”在杆上（只是身体上“悬挂”的点在变化）。这一情景的物理特征是：过杆时，身体的重心始终在杆的下方，运动员重力势能的增加量略小于mgh。运动员在起跳时做的功应等于重力势能的增加量，故C正确。

点评：该题的解答过程表明，细致的分析实际现象时间上的特征是重要的。【例题2】

人的心脏每跳一次大约输送8×10-5m3的血液，正常人的血压（可看作心脏压送血液的压强）的平均值约为1.5×104Pa，心跳每分钟70次，据此估测心脏工作的平均功率为多少？

【点拨解疑】

心脏挤压输送血液，这种情景下功和功率的计算与以往力学中功和功率的计算很不一样，力和位移都不像常规题那么清晰。解决该题的关键是：弄清题意后，要寻找一个合适的物理模型，然后才能运用物理规律求解。这里设想心脏跳动压送血液类似于圆柱形气缸中气体等压膨胀推动活塞对外做功的模型，且血管横截面积为S，平均血压为p，则平均压力F=pS，心脏每压送一次，血液的位移为L，对于一次跳动，由功率定义

PWFLpSL TTT而每次心跳输送的血液VLS

pV1.51048105W1.4W 所以 P60T70点评：解决实际问题，寻找合适的物理模型，往往是解题的关键。因此要注意两点，一是要熟悉典型的物理模型，二是要认清实际问题的特征。根据该题结果，还可求得心脏每天消耗的能量大致为EWPt1.43.61024J9.710J。正常情况下，身材越高大，心脏每次挤压输送血液的量越大，心脏消耗能量也越多，故心脏负担越重。

【例题3 】 天文观测表明，几乎所有远处的恒星（或星系）都在以各自的速度远离

34我们而运动，离我们越远的星体，背离我们运动的速度（称为退行速度）越大；也就是说，宇宙在膨胀，不同星体的退行速度v和它们离我们的距离r成正比，即v=Hr，式中H为一恒量，称为哈勃常数，已由天文观测测定。为解释上述现象，有人提出一种理论，认为宇宙是从一个爆炸的大火球开始形成的，大爆炸后各星体即以各自不同的速度向外匀速运动，并设想我们就位于其中心。由上述理论和天文观测结果，可估算宇宙年龄T，其计算式为T=

。根据近期观测，哈勃常数H=3×10-2m/s﹒光年，由此估算宇宙的年龄约为

年。

【点拨解疑】

本题涉及关于宇宙形成的大爆炸理论，是天体物理学研究的前沿内容，背景材料非常新颖，题中还给出了不少信息。题目描述的现象是：所有星体都在离我们而去，而且越远的速度越大。提供的一种理论是：宇宙是一个大火球爆炸形成的，爆炸后产生的星体向各个方向匀速运动。如何用该理论解释呈现的现象？可以想一想：各星体原来同在一处，现在为什么有的星体远，有的星体近？显然是由于速度大的走得远，速度小的走的近。所以距离远是由于速度大，v=Hr只是表示v与r的数量关系，并非表示速度大是由于距离远。

对任一星体，设速度为v，现在距我们为r，则该星体运动r这一过程的时间T即为所要求的宇宙年龄，T=r/v

将题给条件v=Hr代入上式得宇宙年龄

T=1/H

将哈勃常数H=3×10-2m/s·光年代入上式，得T=1010年。

点评：有不少考生遇到这类完全陌生的、很前沿的试题，对自己缺乏信心，认为这样的问题自己从来没见过，老师也从来没有讲过，不可能做出来，因而采取放弃的态度。其实只要静下心来，进入题目的情景中去，所用的物理知识却是非常简单的。这类题搞清其中的因果关系是解题的关键。

【例题4】

若近似的认为月球绕地球公转的轨道与地球绕太阳公转的轨道在同一平面内，且均为正圆，又知这两种转动同向，月相变化的周期为29.5天。求：月球绕地球转一周所用的时间T。

【点拨解疑】本题涉及太阳、地球和月球在空间中的运动及位置的相对关系，需要较强的空间想象能力，画示意图能把各天体的相对关系表示的比较清楚，便于思考。我们抓住月向变化的周期为29.5天这一条件，画相邻的两个相同月相（而且都是满月）时，三天体的位置情况。图1即为该示意图，图中设地球和月球的公转都是逆时针的。图中θ角是地球在29.5天转过的角度，可用下式计算29.536029.1 365在这29.5天中，月球已经绕地球转过了（360°+θ）角因此对月球公转的周期T，可列出下面比例式

29.5T 360360解得T=27.3天

点评：解有关天体物理的题，要养成画示意图的习惯，它能使各种关系变得清晰起来。针对训练

1．（2001年高考全国物理题）（惯性制导系统中的加速度计）惯性制导系统已广泛应用于弹道式导弹工程中，这个系统的重要元件之一是加速度计，加速度计的构造原理的示意图如图2所示．沿导弹长度方向安装的固定光滑杆上套一质量为m的滑块，滑块两侧分别与劲度系数均为k的弹簧相连，两弹簧的另一端与固定壁相连，滑块原来静止，弹簧处于自然长度．滑块上有指针，可通过标尺测出滑块的位移，然后通过控制系统进行制导。设某段时间内导弹沿水平方向运动，指针向左偏离O点的距离为s，则这段时间内导弹的加速度（）

Ａ．方向向左，大小为ks/m Ｂ．方向向右，大小为ks/m Ｃ．方向向左，大小为2ks/m Ｄ．方向向右，大小为2ks/m

2．（2001年高考全国理科综合题）（抗洪抢险中的登陆点）在抗洪抢险中，战士驾驶摩托艇救人，假设江岸是平直的，洪水沿江向下游流去，水流速度为v1，摩托艇在静水中的航速为v2，战士救人的地点A离岸边最近处O的距离为d。如战士想在最短时间内将人送上岸，则摩托艇登陆的地点离O点的距离为

（）

22Ａ．dv2/v2v

1Ｂ．0

Ｃ．dv1/ｖ

2Ｄ．dv2/ｖ1

图2 3．（快艇牵引滑板的最小速度）在电视节目中，我们常常能看到一种精彩的水上运动——滑水板。如图3所示，运动员在快艇的水平牵引力作用下，脚踏倾斜滑板在水上匀速滑行。设滑板是光滑的，运动员与滑板的总质量m＝70kg，滑板的总面积S＝0.12ｍ2，水的密度ρ＝1.0×103kg/m3．理论研究表明：当滑板与水平方向的夹角为θ（板前端抬图3 起的角度）时，水对板的作用力大小NSvsin，方向垂直于板面。式中v为快艇的牵引速度，S为滑板的滑水面积。求：为使滑板能在水面上滑行，快艇水平牵引滑板的最小速度。

4．（1999年高考全国物理题）（高速公路上的汽车间距）为了安全，在公路上行驶的汽车之间应保持必要的距离。已知某高速公路的最高限速v＝120kｍ/ｈ，假设前方车辆突然停止，后面车辆司机从发现这一情况起，经操纵刹车到汽车开始减速所经历的时间（即反应时间）t＝0.50ｓ。刹车时汽车受到阻力的大小f为汽车重力的0.40倍，该高速公路上汽车间的距离s至少应为多少?取重力加速度g＝10 m/s2．

5．（玻璃板生产线上割刀的走向）玻璃生产线上，宽9ｍ的成型玻璃板以2 m/s的速度连续不断地向前行进，在切割时，金刚钻的走刀速度为10m/s。为了使割下的玻璃板都成规定尺寸的矩形，金刚割刀的轨道应如何控制?切割一次的时间多长?

6．（2002年高考全国理科综合题）（蹦床中网对运动员的作用力）蹦床是运动员在一张绷紧的弹性网上蹦跳、翻滚并做各种空中动作的运动项目，一个质量为60kg的运动员，从离水平网面3.2ｍ高处自由下落，着网后沿竖直方向蹦回到离水平网面5.0ｍ高处。已知运动员与网接触的时间为1.2ｓ，若把在这段时间内网对运动员的作用力当作恒力处理，求此力的大小（ｇ＝10ｍ/s2）． 7．（交通事故的检测）在某市区内，一辆小汽车在公路上以速度v1向东行驶，一位观光游客正由南向北从斑马线上横过马路。汽车司机发现游客途经D处时，经过0.7s作出反应紧急刹车，但仍将正步行至B处的游客撞伤，该汽车最终在C处停下，如图4所示。为了判断汽车司机是否超速行驶以及游客横穿马路的速度是否过快，警方派一警车以法定最高速度vm＝14.0m/s行驶在同一马路的同一地段，在肇事汽车的起始制动点A紧急刹车，经14.0ｍ后停下来。在事故现场测得AB＝

图4 17.5ｍ，BC＝14.0ｍ，BD＝2.6ｍ．肇事汽车的刹车性能良好，问：

（1）该肇事汽车的初速度 vA是多大?（2）游客横过马路的速度是多大?

8．（杂技“顶杆”表演）表演“顶杆”杂技时，一人站在地上（称为“底人”），肩上扛一长6ｍ、质量为5kg的竹竿。一质量为40kg的演员在竿顶从静止开始先匀加速

22再匀减速下滑，滑到竿底时速度正好为零。假设加速时的加速度大小是减速时的2倍，下滑总时间为3s，问这两个阶段竹竿对“底人”的压力分别为多大?（g取10m/s2）

9．神舟五号载入飞船在绕地球飞行的第5圈进行变轨，由原来的椭圆轨道变为距地面高度h=342km的圆形轨道。已知地球半径R=6.37×103km，地面处的重力加速度g=10m/s2。试导出飞船在上述圆轨道上运行的周期T的公式（用h、R、g表示），然后计算周期T的数值（保留两位有效数字）。参考答案

1．Ｄ

2．Ｃ

3．3.9ｍ／ｓ

4．1.6×102ｍ

5．与玻璃运动方向夹角arccos 0.92s

6．解析 将运动员看作质量为m的质点，从h1高处下落，刚接触网时速度的大小v1＝2gh1（向下）．

弹跳后到达的高度为h2，刚离网时速度的大小为

15ｖ2＝2gh2（向上）.速度的改变量Δv＝v1＋v2（向上）.以表示加速度，Δt表示运动员与网接触的时间，则Δv＝aΔt．接触过程中运动员受到向上的弹力F和向下的重力mg，由牛顿第二定律得F－mg＝ma.由以上各式解得

F＝mg＋m·（2gh1＋2gh2）/Δt），代入数值得 F＝1.5×102Ｎ．

点评 本题与小球落至地面再弹起的传统题属于同一物理模型，但将情景放在蹦床运动中，增加了问题的实践性和趣味性。本题将网对运动员的作用力当作恒力处理从而可用牛顿第二定律结合匀变速运动公式求解。实际情况作用力应是变力，则求得的是接触时间内网对运动员的平均作用力。

本题在得出v1、v2后，也可在接触时间内对运动员应用动量定理，从而求得作用力F。7．解析（1）警车和肇事汽车刹车后均做匀减速运动，其加速度大小amgmg，与车子的质量无关，可将警车和肇事汽车做匀减速运动的加速度a的大小视作相等。

对警车，有vm2＝2as；对肇事汽车，有vA2＝2as′，则

vm2/vA2＝s/s′，即vm2/vA2＝s／(AB＋BC)＝14.0／(17.5＋14.0)，故 vA17.514.0vm21m/s．

14.0（2）对肇事汽车，由v02＝2as∝s得

vA2／vB2＝(AB＋BC)／BC＝(17.5＋14.0)／14.0，故肇事汽车至出事点Ｂ的速度为

vB＝

14.0vA＝14.0m/s．

17.514.0肇事汽车从刹车点到出事点的时间

t1＝2AB／(vA+vB)＝1s，又司机的反应时间t0＝0.7s，故游客横过马路的速度

v′＝BD／t0＋t1＝2.6／(0.7＋1)≈1.53m/s。

从上面的分析求解可知，肇事汽车为超速行驶，而游客的行走速度并不快。点评：本题涉及的知识点并不复杂，物理情景则紧密联系生活实际，主要训练学生的信息汲取能力和分析推理能力。

8．解析 设竿上演员下滑过程中的最大速度为v，加速和减速阶段的加速度大小分别为a1和a2，则

a1＝2a2.①

由vt/2＝h，得ｖ＝2h/t＝2×6/3＝4m/s，以t1、t2分别表示竿上演员加速和减速下滑的时间，由v＝a1t1和v＝a2t2，得（v/a1）＋（v/a2）＝t1＋t2＝t，即（4/a1）＋（4/a2）＝② 由①、②两式解得 a1＝4ｍ/s2，a2＝2ｍ/s2。

在下滑的加速阶段，对竿上演员应用牛顿第二定律，有mg－f1＝ma1，得f1＝m（g－a1）＝240Ｎ．对竹竿应用平衡条件，有f1＋m0g＝N1．从而，竹竿对“底人”的压力为

N1′＝N1＝f1＋m0g＝290Ｎ．

在下滑的减速阶段，对竿上演员应用牛顿第二定律，有f2－mg＝ma2，得f2＝m（g＋a2）＝480Ｎ．对竹竿应用平衡条件，有f2＋m0g＝N2．从而，竹竿对“底人”的压力为 N2′＝N2＝f2＋m0g＝530Ｎ．

点评：本题的求解应用了匀变速运动公式、牛顿运动定律和力的平衡条件，确定竿上演员加速、减速下滑时的加速度大小，是求解问题的关键。

9．解：设地球质量为M，飞船质量为m，速度为v，圆轨道的半径为r，由万有引力和牛顿第二定律，有 Mmv2Gr2mr

T2rv

地面附近GMmR2mg 由已知条件 r=R+h

2(Rh)3解以上各式得 TR2g 代入数值，得 T=5.4×103s

第五篇：生活中的典型力学应用问题

生活与工程中的典型力学应用

摘要：工程地质力学以工程为自身的方向，地质为研究对象，通过很过相关的力学方面的手段和方法来研究我们没有解决的各种问题。因而这是涵盖了很多方面和学科的学科，是地质学、力学、以及相关工程学科的综合学科，是力学在生活与工程中的经典应用。

关键词：力学；工程；地质体；工程地质力学。力学作为一个贯穿各类学科的基础学科，在工程和实际生活中都承担着举足轻重的角色。力学结构的完美构造才能保证一个工程或者一个物品的正常使用，反观，如果最基础的力学结构出了问题，会对我们的整体结构造成很严重的影响，甚至会有无法挽回的巨大损失。只有保证最基础的力学结构，我们所构建的整体才能更加完美。而在我们的实际生活和实际工程中，工程地质力学又是一个很典型的力学应用，它是地学和力学的结合，是需要我们不断开拓、不断创新、不断发展的一门学科，但是它在目前的研究中又有着些许难以解决的复杂问题。

那么何为地质力学呢？地质体是由赋存于一定地质环境中并按照某种 结构排列的岩石、土和水组成的。它具有非连续、非均匀、流–固耦合以及未知“初【1】始”状态的特性。工程地质力学以工程为自身的方向，地质为研究对象，通过很过相关的力学方面的手段和方法来研究我们没有解决的各种问题。因而这是涵盖了很多方面和学科的学科，是地质学、力学、以及相关工程学科的综合学科，但主要还是研究工程地质力学的相关问题。在实际的工程中，对很多课题的研究过程中也遇到了很多难以解决的问题，例如，关于地质力学特征和几何特性的勘测和研究。在我国的工程地质力学中，研究的内容主要包括三方面，分别是相关

【2】的 仪器、力学参数的测量以及对参数的研究方法。

工程地质力学主要着眼于解决地下工程问题和地面工程问题。前者，即地下

【3】工程问题，主要面临的问题就是高地应力下的地质体因卸荷而发生的破坏。后者，即地面工程力学，主要面临的问题大部分都是在重力和水力等自然力的作用下，所导致的地质体破坏【4】。地质工程在建造之前必须对当地的地质情况进行准确的勘测吗，在确定各方面数据都没有问题的时候才能进行工程建造，但是在当前的实际工程中，会有很多情况因为资金问题缩减在最开始的勘测方面的支出，以至于会造成数据的不精确性，在后面的工程中，会对有些项目的进行造成一定的阻碍，而工程地质力学应该着眼于更好地解决这些问题，最大化及最优质地解决包括地上地质问题以及地下地质问题在内的各种基础问题。目前我们进行这种勘测最常用的就是直接钻孔开挖法和位移监测法【5】。但在现在的实际建设中，仅仅用这两种方法是不能满足的，新的地质力学勘测方法需要替代这种传统的方法。而工程地质力学的研究方法又有以下几个步骤：上、下限解定理与解析解，包括模型试验、模拟实验以及岩体力学性能测量的室内实验研究，现场地质调查与现场监测和最后的数值模拟。

以上对工程地质力学以及应用中的各种问题的分析与简单研究讨论，可以明显看出地质体的复杂性，而它的复杂性决定了我们对工程地质力学的研究方法必须要创新，只有这样我们目前面临的各种复杂、难以解决的问题最后才会迎刃而解，并且这样的创新可以不断提高我国地质工程建设的水平。我相信随着我们国家科学家们的共同努力我们会在这方面取得更加瞩目的成绩，会走在世界前列。然而，影响这种力学与地学结合的因素主要包括与力学相关的基本理论的发展、勘测技术以及大型工程建设对艺术和整体效果的要求。单单通过力学来研究结构复杂的地质体，简单的模型试验下得到的实验结论并不足以解释地质结构的种种特征以及难以满足地质工程对技术和精度的高度要求。很多数值计算结果的计算参数是通过科学家们有限次试验得到的经验而估计的，计算得出的数据和结果也就只有简单的参考价值，始终不会超出工程师的经验所能判断的范畴，只能局限在这一小块领域，超出了经验判断就会无解；那么我们应该如何摆脱这种局面呢？我想这需要我们将地学和力学的结合与彼此的渗透融合并以解决实际工程问题

【6】 为目标和努力的方向。参考文献： 【1】【6】李世海，李晓，刘晓宇.工程地质力学及其应用中的若干问题【J】.岩石力学与工程学报，2006，25（6）：1125-1140.【2】【3】【4】【5】刘振刚，郭坤.关于工程地质力学及其应用中的若干问题【J】.民营科技，2013，7：206.