第一篇：材料力學試驗教學大綱（范文模版）

實驗教學大綱

課程名稱：材料力學實驗

課程名稱：The Experiment of Material Mechanics 實驗課程編號： 課程性質：專業基礎課

課程屬性：土建，機械，工程力學類必修，其它類選修 教材名稱：《材料力學》

實驗指導書名稱：《材料力學實驗》 課程總學時：96，80

實驗總學時：機制、土木、工程力學10，材成、金材8 開設實驗項目數：機制、土木、工程力學7；材成、金材6 應開實驗學期：二年級三、四學期

適用專業：機制、土木、工程力學（材成、金材不修實驗七）

本大綱主撰人：楊耀鋒

審核人：劉新東

負責人：馮小娟

一、實驗目的及基本要求

材料力學實驗是材料力學課程的重要組成部分，是土建、機制、工力等專業的一門重要基礎實驗，對學生的知識，能力和綜合素質的培養與提高起著至關重要的作用。通過本課程的學習，可使學生基本掌握材料力學實驗的內容，實驗原理，方法和材料力學性能測試技術，培養學生進行科學研究的能力以及解決工程實際問題的能力。本課程采用預習實驗指導書，分組進行實驗和寫出實驗報告三個環節來進行。為了培養學生的綜合實踐能力和創新能力，本課程將利用近代實驗技術，開設具有綜合性和設計性的實驗項目作為選做實驗，以加強學生綜合能力的培養，并達到下列要求：

1.使學生掌握金屬材料機械性能參數的測試技能和方法； 2.學會用電測法測結構表面應變的技能和方法； 3.了解常用實驗儀器的構造、原理及使用方法：

4.通過實驗環節加深鞏固所學的理論知識，培養學生求真務實的科學態度和動手動腦能力，觀察能力和實驗的總結能力。

二、課程實驗的目的要求

《材料力學實驗》是工科專業必修的基礎實驗，是《材料力學》課程的一個重要組成部分，其目的主要是使學生掌握《材料力學實驗》的基本實驗原理和方法，掌握材料機械性能參數的測試技能，加深理解并掌握《材料力學》的基本知識和原理，培養學生的科研能力，分析問題和解決實際問題的能力，培養學生的創新能力，提高學生的綜合素質，為學生今后的工作打下扎實的基礎。

三、適用專業

土木工程、機械設計制造及自動化、工程力學、工程管理、給水排水、建筑環境與設備工程、環境工程、材料科學與工程、材料物理、安全工程、交通工程、金屬材料工程、冶金工程、材料成型與控制工程、工業設計、建筑學、城市規劃。

四、實驗方法與基本要求

1.本課程以實驗為主，未單獨設課，根據專業類別，理論課程進度情況配合安排實驗項目，開課后，課程指導教師首先向學生介紹課程的性質，內容，目的，儀器使用方法，實驗守則及實驗室安全制度及實驗要求等。

2.本實驗以基礎實驗為主，根據專業類別開設6~7個實驗項目，3~5人為一實驗小組，一套實驗設備，在規定的時間內每組分工協作，完成實驗內容，記錄測試數據，并獨立完成實驗報告。實驗前學生必須認真閱讀實驗指導書，了解實驗目的和原理，明確本次實驗要測定什么量，用什么方法，使用什么儀器，需要注意什么問題。老師對實際預習情況進行抽查和提問，合格后開始進行實驗。實驗過程中，要求學生勤于動手，敏銳觀察，指導老師指出一些關鍵觀察點，讓學生仔細觀察和讀取數據，實驗結束后，由指導老師對實驗結果檢查確認簽字后才能離開實驗室。

3.任課老師要認真上好每一次實驗課，實驗前指導老師要親自檢查儀器設備完好情況，以保證實驗儀器的正常使用，清點學生人數，實驗過程中，要向學生提問，引導學生深入思考與實驗現象有關的一些問題，培養學生觀察實驗，分析問題和解決問題的能力。

五、主要儀器設備

材料實驗機，扭轉實驗機，多功能實驗臺，球鉸式引申儀，應變儀，游標卡尺等。

六、考核與實驗報告

本課程為考察課，完成所有規定的實驗內容和報告后，交實驗室，由指導老師批改，按百分制打分，作為《材料力學》理論課的平時參考成績。

七、實驗項目設置與內容

實驗項目一：

（1）實驗名稱：壓縮實驗（2）實驗性質：驗證（3）實驗類別：基礎實驗（4）實驗學時：2（5）每組人數：3~5（6）開出要求：必做

（7）實驗內容：測定鑄鐵的抗壓縮強度極限和低碳鋼壓縮時的屈服極限（8）實驗目的：

1.了解實驗機的構造原理，掌握其使用方法； 2.測定低碳鋼的屈服極限?s和鑄鐵的強度極限?b； 3.觀察比較低碳鋼和鑄鐵壓縮變形和破壞現象； 4.繪制P-ΔL圖，比較兩種材料的機械性質。

（9）主要儀器設備及套數：材料實驗機，游標卡尺，測角儀，6套（10）所在實驗室：力學實驗中心 實驗項目二：

（1）實驗名稱：拉伸實驗（2）實驗性質：驗證（3）實驗類別：基礎實驗（4）實驗學時：1（5）每組人數：3~5（6）開出要求：必做

（7）實驗內容：測定鑄鐵的抗拉強度極限和低碳鋼的屈服極限，延伸率，截面收縮率。（8）實驗目的：

1.測定低碳鋼的屈服極限?s，強度極限?b，延伸率?和截面收縮率?； 2.觀察低碳鋼拉伸過程中的彈性、屈服、強化、頸縮、斷裂等現象； 3.測定鑄鐵的強度極限?b；

4.繪制P-ΔL曲線，比較兩種材料的機械性質。

（9）主要儀器設備及套數：萬能材料實驗機，游標卡尺，劃線器，6套（10）所在實驗室：力學實驗室 實驗項目三：

（1）實驗名稱：拉伸彈性模量（E）的測定（2）實驗性質：驗證（3）實驗類別：基礎實驗（4）實驗學時：1（5）每組人數：3~5（6）開出要求：土木工程、機械設計制造及自動化、工程力學專業必做（7）實驗內容：測定低碳鋼的彈性模量（E）（8）實驗目的：

1.測定低碳鋼的彈性模量（E）； 2.驗證虎克定律。

（9）主要儀器設備及套數：萬能材料實驗機，游標卡尺，球鉸式引伸儀，6套（10）所在實驗室：力學實驗中心 實驗項目四：

（1）實驗名稱：扭轉實驗（2）實驗性質：驗證（3）實驗類別：基礎實驗（4）實驗學時：1（5）每組人數：3~5（6）開出要求：土木工程、機械設計制造及自動化、工程力學專業必做（7）實驗內容：測定低碳鋼屈服極限、鑄鐵剪切強度極限（8）實驗目的：

1.測定低碳鋼的剪切屈服極限?s，剪切強度極限?b，單位扭轉角θ； 2.測定鑄鐵的剪切強度極限?b；

3.觀察低碳鋼和鑄鐵在扭轉過程中的變形現象和破壞形式，分析破壞原因，繪制T-Δ?曲線。（9）主要儀器設備及套數：NJ-100B型扭轉實驗機，游標卡尺，4套（10）所在實驗室：力學實驗中心 實驗項目五：

（1）實驗名稱：剪切彈性模量（G）的測定實驗（2）實驗性質：驗證（3）實驗類別：基礎實驗（4）實驗學時：1（5）每組人數：3~5（6）開出要求：必做

（7）實驗內容：測定低碳鋼的剪切彈性模量（G）（8）實驗目的：

1.測定低碳鋼的剪切彈性模量（G）； 2.驗證虎克定律。

（9）主要儀器設備及套數：扭轉實驗機，游標卡尺，測角儀，4套（10）所在實驗室：力學實驗中心 實驗項目六：

（1）實驗名稱：梁彎曲正應力電測實驗（2）實驗性質：綜合（3）實驗類別：基礎實驗（4）實驗學時：2（5）每組人數：3（6）開出要求：必做

（7）實驗內容：測定純彎曲梁橫截面上的正應力分布（8）實驗目的： 1.了解電測應力的方法和電阻應變儀的使用；

2.測定純彎曲梁橫截面上的正應力分布，并與理論值進行比較。

（9）主要儀器設備及套數：材料力學多功能實驗臺，測力儀，靜態應變儀，游標卡尺、卷尺，5套

（10）所在實驗室：力學實驗中心 實驗項目七：

（1）實驗名稱：彎扭組合變形時主應力的測定（2）實驗性質：驗證（3）實驗類別：基礎實驗（4）實驗學時：2（5）每組人數：3（6）開出要求： 機械設計制造及自動化、工程力學、土木專業必做

（7）實驗內容：測定薄壁圓筒在彎、扭組合變形時表面一點處的主應力大小及方向（8）實驗目的：

1.測定薄壁圓筒在彎、扭組合變形時表面一點處的主應力大小及方向，并與理論值進行比較。2.掌握多點靜態應變測量技術。

（9）主要儀器設備及套數：靜態應變儀，測力儀、鋼尺，5套（10）所在實驗室：力學實驗中心

2009-4-12

第二篇：力學實驗教學大綱

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普通物理實驗（力學）教學大綱

（物理系物理教育專業用）

實驗目的：本課程是對理科學生進行科學實驗訓練的一門必修課程，通過本課程的學習，使學生了解科學實驗的主要過程與基本方法，培養學生熟練、扎實的實驗基本知識、方法和技能，培養學生良好的科學素質，創新精神和實踐能力，為今后的學習和工作奠定基礎。

基本要求：本課程要求學生對基本物理現象進行觀察和研究，學習基本物理量的測量方法，學習常用測量儀器的結構原理和測量方法，提高學生的基本實驗能力、分析能力、表達能力和綜合設計能力。通過完成一定數量的力學、熱學實驗，應達到如下要求：

1、掌握常用基本物理實驗儀器的原理和性能，學會正確使用、調節和讀數。

2、了解一些物理量的測量方法，知道如何根據實驗要求確定實驗方案、選擇實驗儀器、設備，如何減少實驗誤差。學會對實驗進行誤差分析和不確定度評定的基本方法，正確運用有效數字，學會定性判斷和定量估算實驗結果的可靠性。

3、養成良好的實驗習慣和嚴謹的科學作風，特別是嚴肅認真對待實驗數據，杜絕弄虛作假，樹立實事求是的科學態度和道德。

第一部分 力學實驗（36 學時）

緒論（誤差理論）4 學時

實驗一 長度測量

要求：練習使用測長度的幾種儀器；做好實驗記錄和計算不確定度。實驗類型：驗證實驗 學時分配：2 學時

實驗二 自由落體運動

要求：學習用自由落下的物體測量重力加速度，對組合測量進行數據處理。實驗類型：驗證實驗 學時分配：2 學時

實驗三 密度的測量

要求：熟習物質密度的測量方法，測定規則和不規則物體的密度。實驗類型：驗證實驗 學時分配：2 學時

實驗四 傾斜氣墊導軌上滑塊運動的研究

要求：用傾斜氣墊導軌測定重力加速度，分析和修正實驗中的部分系統誤差分量。實驗類型：綜合實驗 學時分配：2 學時

實驗五 阻尼振動

要求：觀察彈簧振子在有阻尼情況下的振動，測定表征阻尼振動特征的一些參量，利用動態法測定

滑塊和導軌之間的粘性阻尼常量。更多免費資料請訪問：豆丁教育百科

實驗類型：綜合實驗 學時分配：2 學時

實驗六 單擺

要求：使用停表和米尺測單擺周期和長度，求出當地重力加速度g 值，考查單擺的系統誤差對測重

力加速度的影響。實驗類型：驗證實驗 分配學時：2 學時

實驗七 楊氏彈性模量測量

要求：用伸長法測定金屬絲的楊氏模量，學習光杠桿的原理并掌握使用方法。實驗類型：綜合實驗 學時分配：2 學時

實驗八 轉動慣量的測定

要求：測量不同形狀物體的轉動慣量。實驗類型：綜合實驗 學時分配：2 學時

實驗九 弦振動的研究

要求：觀察弦振動時形成的駐波，測量均勻弦線上橫波的傳播速度及均勻弦線的線密度。實驗類型：綜合實驗 學時分配：2 學時

實驗十 復擺振動的研究

要求：考查復擺振動時振動周期與質心到支點距離的關系，測出重力加速度、回轉半徑和轉動慣量。

實驗類型：綜合實驗 學時分配：2 學時

實驗十一 牛頓第二定律的驗證

要求：學習在氣墊導軌上驗證牛頓第二定律 實驗類型：驗證實驗 學時分配：2 學時

實驗十二 彈簧振子的研究

要求：研究彈簧本身質量對振動的影響 實驗類型：綜合實驗 學時分配：2 學時

實驗十三 碰撞實驗

要求：驗證動量守恒定理，了解非完全彈性碰撞和完全非彈性碰撞的特點。實驗類型：驗證實驗 分配學時：2 學時

實驗十四 慣性秤

要求：掌握用慣性秤測定物體質量的原理和方法，了解儀器的定標和使用。實驗類型：綜合實驗 學時分配：2 學時

第三篇：《建筑力學》教學大綱

《建筑力學》教學大綱

適用專業：建筑工程技術 課程性質：專業基礎課 學 時 數： 24 大綱執筆人：何冬

一、課程定位與目標

課程定位：本課程是建筑工程技術專業的一門必修專業基礎課,主要研究結構受力及構件承載能力,是工程技術人員必備的知識。

課程目標：通過對結構、構件受力情況的分析和平衡狀態的研究，學會分析工程結構的受力情況；研究結構、構件在載荷作用下的內力及變形規律；建立構件強度、剛度和穩定性計算的理論基礎，保證結構、構件在既安全又經濟的前提下工作。培養學生的分析問題、解決問題的抽象思維能力，培養認真負責的工作態度和嚴謹細致的工作作風。

二、課程內容及要求

（一）緒 論（2時）

教學重點、難點：

教學重點：強度、剛度、穩定性等概念；結構計算簡圖的簡化要點；剛體及變形固體假定。

教學難點：結構計算簡圖。

教學內容和基本要求：

（1）了解建筑力學的任務及研究對象；（2）了解強度、剛度、穩定性的概念；（3）了解構件及桿件結構的分類；（4）掌握結構的計算簡圖；（5）掌握荷載的分類。

考核的主要知識與技能：

建筑力學的任務及研究對象；強度、剛度、穩定性的概念；剛體及變形固體假定，本課程的特點、內容、任務、學習方法。

（二）靜力學基本概念與受力圖（2時）

教學重點、難點：

教學重點：靜力學公理；常見約束及其約束反力；物體的受力分析與受力圖。

教學難點：物體的受力分析。

教學內容和基本要求：（1）了解力的基本概念；（2）掌握靜力學公理；

（3）掌握約束類型及其約束反力；（4）掌握物體的受力分析與受力圖。

考核的主要知識與技能：

力的基本概念；掌握靜力學公理，約束類型及其約束反力；物體的受力分析與受力圖。

（三）平面匯交力系和平面力偶系（2時）

教學重點、難點：

教學重點：平面匯交力系合成與平衡的解析法；合力投影定理；力矩與力偶的概念；合力矩定理；

教學難點：力矩與力偶

教學內容和基本要求：

（1）了解平面匯交力系合成與平衡的幾何法；（2）掌握平面匯交力系合成與平衡的解析法；（3）掌握力矩與力偶；

（4）了解平面力偶系合成與平衡。考核的主要知識與技能：

平面匯交力系合成與平衡的幾何法，平面匯交力系合成與平衡的解析法，力矩與力偶概念；平面力偶系合成與平衡。

（四）平面任意力系（2時）

教學重點、難點：

教學重點：平面任意力系的平衡條件及應用。

教學難點：平面任意力系的平衡條件及應用。

教學內容和基本要求：（1）了解平面任意力系的簡化；

（2）掌握平面任意力系的平衡條件及應用；（3）掌握物體系的平衡計算。考核的主要知識與技能：

平面任意力系的簡化，平面任意力系的平衡條件及應用，物體系的平衡計算。

（五）軸向拉伸、壓縮與剪切（2時）教學重點、難點：

教學重點：軸向拉壓桿的內力、應力及強度計算。

教學難點：內力、應力概念；剪切與擠壓計算。

教學內容和基本要求：

（1）掌握軸向拉壓桿的內力與軸力圖；（2）了解軸向拉壓桿的應力；

（3）了解軸向拉壓桿的強度和變形計算；（4）掌握材料在拉伸和壓縮時的力學性能；（5）掌握剪切與擠壓實用計算。

考核的主要知識與技能: 軸向拉壓桿的內力、應力及強度計算，剪切與擠壓計算；理解內力、應力概念；材料在拉伸和壓縮時的力學性能。

（六）組合變形計算（2時）

教學重點、難點：

教學重點：拉壓與彎曲組合變形計算。

教學難點：斜彎曲、彎曲與扭轉組合變形計算。

教學內容和基本要求：（1）了解斜彎曲梁的變形計算；（2）了解拉壓與彎曲組合變形計算；（3）了解彎曲與扭轉組合變形計算； 考核的主要知識與技能：

斜彎曲梁的變形計算，拉壓與彎曲組合變形計算，彎曲與扭轉組合變形計算。

（七）壓桿穩定（2時）

教學重點、難點：

教學重點：壓桿的臨界力。

教學難點：壓桿的臨界力。

教學內容和基本要求：（1）了解壓桿穩定的概念；（2）了解細長壓桿的臨界力；（3）掌握壓桿的臨界應力；（4）掌握壓桿穩定計算。

考核的主要知識與技能：

壓桿穩定的概念、細長壓桿的臨界力及壓桿穩定計算。

（八）平面體系的幾何組成分析（2時）

教學重點、難點：

教學重點：平面體系的幾何組成分析。

教學難點：平面體系的幾何組成分析。

教學內容和基本要求：

（1）掌握平面體系的幾何組成規則及分析方法；（2）了解靜定結構和超靜定結構概念。

考核的主要知識與技能：

平面體系的幾何組成規則及分析方法；了解靜定結構和超靜定結構概念。（九)靜定結構的內力分析(2)教學重點、難點：

教學重點：單跨靜定梁、靜定平面剛架的內力計算。

教學難點：靜定平面剛架、桁架、多跨梁計算。教學內容和基本要求：

（1）掌握單跨靜定梁、多跨靜定梁及斜梁的內力計算；（2）掌握靜定平面剛架的內力計算；（3）了解靜定平面桁架的內力計算。考核的主要知識與技能：

單跨靜定梁、多跨靜定梁及斜梁的內力計算，靜定平面剛架的內力計算，了解靜定平面桁架、拱的內力計算。

（十）靜定結構的位移計算（2時）

教學重點、難點：

教學重點：圖乘法計算位移。

教學難點：虛功原理。

教學內容和基本要求：（1）掌握虛功原理；

（2）了解單位荷載法計算位移；（3）掌握圖乘法。

考核的主要知識與技能: 圖乘法計算位移；單位荷載法計算位移。

（十一）力法（2時）教學重點、難點：

教學重點：力法的基本原理；力法解超靜定梁和超靜定剛架。

教學難點：力法解高次超靜定剛架、桁架。教學內容和基本要求：

（1）了解超靜定結構概念及超靜定次數確定；（2）掌握力法的基本原理；（3）掌握力法典型方程；（4）掌握力法解超靜定梁；（5）掌握力法解超靜定剛架；（6）了解力法解超靜定桁架；（7）了解力法解超靜定排架。考核的主要知識與技能：

超靜定結構概念及超靜定次數確定；力法的基本原理，力法典型方程，力法解超靜定梁，力法解超靜定剛架；力法解超靜定桁架、排架。

（十二）位移法（1）教學重點、難點：

教學重點：位移法的基本原理。

教學難點：位移法的基本原理；位移法計算無側移剛架。教學內容和基本要求：（1）掌握位移法的基本原理；（2）掌握形常數和載常數；（3）掌握位移法的基本未知量；（4）掌握位移法典型方程；

（5）了解位移法計算連續梁和無側移剛架；（6）了解直接平衡法解超靜定結構。考核的主要知識與技能：

位移法的基本原理，形常數和載常數，位移法的基本未知量，位移法計算連續梁和無側移剛架；直接平衡法解超靜定結構。

三、本課程教學意見

《建筑力學》是一門計算性很強的課程，初學者往往因概念抽象，知識點多、計算量大而感到學習困難，教師要注重從以下幾個方面做好學生引導工作：

1、注重基本概念、基本理論、基本方法的講解，尤其對受力分析、力矩、截面法計算梁在受彎時的內力等問題要重點講解；

2、理論聯系實際，在講解過程中要把工程實際中較簡單受力問題轉化為力學模型；

3、在授課過程中，注意知識的內在聯系，講清楚分析問題的常用方法和分析步驟。

4、在實際教學過程當中，教師要根據學生的專業情況、知識水平、教材版本，對部分內容要進行有重點的補充和刪減。

四、本課程學業評價

（一）考核目的

檢驗學生通過學習，是否達到了《建筑力學》教學大綱的基本要求，檢查學生對課程涉及的的基本知識、基本理論、基本方法和基本技能的掌握程度。

（二）考核方式及考核用時

考核包括平時考核和期末考核兩部分組成，考核總成績為100分（四舍五入取整數）。平時考核成績占總成績的40%，由作業成績（占總成績的20%）和平時測驗成績（占總成績的20%）組成。其中，作業成績登記10次：每次總分10分，共100分。期末考核成績占總成績的60%，采取閉卷筆試方式進行，試卷總分100分，考試時長為110分鐘。

（三）命題要求

1、依據教學大綱命題，命題要突出教學的重點內容，要覆蓋大綱中考核主要知識、技能的大部分；題型可以是填空、選擇、判斷、簡答、證明、分析、計算等，但不能少于四種，題量適宜，難度適中。

2、A、B兩套試卷，100分制，附參考答案和評分標準。

五、建議教材和教學參考書

1、建議教材

[1]梁圣復，《建筑力學》第2版，機械工業出版社，2012年6月；

[2]周國瑾，《建筑力學》，同濟大學出版社，2002年10月。

2、教學參考書

[1]陳永龍，《建筑力學》，高等教育出版社，2004年11月； [2]李廉錕《結構力學》，高等教育出版社，2004年10月； [3]劉壽梅，《建筑力學》，高等教育出版社，2002年7月； [4]劉成云，《建筑力學》，機械工業出版社，2006年1月； [5]李永福，《建筑力學》，中國建筑工業出版社，2006年1月； [6]羅奕，《建筑力學》，人民交通出版社，2001年4月。

第四篇：巖土試驗力學課程論文

巖土試驗力學課程論文

題目：巖土試驗力學發展現狀和前景 專業：巖土工程

一、巖土力學試驗

1.巖土力學試驗概況

要很好的解決巖土工程問題、防災、治災，必須首先進行勘察與測試、試驗與分析，并利用土力學、巖石力學、基礎工程、工程地質學等的理論與方法，對各類工程進行系統研究。因此，巖土力學試驗是巖土工程規劃設計、防災的前期工程，也是地基與基礎設計，治理地質災害的不可缺少的重要環節。

2.巖土力學試驗目的（1）了解巖石本身的物理和力學性質；

（2）巖體質量分級、工程地質條件與問題評價；

（3）邊坡、地基和隧道圍巖變形及穩定性分析，地質災害防治工程方案論證等；

（4）為巖土工程設計與施工提供參數和依據；

（5）揭示巖土的變形規律和強度特征及破裂機理，建立其數學力學模型，進行巖土工程結構的力學分析。

3.巖土力學試驗內容

（1）巖石物理性質試驗

含水率、顆粒密度、塊體密度；

（2）巖石水理性質試驗

吸水性、滲透性、膨脹性、耐崩解性和凍融性。

（3）巖石力學性質試驗

單軸壓縮強度和變形試驗、三軸壓縮強度和變形試驗、抗拉強度

試驗、直剪強度試驗和點荷載強度。

二、巖土試驗力學概況

巖土試驗力學是土木工程巖土專業的一個分支，它是一門十分重要的技術基礎課。它主要包括學習巖土實驗力學的基本理論，知道巖土的物理力學性質、強度變形計算、穩定性分析、擋土墻及基坑圍護的設計與計算、地基承載力等巖土力學基本理論與方法。結合有關交通土建、建筑工程、土木工程的理論和施工知識，分析和解決巖體工程及地基基礎問題。

三、巖土試驗力學的發展現狀

1.計算方面

由于巖土材料比較特殊，那么在研究巖土試驗力學方面就會比較復雜。巖土體本身就是一個復雜的系統，具有不確定性，不規則性和不明確性。目前，我國的巖土試驗力學工作者傾向于采用理想數學模型和力學模型建立和描述巖土的各類特性，結果往往不是很理想，甚至出現很大的偏差。那么，為解決這一現狀，為突破創新，新的方法和技術是必不可少的。在此，我國也已經找到解決方案，注入了新的研究巖土試驗力學理論的思想。

分析幾何就是研究巖土試驗力學需要用的一種新技術，新方法。它的工作原理是研究一個復雜系統的形態、功能等。緊密聯系它們之間的關系，用維數表展現系統的復雜性。系統與維數值成正比例關系，值越大，系統越復雜。

分形幾何在計算巖土試驗力學中的應用主要包括“定量的對巖土

材料結構進行描述，研究調查水如何在巖土中流動，測量巖土材料的強度和分析巖土力學特征”四方面的內容。分形幾何又被概括為兩個方面，分形圖形和維數計算。常用的分形模型有KOCH曲線，CANTOR集合，Sierpinski地毯和menger海綿等，如下圖。它們都屬于數學分形，它們之間有一定的相似性。同時，分形維數分為6種，相似維數，容量維數，信息維數，關聯維數和廣義分形維數。對于不同的分形維數的測量各有不同的方法，如其中的關聯維數是利用關聯函數來取得的。

2.模型應用方面

從巖土試驗力學的發展史來看，巖土試驗力學的力學模型主要有：彈性模型（胡克體）、粘彈性模型（麥克斯韋體）、內含時間彈塑性模型和損傷模型。其中彈性模型又分為線性彈性和非線性彈性兩方面。由于巖土試驗力學特性是不一樣的，根據介質力學理論，建立的模型應有非線性彈性、彈塑性、粘彈塑性和塑性內時模型等。

當前最常用的力學模型有兩種，非線性彈性模型和南水模型-南京水利科學院非線性模型。非線性彈性模型是DUNCAN和CHANG采用KONDNER的建議和三軸壓縮實驗結果，采用變切線彈性模量和變切線體積模量對粘土和砂土進行了模擬，建立了DUANCAN-CHANG模型，其預測結果溫和于試驗結果。而南水模型將DOMASCHUK模型加以推廣，把剪切曲線變成推廣曲線，不僅適用于硬化的巖土，還可以適用于超固結土和巖石等軟化巖土。它不但考慮了軟硬方面還考慮了膨脹與壓縮方面，適用范圍非常廣泛。

四、目前巖土試驗力學發展存在的問題和解決措施

1.在計算方面的不足和解決措施

我國巖土試驗力學水平，還不能達到使計算誤差小于10%的愿望，這還有待努力，但我國正在努力向這個目標靠近。在排除施工因素后，誤差控制在50%以內是完全有可能的。計算巖土試驗力學工程還不完善，因為當前的研究只是剛開始，只涉及到很小的一部分，只取的很小的研究成果，我們還當深入到巖土試驗力學的各個領域里。我們要將分形幾何理論完全引入巖土力學宏圖中，還要加大分維數的探討和研究，理解巖土試驗力學系統的基本原理和分清明了各空間的關系。只有對巖土材料有深入認識和了解我們才能選取合適的計算方法和計算模型，減小計算誤差，避免錯誤發生，并能促進巖土工程各方面力學的綜合發展。

2.模型應用方面的不足和解決方案

線彈性模型不能考慮剪脹變形，它只考慮受荷載作用的變形狀況，忽略了不能恢復的塑形變形。塑形變形往往在荷載作用下，荷載不斷變化中產生的，通常容易被忽略。它不適用于應力路徑復雜時，會受彈性恢復的影響，產生誤差。DUNCAN-CHANG模型就沒考慮到這方面的內容，它只適用于粘性土、砂土，其他土就不會產生作用，它不能考慮巖土的性質和特征。我們可以只在分析巖土穩定性時使用它。

南水模型建立在DOMASCHUK模型中并推廣，考慮了剪切膨脹和壓縮方面，并考慮了應力方面的影響，但是不能考慮靜水壓力作用的影響。當模型采用非關聯流動理論，也不能避免剪切膨脹現象的發生，對巖土體縮減也考慮不到。所以在建立南水模型時，我們要綜合考慮多方面因素，建立一個完善的模型。

劍橋模型也有一定的缺陷，只建立了3個參數。在構建上沒有充分考慮剪切變形，只利用塑形體積做參量，不考慮應力作用，當應力產生時，它是不能反應和突出的。

五、我國巖石試驗力學發展動向規劃

巖土試驗力學理論和本構模型已經過三十年的發展，但它們還不成熟，那么今后研究“巖土材料穩定性和變形分析”是我們關注的對象，可以通過建立神經網絡模型，損傷模型和粘彈模型來研究和探討它們。它還是一個比較新的研究課題，在研究過程中，我們要建立多種模型和充分利用試驗數據。

六、結論

雖然我國在計算巖土試驗力學方面存在些缺陷，但我們正在盡快完善，以達到控制誤差在百分之十以內的目標。巖土試驗力學在建立本構模型上，各自材料特點和試驗方法采取上，會在構建模型上造成一定的局限性。那么我們在計算和建立模型時要考慮多方面因素，不能循規蹈矩，生搬硬套，要突破創新，不受各種現有理論的影響。那么我們在今后的幾十年內，在計算和建立巖土力學模型一定會去取得令人矚目的發展，并得到廣泛認可和應用。

第五篇：力學試驗教案

力學實驗

教學目標

1．通過對實驗的復習，做到對力學中的學生實驗明確實驗目的，掌握實驗原理，學會實驗操作，正確處理實驗數據．

2．進一步學習用實驗處理問題的方法，體會實驗在物理學中的重要地位． 3．掌握實驗操作方法，培養動手操作的能力．

4．通過對力學中學生實驗的比較，知道所涉及到實驗的類型．

5．在掌握課本上所給學生實驗的基礎上，靈活應用所學知識解決其它問題． 教學重點、難點分析

1．理解實驗的設計思想，不但要知道怎樣做實驗，更應該知道為什么這樣做實驗．

2．掌握正確的實驗操作，是完成實驗的最基本要求，對學生來說也是難度較大的內容，一定要讓學生親自動手完成實驗．

3．處理數據時，要有誤差分析的思想，要能夠定性地分析在實驗中影響實驗誤差的條件．

教學過程設計 教師活動

說明：在力學中一共有八個實驗是高考中要求的實驗，在做實驗復習時，要明確實驗目的，掌握實驗原理，理解地記住實驗步驟，處理好實驗數據．在實驗復習中，實驗操作是必不可少的．按照考綱中的順序，我們一起來復習力學中所涉及的實驗．

[實驗一] 互成角度的兩個共點力的合成 此實驗的目的是驗證力合成的平行四邊形法則． 請一個同學把實驗器材和主要實驗步驟簡述一下．

回答：實驗器材有木板、白紙、圖釘、帶細線的橡筋、彈簧秤等． 安裝好器材，如圖1-8-1所示，用兩個彈簧秤把橡皮筋的一端拉到O點，記下兩個力的大小和方向．再用一個彈簧秤把橡皮筋的一端拉到O點．設定力的長度單位，利用力的圖示的方法分別作出分力與合力．用平行四邊形法則作出兩個分力的合力．比較直接測得的合力與用平行四邊形法則得到的合力的大小和方向，可以確定在誤差范圍內，力的合成滿足平行四邊形法則．

例：在做共點的兩個力的合成的實驗時，如果只給一個彈簧秤能否完成這個實驗？ 回答：可以．可先做出兩個分力的方向，把兩根細線向著兩個分力的方向去拉，一只手直接拉線，另一只手通過彈簧秤拉線記下拉力的大小，然后把彈簧秤放到另一根線上重復實驗．只要總把橡皮筋的一端拉到O點，合力的大小和方向就是不變的．兩次拉兩根線的方向都相同，兩個分力的方向是不變的，兩個分力的大小也是保持不變的，可用彈簧秤分別測出兩個分力的大小．

實驗操作：

用所給器材完成此實驗．

[實驗二] 練習使用打點計時器 [實驗三] 測定勻變速直線運動的加速度

這兩個實驗都是練習使用打點計時器的實驗，我們一起復習． 提問：打點計時器的作用和使用方法． 給出一條打好點的紙帶如圖1-8-2所示．

回答：打點計時器是測量時間的工具．把紙帶跟運動物體連接在一起，利用打點計時器在紙帶上記錄下物體的運動情況．打點計時器使用交流6V電源，打點的頻率為50Hz，周期為0.02s．

提問：（1）怎樣利用紙帶判斷物體是在做勻變速運動？ 回答：把紙帶上的點標上A、B、C、D、E，各點間的距離分別為s1、s2、s3、s4．如果滿足△s=s2-s1=s3-s2=s4-s3，則物體做勻變速直線運動．

（2）怎樣計算做勻變速直線運動的物體在某個位置時的速度？ 利用這條紙帶可計算出物體過某一點的速度，如計算B點時的速度公式為VB=（s1+s2）/2t．

（3）怎樣計算它的加速度？

計算物體的加速度有兩種方法，可以利用公式△s=at2計算，也可以用a=（VC-VB）/t計算．

例：利用打點計時器測自由落體的加速度，重錘下落時打出一條紙帶如圖1-8-3所示，計算重力加速度的數值

解：可先算出B點和C點的速度 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）[實驗四] 驗證牛頓第二運動定律

提問：驗證牛頓第二定律的實驗要證明哪兩個關系？實驗裝置如圖1-8-4所示．

問答：通過實驗要驗證物體的加速度跟物體所受的合外力成正比，跟物體的質量成反比這樣兩個關系．

提問：安裝好實驗裝置后還需要做什么調整？

回答：安裝實驗裝置后首先要平衡摩擦力．把小車上裝好紙帶，把木板后墊高一些，在木板上輕輕向下推一下小車，小車應該做勻速運動．

提問：如何進行實驗操作？

回答：保持小車的質量不變，改變所掛砝碼的質量，打出5條紙帶，記下每條紙帶對應的砝碼質量值；保持所掛砝碼的質量不變，在小車上加砝碼，改變小車的質量，打出5條紙帶，記下每條紙帶對應的小車的質量值．

提問：怎樣處理數據？

分別計算出每條紙帶的加速度值．做出在質量不變的條件下，加速度與小車所受外力的關系圖線；做出在小車受力不變的條件下，加速度與小車質量倒數的關系圖線．從圖線上可以看出小車的加速度跟所受外力與自身質量的關系．

例：在驗證牛頓第二定律的實驗中，一個同學打出了5條紙帶后，測出了紙帶中相鄰的每五段間的距離和每條紙帶對應的小車的受力情況（見表），處理數據后在圖1-8-5所示的坐標中畫出a-F圖線．

解：先根據所給的數據利用公式△s-at2算出小車在不同受力情況下的加速度值，分別為0.25m/s2、0.50m/s2、0.75m/s2、1.00m/s2、1.25m/ s2．如圖1-8-6所示，在坐標系中標點后，畫出圖線為一條直線．

說明：在實驗中要平衡摩擦力，要知道摩擦力平衡不好對實驗結果的影響，會對a-F圖線中不過原點問題的解釋．在實驗中要求所掛砝碼的質量要遠小于車的質量，如果這一條件不滿足將會出現的圖線的變化．本實驗中數據的處理量較大，要能夠正確合理地處理數據．

[實驗五] 驗證碰撞中的動量守恒

提問：兩個物體在所受合外力為零的條件下，相互作用前后的動量滿足什么關系？

回答：當兩個物體組成的系統在所受合外力為零的條件下發生碰撞，系統在碰撞前的總動量等于碰撞后的總動量．

提問：怎樣通過實驗驗證動量守恒定律？

回答：實驗裝置如圖1-8-7所示，實驗中小球的質量可以用天平稱出，小球在碰前和碰后的速度利用從同一高度做平搶運動的小球的飛行時間相等，平拋運動的小球在水平方向做勻速運動的特點，用小球在碰前和碰后的水平飛行距離表示它的速度，這樣就可以利用小球的質量和飛行的水平距離來表示出碰撞中的動量守恒關系．

入射球的質量要大于被碰球的質量，兩球的半徑相等．實驗時先不放被碰球B，入射球A從一個確定的高度釋放落在地面上的P點，小球飛行的水平距離為OP．再把被碰球B放在支架上，A球從同一高度釋放，兩球相碰后分別落在地面上的M點和N點．兩球飛行的水平距離分別為OM和O′N，如果在碰撞中滿足動量守恒定律，那么應該有關系m1OP=m1OM+m2O′N．

提問：實驗時還應注意哪些問題？

在實驗中要注意儀器的正確安裝與調整，斜槽的末端一定要水平，小球的出射點應是O點的正上方，兩小球相碰時應在同一個高度上．實驗時，每個點應讓小球落10次，取落點的中心進行測量．

例：在研究碰撞中的動量守恒的實驗中，下列操作正確的是

A．改變入射小球的釋放高度，多次釋放，測出每次的水平位移，求出平均值，代入公式計算

B．入射小球應始終保持在同一高度上釋放

C．兩球相碰時，兩球的球心必須在同一水平高度上

D．重復從同一高度釋放入射小球，用一個盡量小的圓將其各次落點圈在其中，取其圓心作為小球落點的平均值

分析：入射小球每一次釋放都應保持在同一高度上，這樣在多次實驗中才能使小球的初速度保持不變．兩球相碰時應在同一高度上，保證兩球的飛行時間相等．另外，利用畫圓的方法取落點的平均值，可以減小實驗誤差．此題的正確答案為B、C、D．

實驗操作：用所給器材完成實驗． [實驗六] 研究平拋物體的運動

提問：說出畫出平拋物體運動軌跡的方法．

回答：平拋物體的運動可以分解成水平方向的勻速直線運動和豎直方向的自由落體運動．將小球從斜槽的同一高度上釋放，從槽末端的水平槽以一定的水平初速度平拋出去．在豎直面的紙上找出小球飛行軌跡中的幾個點，用圓滑的曲線連接起各點，就得到了物體做平拋運動的軌跡，為一條拋物線．

提問：怎樣求出平拋運動物體的初速度？ 回答：如圖1-8-8所示，以拋出點為坐標原點，水平向右為x軸的正方向，豎直向下為y軸的正方向．在曲線上讀取數個點的坐標值，利

例：在研究平拋物體的運動實驗中，應選用下列各組器材中的哪一組

A．鐵架臺、方木板、斜槽和小球、秒表、米尺和三角板、重錘和細線、白紙和圖釘

B．鐵架臺、方木板、斜槽和小球、天平和秒表、米尺和三角板、重錘和細線、白紙和圖釘

C．鐵架臺、方木板、斜槽和小球、千分尺和秒表、米尺和三角板、重錘和細線、白紙和圖釘

D．鐵架臺、方木板、斜槽和小球、米尺和三角板、重錘和細線、白紙和圖釘

分析：在此實驗中小球的直徑較小，不需要用千分尺測量．實驗中也不用測量時間，所以正確的答案應為D．

[實驗七] 驗證機械能守恒定律 提問：怎樣驗證機械能守恒定律？

回答：在不計空氣阻力的情況下，重物下落時的機械能守恒．如圖1-8-9所示，把重錘與紙帶相連，利用打點計時器記錄下重錘下落過程中的運動情況．通過紙帶測出重錘的下落高度從而算出重錘重力勢能的變化，再算出重錘相應的動能，比較重力勢能的減小量和動能的增加量，從而驗證機械能守恒定律．

提問：利用此裝置還能做什么實驗？

回答：利用這個實驗還可以計算重錘在下落時的加速度，即重力加速度．在已知重錘質量的條件下，通過計算重錘的下落高度和重錘的即時速度，算出重錘在下落過程中損失的機械能．

例：將下列驗證機械能守恒定律的實驗步驟按正確順序排列起來

A．選取第1、2點的距離接近2mm的一條紙帶，在這條紙帶上選定計數點． B．將鐵架臺放在實驗桌上，用附夾把打點計時器固定在鐵架臺上． C．換新紙帶重復實驗．

D．量出從首點到各計數點間的距離，并算出各計數點的即時速度． E．比較△EK和△EP在誤差允許范圍內是否近似相等．

F．在重錘上夾持一紙帶，并將它從打點計時器的復寫紙下面穿過限位孔，手持紙帶保持豎直方向，接通電源后，松手讓重錘牽引紙帶下落，得到打點的紙帶．

G．計算各計數點的動能增加量△EK和勢能減小量△EP． 答：此題正確的排序為B、F、C、A、D、G、E． [實驗八] 用單擺測定重力加速度 提問：怎樣用單擺測當地的重力加速度？

之后，可以計算出當地的重力加速度．在實驗中利用米尺測出單擺的擺長，它是從懸點到球心的距離．讓單擺以較小的角度擺動，當擺球過平衡位置時開始計時，記錄單擺振動30至50個周期所用的時間，可以算出單擺的振動周期．代入公式g=4π2ln2/t2，計算出重力加速度值．改變擺長測出3個g值，取平均值．

例：在做單擺測重力加速度的實驗中，有以下器材可以選用，其中正確的一組為

[

] A．小木球、細棉線、米尺、卡尺、秒表、鐵架臺等 B．小木球、尼龍線、米尺、卡尺、秒表、鐵架臺等 C．小鋼球、尼龍線、米尺、卡尺、秒表、鐵架臺等 D．小鋼球、尼龍線、米尺、秒表、鐵架臺等

分析：做單擺的實驗時，擺球應該用密度較大的球，線應該用不易伸長的線．擺長的測量可以采取兩種方法：用卡尺測出小球的直徑，用米尺測出線長，也可以直接用米尺測出擺長．所以此題的正確答案為C、D．

同步練習

1．將橡皮筋的一端固定在A點，另一端拴上兩根細繩，每根細繩分別連著一個量程為5N，最小刻度為0.1N的彈簧測力計．沿著兩個不同的方向拉彈簧測力計，當橡皮筋的活動端拉到O點時，兩根細繩相互垂直，如圖1-8-10所示，這時彈簧測力計的讀數可從圖中讀出．

（1）由圖可讀得兩個相互垂直的拉力的大小分別為______N和______N（只需讀到0.1N）

（2）在本題的虛線方格紙上按作圖法的要求，畫出這兩個力及它們的合力． 2．圖1-8-11畫出了一個打點計時器，寫出圖中標出的各部分的名稱．

3．如圖1-8-12所示，打點計時器打出一條紙帶，在圖中所畫的點的中間還有4個點沒有畫出，利用紙帶計算物體運動的加速度．

4．在驗證牛頓第二定律的實驗中要研究（1）______；（2）______ 兩個關系．使用的計時工具為____；測量紙帶的工具為______；實驗中的研究對象為____，設它的質量為M，小桶和砂的質量為m，要求M ____m，可以認為物體受力的大小為____．

5．在驗證牛頓第二定律的實驗中得到的兩條曲線如圖1-8-13所示．左圖的直線不過原點是由于______；右圖的直線發生彎曲是由于______造成的．

6．在驗證碰撞中的動量守恒實驗時，實驗裝置如圖1-8-14所示，要求實驗時所用的兩個小球的半徑r____，入射球的質量m1____被碰球的質量m2.在實驗中需要使用的測量工具有______．若兩球在碰撞中動量守恒，則滿足關系式______（用題目和圖中量表示）．

7．某同學設計了一個用打點計時器驗證動量守恒定律的實驗：在小車A的前端粘有橡皮泥，推動小車A使之做勻速運動，然后與原來靜止在前方的小車B相碰并粘合成一體，繼續做勻速運動，他設計的具體裝置如圖1-8-15所示．在小車A后連著紙帶，電磁打點計時器電源頻率為50Hz，長木板下墊著小木片用以平衡摩擦力．

（1）若已得到打點紙帶如圖1-8-16所示，并測得各計數點間距標在圖上，A為運動起始的第一點，則應選____段起計算A的碰前速度；應選____段來計算A和B碰后的共同速度（填AB、BC、CD、DE）．

（2）已測得小車A的質量m1=0.40kg，小車B的質量m2=0.20kg，由以上測量結果可得：

碰前總動量=______kg·m/s 碰后總動量=______kg·m/s

8．如圖1-8-17所示的為一個做平拋運動物體運動軌跡的一部分，在圖中可以測得兩段相等時間內物體的水平位移x1、x2和對應的豎直位移y1、y2，根據測得量可以表示出物體的初速度為____．

9．在驗證機械能守恒定律的實驗中，已知打點計時器所用電源的頻率為50Hz，查得當地的重力加速度g=9.80m/s2，測得所用的重物的質量為1.00kg．實驗中得到一條點跡清晰的紙帶如圖1-8-18所示，把第一個點記作O，另選連續的4個點A、B、C、D作為測量的點．經測量知道A、B、C、D各點到O點的距離分別為62.99cm、70.18cm、77.76cm、85.73cm．根據以上數據，可知重物由O點運動到C點，重力勢能的減少量等于____J，動能的增加量等于____J（取3位有效數字）．

10．如果下表中給出的是做簡諧振動的物體的位移x或速度v與時刻的對應關系，T是振動周期，則下列選項中正確的是

[

]

A．若甲表示位移x，則丙表示相應的速度v B．若丁表示位移x，則甲表示相應的速度v C．若雨表示位移x，則甲表示相應的速度v D．若乙表示位移x，則丙表示相應的速度v

11．一位同學用單擺做測量重力加速度的實驗，他將擺掛好后，進行了如下步驟，指出下面步驟中遺漏或錯誤的地方，寫出該步驟的字母，并加以改正．

A．測擺長l：用米尺量出擺線的長度

B．測周期T：將擺球拉起，然后放開，在擺球某次通過最低點時，按下秒表開始計時，同時將此次通過最低點作為第一次，接著一直數到擺球第60次通過最低點時，按秒表停止計時，讀出這段時間t，算出單擺的周期t=t/60．

將它作為實驗的最后結果寫入報告中去．

參考答案

1．（1）3.0N 4.0N（2）如圖1-8-19所示 合力F=5.0N 2．（1）振動片（2）復寫紙（3）磁鐵（4）線圈（5）紙帶 3．2.25m/s2

4．（1）在物體質量不變的條件下，加速度跟所受外力的關系（2）在物體所受外力不變的條件下，加速度跟物體質量的關系

打點計時器

米尺

小車

》 F=mg 5．摩擦力平衡得不夠跟所掛鉤碼相比，小車的質量過小 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）擺長應該是線長加小球半徑（2）T=t/29.5（3）應多次測量取平均值