物理力学性能

物理力学性能（精选12篇）

物理力学性能 篇1

竹材是一种重要的森林资源, 也是我国南方产竹区主要的建筑材料之一, 利用竹材建造房屋已有2000多年历史。随着竹材加工技术的发展, 竹材在建筑行业的利用也从简单的单一竹材利用方式向复合化、高强度、高性能、高附加值方向发展, 而且竹子具有生长周期短、产量高、成材快的特性, 以竹代木无疑成为解决目前森林资源日渐匮乏的最佳途径[1,2]。物理力学性质是竹材基本的材性指标, 也是衡量竹材质量的重要指标[3]。本文对小叶龙竹等8种丛生竹竹材的物理力学性能进行了研究, 为其在建筑领域的合理高效利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 样品采集

试验用样品分别采自广州市萝岗区广州富韵竹园林绿化工程有限公司苗圃基地和广东广宁县林业科学研究所内, 均为3年生竹材, 竹种基本情况如表1所示。要求所采样竹生长正常, 无病虫害。样竹齐地砍倒后, 从距地面约1.0m处开始截段, 每段2.0m, 编号后带回实验室 (见表1) 。

1.2 试件制备

按照国家标准GB/T15780-1995《竹材物理力学性质试验方法》中的规格要求, 将需要测试的竹材加工成试件待用。

1.3 试验方法

测试方法参照“竹材物理力学性质试验方法”, 顺纹抗拉强度、顺纹抗压强度、顺纹抗剪强度、抗弯强度等力学指标在微机控制电子式木材万能力学试验机上进行测定。

2 结果与分析

2.1 8种丛生竹竹材物理性质

密度是竹材重要的物理性质, 作为承重结构材料, 竹材的品质主要取决于密度[3]。一般来说, 密度越大, 竹材的力学强度也相应增大, 这对竹材作为建筑用材是有利的。从表2可以看出, 基本密度油丹竹最大0.736g/cm3, 马来甜龙竹最小0.484g/cm3, 8种丛生竹竹材的基本密度从大到小依次为油丹竹>粉丹竹>泰竹>撑篙竹>巨龙竹>小叶巨竹>麻竹>马来甜龙竹。全干密度表现出与基本密度相同的排列顺序, 最大为油丹竹0.794g/cm3, 最小马来甜龙竹0.530g/cm3, 而饱湿含水率则与两种密度呈负相关关系。

2.2 8种丛生竹竹材力学性质

2.2.1 8种丛生竹竹材顺纹抗压强度

竹材的抗压强度指竹材沿纹理方向承受压力荷载的最大能力, 是竹材力学性质中最重要的特征之一。图1显示, 油丹竹顺纹抗压强度为84.25MPa, 远远超出其它7个竹种, 也高于毛竹77.8MPa[4]、大木竹75.1MPa[5]、红壳竹47.4MPa[6]和雷竹39.7[2]。8个竹种顺纹抗压强度从大到小排列为油丹竹>泰竹>巨龙竹>粉丹竹>撑篙竹>小叶龙竹>马来甜龙竹>麻竹。

2.2.2 8种丛生竹竹材顺纹抗拉强度

竹材的抗拉强度指竹材沿纹理方向承受拉力荷载的最大能力[7]。图2可以看出, 8个竹种竹材顺纹抗拉强度从大到小的排列顺序为油丹竹>粉丹竹>巨龙竹>泰竹>撑篙竹>小叶龙竹>马来甜龙竹>麻竹。其中油丹竹、粉丹竹、巨龙竹、泰竹、撑篙竹和小叶龙竹的顺纹抗拉强度分别为364.6、343.2、329.9、317.7、309.4、243.2MPa, 均高于毛竹232.1MPa[4]、大木竹238.0MPa[5]、红壳竹178.7MPa[6]和雷竹231.9MPa[2]。

2.2.3 8种丛生竹竹材顺纹抗剪强度

竹材的顺纹抗剪指通过加压形成剪切力使得试样受剪面呈顺纹方向破坏[4]。由图3可知, 油丹竹抗剪强度最大, 为9.75MPa, 其次为粉丹竹8.2MPa, 但均低于毛竹16.6MPa、大木竹11.8MPa[5]。8种竹材顺纹抗剪强度从大到小依次为油丹竹>粉丹竹>撑篙竹>巨龙竹、麻竹>泰竹>马来甜龙竹>小叶龙竹。

2.2.4 8种丛生竹竹材抗弯强度

抗弯强度指竹材承受逐渐施加弯曲荷载的最大能力[7]。从图4可以看出, 油丹竹不但在抗压强度、抗拉强度、抗剪强度方面表现最好, 抗弯强度值也最大, 为184.8MPa, 远高于毛竹169.1MPa[5], 雷竹101.2MPa[2], 红壳竹161.3MPa[6], 大木竹139.0MPa[5]。8个竹种竹材的抗弯强度依次排列为油丹竹>巨龙竹>粉丹竹>小叶龙竹>泰竹>马来甜龙竹>撑篙竹>麻竹。

3 结论与讨论

通过对华南地区常见的8种丛生竹竹材物理力学性质的研究, 我们看到油丹竹竹材性能最优, 密度、顺纹抗压强度、顺纹抗拉强度、抗弯强度均优于材质优良的毛竹和大木竹, 仅顺纹抗剪强度低于两竹种, 其次是粉丹竹、巨龙竹和泰竹, 因此可以考虑把以上4个竹种作为材用竹种进行推广种植, 一方面可以缓解目前竹材的供需矛盾, 同时还可以维护和改善山区生态环境, 提高种植地居民的经济收入。

摘要：本文对华南地区8种典型丛生竹、3年生竹材的饱湿含水率、密度、顺纹抗压、顺纹抗拉、顺纹抗剪及抗弯强度等物理力学指标按照国家标准进行了综合分析和评价, 结果表明:油丹竹的物理力学性能最优, 其次是粉丹竹、巨龙竹和泰竹, 从性能上看, 可以考虑把这4个竹种作为材用竹进行推广种植。

关键词：丛生竹,竹材,物理性能,力学性能

参考文献

[1]王正, 郭文静.新型竹建筑材料的开发利用[J].世界竹藤通讯, 2003, 1 (3) :7-11

[2]毛燕清.竹材开发利用研究综述[J].华东森林经理, 2006, 20 (2) :35-37

[3]於琼华, 俞友明, 金永明, 等.雷竹人工林竹材物理力学性质[J].浙江林学院学报, 2004, 21 (2) :130-133

[4]尹思慈.木材品质与缺陷[M].北京:中国林业出版社, 1991

[5]彭颖, 苏文会, 范少辉, 等.车筒竹、莿竹和越南巨竹的力学性质研究[J].安徽农业科学, 2010, 38 (10) :5086-5088

[6]苏文会, 顾小平, 马灵飞, 等.大木竹竹材力学性质的研究[J].林业科学研究, 2006, 19 (5) :621-624

[7]俞友明, 杨云芳, 方伟, 等.红壳竹人工林竹材物理力学性质的研究[J].竹子研究汇刊, 2001, 20 (4) :42-46

[8]徐友明, 木材学[M].北京:中国林业出版社, 2006:182-186

物理力学性能 篇2

力学

1.一个物体对另一个物体的推、拉、提、压、吸引和排斥等作用都是物体对物体的作用，我们将这种一个物体对另一个物体的__________叫做力。

思路解析：力是物体之间的相互作用，推、拉、提等是根据作用效果命名的，指的都是物体与物体间的作用，这个作用就叫做力。

答案：作用

2.当一个物体受到力的作用时，力的作用效果可以使物体发生________，也可以使物体的__________发生变化。

思路解析：力对物体的作用效果表现在两个方面：一是使物体发生形变;二是使物体的运动状态发生改变。当然有时这两种现象也能同时发生，一个力既使物体发生形变，又同时改变它的运动状态。

答案：形变 运动状态

3.我们将力的大小、方向和作用点，叫做力的__________。

思路解析：力对物体发生作用时，大小不同作用效果是不同的;力方向不同效果也是不同的;力的作用点不同效果也会不同。力的大小、方向和作用点叫做力的三要素。

答案：三要素

4.关于力的说法，下列结论正确的`是( )

A.只有有生命的物体才会施加力

B.受力的物体同时也是施力的物体

C.静止的物体不受力，运动的物体才受力

D.只有接触的物体间才可能相互施加力

思路解析：任何一个物体，不管它是否有生命，都可以对其他物体施加力的作用，所以,A错误。物体间力的作用总是相互的，物体在受力的同时也在施力，B正确。力是改变物体运动状态的原因，而不是物体运动的原因，C错误。磁铁吸引铁块，磁铁和铁块可能并没有接触，D错误。

初中物理力学实验探究 篇3

关键词：初中物理；力学实验；初中生

初中物理对于学生未来的发展有一定的影响，因此，广大初中物理教师应当注意引导学生重视物理知识的学习过程。而作为初中物理重要组成部分的力学实验，对学生形成逻辑思维能力有着较大的帮助。然而，初中力学实验学习对于初次接触物理的学生而言有着较大的困难，这就需要广大初中物理教师积极引导学生，从而提高力学实验的教学质量。

一、初中物理力学实验教学中存在的问题

近年来，我国的初中物理力学实验教学虽然取得了一定的进步与成绩，然而由于各种因素的影响，还存在着一些较为尖锐的问题。例如，初中物理教师在力学实验教学活动中，没有按照新课程标准建议的教学计划来开展相关工作，仅依照自身的经验来制定教学计划与目标，这就导致力学实验教学活动具有一定的盲目性，在教学过程中不能兼顾一些重要的知识点以及学生的认知特点，从而导致力学实验的教学效率较低。

另外，我国大部分初中学校的力学实验设施在数量、种类上存在着严重的不足，已有的力学实验器材又大多比较陈旧。上述问题不仅在一定程度上制约着初中物理力学实验教学的发展，同时还给力学实验的操作埋下了较大的安全隐患。

除此之外，部分物理教师没有照顾到学生整体的力学实验学习。在实际的教学工作中，只关注成绩相对优秀学生的学习，使原本物理实验学习就有困难的学生更加落后，从而使得其逐渐丧失对初中物理实验学习的兴趣与信心，这显然不利于学生的物理知识学习。

二、如何改进初中物理力学实验教学中存在的不足

笔者针对初中物理力学实验教学中存在的问题，结合自身的相关经验，提出了若干改进措施，具体如下：

1.教师应当参照新课标的教学建议

初中物理新课程标准是经有关教育专家与学者细致讨论后制定的教学标准，因此具有较强的科学性与普适性。所以，广大初中物理教师应当依照新课标的具体建议，合理安排教学目标，从而使教学进度能与学生的认知规律相适应，从而充分发挥学生的物理学习潜能。

2.加大物理实验器材采购力度

俗话说：“巧妇难为无米之炊。”纵使初中物理教师不遗余力地开展物理力学实验教学工作，但如果学校的实验室缺乏必要的物理实验器材或者现有的实验器材太陈旧，学生仍旧无法正常地展开物理力学实验探究活动。因此，学校应当增加物理实验器材方面的资金投入，采购一些安全、可靠且较为新式的实验器材，同时对已经损坏、老化的物理实验器材进行维修和检查，避免安全事故的发生。

3.组织开展小组合作学习活动

学生在物理知识的學习过程中经常会遇到一些麻烦，尤其是在物理力学实验的学习中可能会感觉吃力。这是因为初中学生接触物理实验时间不长，实验技能较差。如果初中物理教师无法采取有效的方法及时地解决上述问题，可能会使学生的困难愈来愈多，积重难返。为此，笔者建议初中物理教师可以组织小组合作学习的教学活动，让学生积极参与到集体的讨论之中。

例如，笔者曾经在“光的反射”一课中，将学生分成几个实验小组，再让小组学生根据自己的爱好特点选择不同的工作。很快学生就明确了各自的职责，有的负责整理实验器材，有的做实验数据的记录工作，其他学生负责查找相关的资料。在此过程中学生都在认真地进行讨论，积极地解决实验过程中出现的问题，整节实验课的学习气氛非常浓厚。笔者通过开展小组合作学习的教学模式，在一定程度上激发了学生的学习兴趣，从而提高了课堂教学效率。

需要特别指出的是，由于初中生的自控能力相对较差，初中物理教师在开展小组讨论活动时应注意维持课堂纪律，避免部分学生出现“开小差”的现象。

4.注意提升教学趣味性

如果教师依旧采用较枯燥的教学模式展开教学工作，长此以往非常容易使得学生对力学实验的学习兴趣下降。因此教师要适当增加一些教学游戏到力学实验课堂中，并且积极提升语言的幽默性。在教学语言的节奏上应当追求抑扬顿挫的效果，如此便能极大程度地吸引学生的注意力，从而使得物理课堂教学效率得到有效的提升。

初中物理力学实验能够帮助初中生提高其科学素养及实验技能，并且学生在解决力学实验探究中遇到的问题的过程中，能在一定程度上提升其逻辑思维能力，这对学生未来的发展大有裨益。教师应当积极寻求新式物理教学方法，开展合理的教学活动，突出初中生在物理知识学习过程中的主体地位，从而引导其更好地掌握相关的力学实验技能。

参考文献：

[1]管志华.初中物理生活化教学策略探讨[J].才智，2014（21）.

[2]任敬宁.初中物理有效教学策略探究[J].学周刊，2014（8）.

物理力学性能 篇4

植物纤维混凝土是以水泥净浆、砂浆或混凝土作为基体,以相对短、离散、间断的短纤维或连续长纤维作为增强材料组成的一种水泥基复合材料[1]。研究表明,植物纤维在混凝土中主要起阻裂、增加强度和韧性的作用[2,3,4]。与传统混凝土相比,植物纤维混凝土具有很多优势,国内外学者对其进行了大量的研究,并取得了一定进展。稻草纤维混凝土是以稻草作为纤维增强材料的一种植物纤维增强混凝土。本文主要研究了稻草纤维混凝土的物理力学性能。

1 试验设计

1.1 原材料

水泥:P·O 42.5级普通硅酸盐水泥。

砂:天然河砂,为中砂,含水率3%。

石:粒径10~31.5mm连续级配的卵石。

水:自来水。

稻草纤维:来源于绵阳市郊区,其色泽光亮、保存完好,同时干燥处理掉了表面的杂质,并加工成二种形状:(1)杆状:用剪刀将稻草剪成20mm左右的小段,形貌见图1;(2)丝状:用粉碎机将稻草粉碎成直径不超过5mm的丝状,形貌见图2。

1.2 试件设计及分组

试验所需试件的尺寸、个数,如表1所示。

根据试验现象最终确定稻草纤维掺量及其分组如表2所示。

1.3 试件制作与养护

使用强制式搅拌机,投料顺序为:先放石子、砂、水泥,混合搅拌1min;然后边搅拌边加稻草纤维;待加完毕之后,再搅拌1min;最后加水,一起搅拌2min。将搅拌好的混凝土装入到模具,然后在振动台上振捣60s,脱模时间比普通混凝土脱模时间延长至24h以后,并按照混凝土标准养护条件进行养护。

kg/m3

注:A0为普通混凝土,A为杆状稻草纤维混凝土,B为丝状稻草纤维混凝土;稻草纤维掺量为水泥质量的百分比。

2 稻草纤维混凝土性能试验及结果分析

2.1 物理性能

将稻草纤维加入混凝土中,其泌水率降低,泌水时间延长,掺量4%以上的稻草纤维混凝土基本上不再泌水。这是因为普通混凝土加入稻草纤维后,能够减少混凝土表面的析水量,稻草纤维在混凝土中的随机分布,很好地阻碍了骨料的下沉,同时增强了水泥浆体对粗骨料的包裹强度。加入稻草纤维还会延缓混凝土的凝结时间,这是由于纤维中含有糖类、淀粉等有机物,这些成分对混凝土的凝结起了阻碍作用。

混凝土在稻草纤维加入后的坍落度及表观密度的变化规律如图3和图4所示。

由图3可以看出,随着稻草纤维掺量的增加,混凝土的坍落度减小,且丝状稻草纤维相比杆状稻草纤维对坍落度的影响更大。这是由于稻草吸水性很强,并且丝状稻草纤维比杆状稻草纤维更易吸水所致。由图4可以看出,随着稻草纤维掺量的增加,混凝土的表观密度减小,其中,丝状稻草纤维比杆状稻草纤维混凝土表观密度的变化相对明显,这是因为添加在混凝土中的稻草纤维在混凝土内部呈乱向分布状态,在搅拌和振捣过程中稻草纤维阻止了其内部空气的溢出,增加了混凝土中的含气量,从而降低了混凝土表观密度。

2.2 抗压强度

采用多功能电液伺服压力机,对混凝土试件进行持续均匀加压,记录最大荷载,并按规范提取有效试验结果。试件放置及加载如图5所示,试件破坏情况图6所示。

稻草纤维混凝土抗压强度试验结果如图7所示。由图7可以看出,混凝土的抗压强度值呈下降趋势。这是由于稻草纤维的掺量越大,含气量也越大,混凝土强度就越低;另外,稻草纤维属天然植物纤维,其表面含有机物,这些有机物阻止了与混凝土的更好黏结,同时这些有机物在碱性条件下会释放出来影响混凝土的强度。

2.3 劈裂抗拉强度

试件安置及加载如图8所示,试件破坏情况如图9所示。不同龄期稻草纤维混凝土的劈裂抗拉强度试验结果如图10所示。

由图10可以看出,随着稻草纤维掺量的增加,稻草纤维混凝土的劈裂抗拉强度呈减小趋势,且丝状稻草纤维混凝土的劈裂抗拉强度比杆状纤维混凝土下降更多。造成这种结果的原因与抗压强度降低的原因相同。

2.4 抗折(抗弯拉)强度

放置好试件后,先缓慢进行预加载(约1k N),然后进行持续均匀加载,并按规范提取有效试验结果。根据规范要求,加载速度在0.5~0.7MPa/s之间取值,低强度等级用相对较缓的速度,试件安放及加载如图11所示,试件破坏情况如图12所示。不同龄期下各组稻草纤维混凝土的抗折对比分析如图13所示。

由图13可见,稻草纤维混凝土的抗折强度随稻草纤维掺量的增加呈降低趋势,这主要是混凝土内部因收缩而形成的微细裂纹对降低混凝土的抗折强度影响较大;其次是稻草纤维的掺入造成了混凝土强度的下降;最后是稻草纤维与混凝土之间没有形成很好的黏结。

2.5 韧性性能

稻草纤维混凝土的韧性可用拉压比和压折比来评价,稻草纤维混凝土拉压比、折压比分别如图14和图15所示。

从图14和图15可见,杆状稻草纤维混凝土的拉压比在稻草纤维添加比例为5%时达到最大值。杆状和丝状稻草纤维混凝土的折压比都随着稻草纤维掺量的增加呈先增大再减小的趋势,且分别在掺量为4%和5%时达到最大。这主要是由于单位质量下,丝状稻草纤维的相对体积比较大,与混凝土的接触面也较大,吸收外力能力变强的缘故。拉压比越大表示混凝土的脆性越小,折压比越大表示混凝土的抗变形能力越强,可见,稻草纤维的添加对改善混凝土的韧性具有很好的效果。

2.6 抗冲击性能

目前,我国抗冲击试验基本都借鉴美国混凝土学会所采用的落锤法[5],本试验使用的冲击球重为3kg,起点为冲击架的顶端,并且保证每次起点一致,试验结果如表3所示,试件破坏情况如图16所示。

由表3可见,稻草纤维混凝土首次出现裂缝的次数随着稻草纤维掺量的增加而增加,且均比普通混凝土首次出现裂缝的次数多,稻草纤维掺量从1%增加到6%时,其首次出现裂缝的次数分别是普通混凝土的1.3~2.5倍和1.5~2.8倍。其中,丝状相对杆状稻草纤维混凝土首次出现裂缝的次数要大。这是由于稻草纤维混凝土在连续外力冲击下,将外力传递给稻草纤维,使混凝土与稻草纤维一起承担外力的作用,从而提高了混凝土的抗冲击性能。丝状比杆状稻草纤维混凝土的抗冲击性能更好是因为单位质量下,丝状稻草纤维的相对体积大,因而在混凝土中吸收的冲击能量也就越大。

3 结论

(1)随着稻草纤维的掺量的增加,混凝土的坍落度降低,凝结时间延长,自重减轻。其中,丝状稻草纤维比杆状稻草纤维对混凝土的坍落度、凝结时间、表观密度的影响要大。

(2)不同形状稻草纤维混凝土的抗压、劈裂抗拉及抗折强度会随稻草掺量增加而降低;虽然掺入稻草纤维的混凝土初裂荷载降低,但能够抑制裂缝的扩展。

(3)稻草纤维的掺入能够较大幅度地提升混凝土的韧性。

(4)随着稻草纤维掺量的增加,混凝土的抗冲击性能增强,其中,丝状稻草纤维比杆状稻草纤维混凝土的抗冲击性能更好。

摘要：对同一混凝土配合比,不同形状和不同掺入量的稻草纤维混凝土进行了物理力学性能试验。结果表明,同一混凝土配合比下,随着稻草纤维掺量的增加,不同形状稻草纤维混凝土的物理力学性能会有所影响,抗压、劈裂抗拉及抗折强度会有所降低,但稻草纤维的掺入不仅能改善混凝土的韧性,也可提高混凝土的抗冲击性能。

关键词：稻草纤维混凝土,物理力学性能,混凝土韧性,抗冲击性能

参考文献

[1]徐至钧.纤维混凝土技术及应用[M].北京:中国建筑工业出版社,2003.

[2]贾哲,姜波,程光旭,等.纤维增强水泥基复合材料研究进展[J].混凝土,2007(8):65-68.

[3]林倩,吴飚.浅谈纤维混凝土[J].福建建材,2011(1):30-31.

[4]杨蕊,牛庆伟.纤维混凝土的研究及应用[J].新乡学院学报:自然科学版,2009,26(2):77-78.

高中物理力学综合 篇5

教学目标

通过力学总复习，加深同学们对力学知识的纵向和横向联系的理解；使同学们熟悉和掌握力学部分的典型物理情景；并通过对典型物理情景的剖析，掌握力学问题的思维方法和掌握解决物理问题的基本方法．

教学重点、难点分析

力学知识的横向联系和纵向联系；力与运动的关系；在物体运动过程中，以及物体间相互作用的过程中，能量变化和动量变化的分析．

教学过程设计

一、力学知识概况

二、知识概述

（一）牛顿运动定律

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动力学部分的研究对象，就物体而言分为单体、连接体；就力而言，分为瞬时力与恒力，要通过典型题掌握各自的要领．其中对物体的受力分析，特别是受力分析中的隔离法与整体法的运用是至关重要的，要结合相关题型加以深化．特别是斜面体上放一个物块，物块静止或运动，再对斜面体做受力分析．近年来的试题更趋向于考查连接体与力的瞬时作用相结合的问题．复习中不妨把两个叠加的物体在斜面上运动，分析某个叠加体的受力这类问题当做一个难点予以突破，其中特别注意运用整体法与隔离法在加速度上效果一致的特点．可谓举一反三，触类旁通．

质点做圆周运动时，其向心力与向心加速度满足牛顿第二定律．

万有引力提供向心力，天体的匀速圆周运动问题，是牛顿第二定律的重要应用．

从历年高考试题看，其命题趋势是逐渐把力的瞬时效应与连接体的合分处理结合起来，使考生具有灵活运用这方面知识的能力，其要求有逐年提高倾向．因此对本章的知识的复习必须注意到这一点．

从能力上讲，受力分析的能力、运动分析的能力依然是考查的重点．对研究对象进行正确的受力分析、运动分析，是解决动力学问题的关键．

1．力和运动的关系

物体受合外力为零时，物体处于静止或匀速直线运动状态；物体所受合外力不为零时，产生加速度，物体做变速运动．若合外力恒定，则加速度大小、方向都保持不变，物体做匀变速运动，匀变速运动的轨迹可以是直线，也可以是曲线．物体所受恒力与速度方向处于同一直线时，物体做匀变速直线运动．根据力与速度同向或反向，可以进一步判定物体是做匀加速直线运动或匀减速直线运动；若物体所受恒力与速度方向成角度，物体做匀变速曲线运动．

物体受到一个大小不变，方向始终与速度方向垂直的外力作用时，物体做匀速圆周运动．此时，外力仅改变速度的方向，不改变速度的大小．

物体受到一个与位移方向相反的周期性外力作用时，物体做机械振动． 表1给出了几种典型的运动形式的力学和运动学特征．

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综上所述：判断一个物体做什么运动，一看受什么样的力，二看初速度与合外力方向的关系．

在高中阶段所解决的力与运动的关系问题，无外乎已知物体运动情况，求物体的受力情况；已知物体受力情况，求物体的运动情况．

力与运动的关系是基础，在此基础上，我们还要陆续从功和能、冲量和动量的角度，进一步讨论运动规律．

2．力的独立作用原理

物体同时受几个外力时，每个力各自独立地产生一个加速度，就像别的力不存在一样，这个性质叫做力的独立作用原理．物体的实际加速度就是这几个分加速度的矢量和．根据力的独立作用原理解题时，有时采用牛顿第二定律的分量形式

Fx=max Fy=may 分力、合力及加速度的关系是

在实际应用中，适当选择坐标系，让加速度的某一个分量为零，可以使计算较为简捷，通常沿实际加速度方向来选取坐标，这种解题方法称为正交分解法．

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如图1-9-1，质量为m的物体，置于倾角为θ的固定斜面上，物体与斜面间的动摩擦因数为μ，若要求物体的加速度，可先作出物体的受力图．沿加速度方向建立坐标并写出牛顿第二定律的分量形式

mgsinθ-f=ma，f=μN mgcosθ-N=0 物体的加速度

对于物体受三个力或三个以上力的问题，采用正交分解法可以减少错误，做受力分析时要避免“丢三落四”．

（二）力的积累

从力在空间上的积累效果与力在时间上的积累效果两个角度，来研究物质运动状态变化的规律，是高中物理重点内容．深入理解“功是能量转化的量度”，以及理解在动量守恒过程中能量的变化，是这部分的核心，应着重做好以下几项工作：

1．深入理解几个重要概念

本讲研究的概念较多，有功、功率、动能、重力势能、弹性势能、机械能、冲量、动量等重要概念，这是本讲知识的基础，对于它们的物理意义必须进一步深入理解．

（1）打破思维惯性，正确认识功的计算公式．

功的计算公式W=Fscosθ应用比较广泛，不仅机械功计算经常要应用它，电场力做功和磁场力做功有时也要应用它进行计算．

（2）运用对比方法，区分几个不同的功率概念． ①正确区别P=W/t和P=Fvcosθ的应用范围．

前者为功率的普适定义式，后者是前者导出的机械功的计算公式；前者求出的是t时间内的平均功率，当然t趋近零时，其结果也为瞬时功率，后者公式中的v为瞬时速度大小，求出的功率为瞬时功率；若v为平均速度大小，F且为恒力，求出的即为平均功率．

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在运用P=Fvcosθ进行计算时，要注意θ的大小，也可能求出负值，那是表示阻力的功率，要注意P和F及v是对应的，通常讲汽车的功率是指汽车牵引力的功率．

②正确区别额定功率和实际功率的不同．

额定功率是指机器正常工作时输出的最大功率．实际功率是指机器实际工作时的功率，一般不能超过额定功率．

③正确区分汽车两种启动方法的物理过程的不同．（3）正确理解势能概念．

中学教材研究了重力势能、弹性势能、分子势能、电势能等概念，还要求能够直接运用公式计算重力势能和电势能的大小．

不管哪种形式的势能，其对应的作用力均为保守力，它们做功与路径无关，只与物体的始末位置有关，并且W=-△Ep．势能是个相对量，它的大小与所取的零势能位置有关，但势能的变化与零势能位置的选取无关．因此，为了处理问题方便，要巧妙选取零势能的参考位置．

势能是个标量，它的正负是相对于零势能而言的．比较势能的大小，要注意它们的正负号． 势能属于系统所共有，平时讲物体的重力势能，实际上是物体与地球组成的系统所共有．又如，氢原子核外电子所具有的电势能，实际上应为氢原子所具有．

（4）深入理解动量和冲量的物理意义． ①弄清动量和动能的区别和联系．

动量和动能都是描述物体机械运动状态量的物理量，它们的大小存在下述关系：

它们都是相对量，均与参照物的选取有关，通常都取地球为参照物． 动量是矢量，动能是标量．

物体质量一定，若动能发生变化，动量一定发生变化；若动量发生变化，动能不一定发生变化．例如物体做匀速圆周运动，动能不变，而动量时刻在变．

②正确理解冲量I=Ft．

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I=Ft适用于恒力冲量的计算，是个矢量式，I和F是对应的，方向相同．某一恒力有冲量，该力不一定做功；某一恒力做功，该力一定有冲量．

③弄清冲量和动量的关系．

合外力冲量是物体动量变化的原因，而非动量的原因． 2．熟练掌握动能定理和机械能守恒定律的应用（1）运用动能定理要善于分析物理过程．

例如，总质量为M的列车，沿水平直线轨道匀速前进，其末节车厢质量为m，中途脱节．司机发觉时，机车已行驶L的距离，于是立即关闭发动机滑行．设运动的阻力与质量成正比，比例系数为k，机车的牵引力恒定．当列车的两部分都停止时，它们的距离是多少？

解本题时应注意，前面的列车从脱钩以后到停止，整个运动过程有两个阶段：第一阶段牵引力没撤去时，列车做匀加速直线运动；第二阶段为关闭发动机滑行阶段．运用动能定理时不必分阶段分别列式去研究，应该从整个过程考虑列以下方程式：

再对末节列车应用动能定理，有：

再从整体考虑，有F=kMg

③

本问题求解时也可假设中途脱节时，司机立即发觉并关闭发动机，则整个列车两部分将停在同一地点．然而实际上是行驶了距离L后才关闭发动机，此过程中牵引力做的功可看作用来补偿前面列车多行驶s克服阻力所做的功，即

kMgL=k（M-m）g△s

（2）运用动能定理解连接体问题时，要注意各物体的位移及速度的关系．

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如图1-9-2所示，在光滑的水平面上有一平板小车M正以速度v向右运动．现将一质量为m的木块无初速地放上小车，由于木块和小车间的摩擦力的作用，小车的速度将发生变化．为使小车保持原来的运动速度不变，必须及时对小车施加一向右的水平恒力F．当F作用一段时间后把它撤去时，木块恰能随小车一起以速度v共同向右运动．设木块和小车间的动摩擦因数为μ．求在上述过程中，水平恒力F对小车做多少功？

本题中的m和M是通过摩擦相互联系的．题中已经给出最后两者速度均为v，解题的关键是要找出s车和s木的关系．

由于s车=vt，s木=vt/2，所以

s车/s木=2/1

①

根据动能定理，对于木块有

对于车有

WF-μmgs车=0

③ 将①式、②式和③式联系起来，可得 W=mv2．

3．强化动量守恒定律及其与功能关系的综合应用的训练（1）重视动量守恒定律应用的思维训练． 例如下面这道试题．

如图1-9-3所示，一排人站在沿x轴的水平轨道旁，原点O两侧的人的序号都记为n（n=1，2，3，„）．每人手拿一个沙袋，x＞0一侧的每个沙袋质量m=14kg；x＜0一侧的每个沙袋质量为m′=10kg．一质量为M=48kg的小车以某初速度从原点出发向x正方向滑行，不计轨道阻力．当车每经过一人身旁时，此人就把沙袋以水平速度u朝与车相反的方向沿车面扔到车上，u的大小等于扔此袋之前的瞬间车速大小的2n倍（n是此人的序号数）．（1）空车出发后，当车上堆积了几个沙袋时车就反向滑行？（2）车上最终有大小沙袋共多少个？

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先确定车上已有（n-1）个沙袋时，车与沙袋的动量大小p1，和第n个人扔出的沙袋动量大小p2．如果p2＞p1，则车反向滑行；若p1=p2就停止．要能运用不等式讨论，得出结果．题目中第（2）问，车沿x负方向运动时，也应能用上述思维方法进行分析讨论．

（2）强化动量守恒定律与能量转化的综合计算．

动量守恒定律与机械能守恒定律是两个重要的守恒定律，一些物理过程常常需要运用这两个守恒定律进行处理，这就构造了一类动量和能量的综合题．详见后面例题．

（三）典型物理情景

[例1]一光滑球夹在竖直墙与放在水平面上的楔形木块间，处于静止．若对光滑球施一个方向竖直向下的力F，如图1-9-4所示，整个装置仍处于静止，则与施力F前相比较

[

] A．水平面对楔形木块的弹力增大 B．水平面对楔形木块的摩擦力不变 C．墙对球的弹力不变 D．楔形木块对球的弹力增大 分析与解答：

施加力F，相当于球“重”增加，这样按球“重”G增加来分析各个力的变化，就使问题简化了一层，从整体分析受力，不难得出水平面对楔形木块的弹力增加．

确定选项A正确．

但是，若简单地认为竖直方向的力增加，不会影响水平方向的力的变化，就认定选项B（甚至于选项C）也正确，就犯了片面分析的错误．

如果从另一角度稍加分析，不难看出球与墙之间是有相互作用力的，若没有墙，球就不可能静止．

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以球为研究对象，其受力如图1-9-5所示，墙对球的弹力T和斜面对球的弹力N1分别为

T=Gtanθ，N1=G/cosθ

G增加，当然T、N1都增加．T增加，从整体看水平面对楔形木块的摩擦力f=T．因此四个选项中所涉及到的力都应是增大的．

本题选项A、D正确．

[例2]在图1-9-6所示的装置中，AO、BO是两根等长的轻绳，一端分别固定在竖直墙上的同一高度的A、B两点，∠AOB=120°，用轻杆CO使OA、OB两绳位于同一水平面内，OD垂直于AB，轻杆OC与OD在同一竖直平面内，C端固定在墙上，∠COD=60°．在结点O用轻绳悬挂重为G的物体，则绳OA受到的拉力大小为____；杆OC受到的压力大小为____．

分析与解答：

本题的“难”在于涉及三维空间，但是题目也明确给出了两个平面：△AOB所在的水平面及△COD所在的竖直平面．本题应从我们熟悉的平面问题入手来解．

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位于水平面内的AO、BO两绳等长，且整个装置左右对称，可见两绳的拉力相等，设为T，又已知∠AOB=120°，因此，不但能确定两绳拉力的合力的方向是沿OD的，而且合力的大小也等于T．于是若OD为一绳，就可以取代（等效）AO、BO两绳的作用，题目就转化为如图1-9-7所示装置的问题，且求出OD绳的拉力就等于求出OA绳的拉力．

不难得出：

OC杆受压力：N=G/sin60°=2G [例3]物体静止在光滑水平面上，先对物体施一水平向右的恒力F1，经t秒后物体的速率为v1时撤去F1，立即再对它施一水平向左的恒力F2，又经t秒后物体回到出发点时，速率为v2，则v1、v2间的关系是 [

] A．v1=v B．2v1=v2

C．3v1=v2 D．5v1=v2 分析与解答：

设物体在F1作用下，在时间t内发生的位移为s；则物体在F2作用下，在时间t内发生的位移为-s；根据平均速度的定义，以及在匀加速直线运动中平均速度与即时速度的关系，可得物体在F1作用下的平均速度

说明：

包括匀加速直线运动和匀加速曲线运动．对于匀加速直线运动，无论物体是否做往返运动，上式都成立；对于匀加速直线运动，注意上式的矢量性．

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[例4]从倾角为30°的斜面上的A点以水平速度v0平抛出的小球，最后落在斜面上B点，如图1-9-8所示．求（1）物体从A到B所需时间；（2）若物体抛出时的动能为6J，那么物体落在B点时的动能为多少？

分析与解答：

物体水平抛出后，做平抛运动，假设经过时间t落在斜面上的B点，则： 物体在水平方向上的位移为x=v0t 物体在竖直方向上的位移为y=gt2/2

如果物体落在B点的速度大小为v，则

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[例5]如图1-9-9所示，置于光滑水平面上的斜劈上，用固定在斜面上的竖直挡板，挡住一个光滑球．这时斜面和挡板对球的弹力分别是N和T．若用力F水平向左推斜劈，使整个装置一起向左加速运动，则N与T的变化情况是N____，T____．

分析与解答：

首先弄清静止时的情况，这是变化的基础．设球重G，斜面倾角θ，这是两个不变化的物理量．受力图已在原图上画出，静止时有

Ncosθ=G，Nsinθ=T 于是可得

N=G/cosθ，T=Gtanθ 当整个装置一起向左加速运动时，N′cosθ=G，N′sinθ-T′=ma 于是可得

N′=G/cosθ，T′=Gtanθ-ma 因此，N′=N，T′＜T 其实，这一问题，也可以这样思考：整个装置一起向左加速运动时，在竖直方向上，系统依然处于平衡状态，所以球在竖直方向受合力仍然为零．即仍要满足N=G/cosθ，正是这一约束条件，使得斜面对球的弹力N不可能发生变化，于是使得重球向左加速运动，获得向左的合外力的唯一可能就是T减小了．

本题答案是N不变，T减小．

本题给我们的直接启示，是要树立“正交思维的意识”，即在两个互相垂直的方向上分析问题． 对比和联想，特别是解题之后的再“想一想”，是提高解题能力的“事半功倍”之法．譬如： 其一，本题若改为整个装置竖直向上加速运动，讨论各个力的变化情况时，绝不能简单地套用本题的结论，得出“N增大，T不变”的错误结论．同样应由竖直与水平两个方向的约束条件分析，由竖直方向向上加速，可得N增大；由水平方向平衡，注意到N增大，其水平方向的分量也增大，T=Nsinθ，也会随之增大，“正交思维的意识”是一种思维方法，而不是某一简单的结论．

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其二，本题还应从T减小联想下去——这也应形成习惯．挡板对球的弹力T的最小值是零．若T=0，可得出球以及整个装置的加速度a=gtanθ，这是整个装置一起向左加速运动所允许的最大加速度，加速度再大，球就相对斜面滑动了．

若a=gtanθ，既然T=0，那么挡板如同虚设，可以去掉，这样对斜劈的水平推力F的大小，在知道斜劈和重球的质量（M和m）的前提下，也可得F=（M+m）gtanθ．

[例6]质量分别为m1和m2的1和2两长方体物块并排放在水平面上，在水平向右的力F作用下，沿水平面加速运动，如图1-9-10所示，试就下面两种情况，求出物体1对物体2的作用力T．

（1）水平面光滑．

（2）两物块与水平面间的动摩擦因数μ相同． 分析与解答．

（1）以整个装置为研究对象，它们的加速度为a，则

再以物块2为研究对象，物块1对2的作用力T，有

（2）与上述过程相同．以整个装置为研究对象，它们的加速度为a′，则

再以物块2为研究对象，物块1对2的作用力T′，有

T′-μm2g=m2a′

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两种情况的结论相同，这是因为与“光滑”情况相比较，两物块在运动方向上都各增加了一个力，而这个力是与两物块的质量成正比出现的，两物块的加速度为此改变了相同的值，并非它们之间相互作用力改变造成的；反之，若两物块之间的相互作用力发生了变化，两物块在相反方向上改变了相同的值，为此它们的加速度将一个增加，一个减小，不可能再一起运动了．这与事实不符．

另外，1998年高考有一道类似的试题：

题中给出物块1的质量为2m，与水平面间的摩擦不计，物块2的质量为m，与水平面间的动摩擦因数为μ，同样在水平力F作用下加速运动，求物块1对物块2的作用力．

解的步骤依然是：

（3）以整个装置为研究对象，它们的加速度为a，则

再以物块2为研究对象，物块1对2的作用力T，有

T′-μm2g=m2a′

所以

F=（M+m）g（tanθ+μ）[例7]一平板车质量M=100kg，停在水平路面上，车身的平板离地面的高h=1.25m，一质量m=50kg的小物块置于车的平板上，它到车尾（左端）的距离b=1.00m，与车板间的动摩擦因数μ=0.20，如图1-9-11所示．今对平板车施一水平方向向右的恒力，使车向前行驶，结果物块从车板上滑落．物块刚离开车板的时刻，车向前行驶的距离s0=2.0m．求物块落地时，落地点到车尾的水平距离s．（不计路面与平板车以及轮轴之间的摩擦，取g=10m/s2）

分析与解答：

车启动后，物块受向右的摩擦力f=μmg，同时车也受同样大小向左的摩擦力．物块与车都向右加速运动，物块能从左侧离开车，表明车的加速度a2大于物块的加速度a1．图1-9-12所示为从启动到物块将离开车时，它们的位移关系．

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对物块：

初速度为零，加速度a1和位移s1大小分别为

a1=μg=2.0m/s2 s1=s0-b=1.0m 所用时间t1和末速度v1分别为

此间车的加速度a2和末速度v2分别为

由对车使用牛顿第二定律F-μmg=Ma2 作用于车向右的水平恒力F=500N 物块离开车板后，做平抛运动，到落地所用的时间

水平射程s′1=v1t2=1.0m 在物块做平抛运动这段时间内，车做匀速运动的加速度

a3=F/M=5m/s2

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所以s=s2-s′1=1.625m 说明：

这道题要求同学能根据题给条件，对整个运动要有一个清晰的分析．对涉及的车子、小物块在整个过程的各个阶段的运动特点都有明确的概念．这样就不难根据有关规律列出它们在各个阶段的有关方程．这道题列出的联立方程较多，因而要求同学具有一定的应用数学工具处理物理问题的能力，和把比较复杂的问题一步一步演算到底的心理素质．

[例8]如图1-9-13所示，轻绳长L，一端固定在O点，另一端拴一个质量为m的小球，使小球在竖直平面内做圆周运动．欲使小球能通过最高点，试证明：

（2）小球通过最低点和最高点所受的绳拉力T1和T2之差有：T1-T2=6mg． 分析与解答： 由牛顿第二定律

由机械能守恒定律得

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由①、②、③式得 T1-T2=6mg [例9]质量m=4×103kg的汽车，发动机的额定功率为P0=40×103W．若汽车从静止开始，以a=0.5m/s2的加速度做匀加速直线运动，运动中受到大小恒定的阻力f=2×103N，求：

（1）汽车匀加速运动的时间．（2）汽车可达的最大速度Vm．（3）汽车速度v=2vm/3时的加速度a1． 分析与解答：

若对汽车发动机的额定功率缺乏正确的理解，那么，对本题所设两问就不可能理解，更不用谈正确的解．汽车发动机的额定功率是允许的最大输出功率，发动机的输出功率P等于汽车的牵引力F与速度v的乘积，即

P=Fv

就本题而言，应分两个阶段分析：

第一阶段，汽车从静止开始做匀加速直线运动，且阻力f恒定．因此，这一阶段汽车的牵引力恒定，由P=Fv可知，随汽车速度的增加，发动机的输出功率也将随之增加．

但是汽车发动机的功率不可能无限增加．在达到额定功率后，汽车速度再增加，只能导致牵引力F减小，从而加速度减小．但速度仍在增加，又会使牵引力减小，加速度减小，„„这就是为什么会有匀加速运动的时间之说．直到汽车的加速度为零时，即牵引力减小到与阻力平衡，汽车的速度才达可能的最大值vm，以后在额定功率下，汽车做匀速运动．

具体解法如下：

（1）汽车做匀加速直线运动，由牛顿第二定律得F-f=ma，F=4×103N 汽车做匀加速运动的过程，发动机的输出功率随之增加，当达额定功率时，汽车匀加速运动可达的最大速度v′，有v′=P0/F 汽车匀加速运动所用的时间

t=v′/a=20s

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（2）这以后汽车保持恒定的额定功率，做加速度逐渐减小的加速运动，当加速度减为零时，速度达到最大值vm，此时有

vm=P0/f=20m/s（3）v=2vm/3时，由于v＞10m/s，所以汽车正处于加速度减小过程中．汽车的加速度（即时加速度）

图1-9-14是本题所述过程的v-t图线，t=20s前，汽车牵引力恒定，做匀加速直线运动，在t=20s后，汽车的功率恒定，做加速度逐渐减小（图线的斜率逐渐减小）的加速运动．不难看出，这两种启动方法物理过程是有所不同的．

为了把功率知识和牛顿第二定律与动能定理有机结合起来，还可讨论下面的问题： ①在汽车保持P0不变的启动过程中，当速度达到最大速度vm的一半时，加速度为多大？

②若汽车先以恒力F启动，达到v′m后再保持P0不变的运动．如果知道从v′m到刚达到v通过的位移s，那么汽车从静止开始到速度刚达到vm的时间为多少？

[例10]质量为m的钢板与直立轻弹簧的上端连接，弹簧下端固定在地上．平衡时，弹簧的压缩量为x0，如图1-9-15所示．一物块从钢板正上方距离为3x0的A处自由落下，打在钢板上并立刻与钢板一起向下运动，但不粘连，它们到达最低点后又向上运动．已知物块质量也为m时，它们恰能回到O点．若物块质量为2m，仍从A处自由落下，则物块与钢板回到O点时，还具有向上的速度．求物块向上运动到达的最高点与O点的距离．

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分析与解答：

对于这类综合题，要善于分析物理过程中各个阶段的特点及其遵循的规律，要注意两个物体在运动过程中相关量的关系．

质量为m的物块运动过程应分为三个阶段：第一阶段为自由落体运动；第二阶段为和钢板碰撞；第三阶段是和钢板一道向下压缩弹簧运动，再一道回到O点．质量为2m的物块运动过程除包含上述三个阶段以外还有第四阶段，即2m物块在O点与钢板分离后做竖直上抛运动．弹簧

对于m：

第二阶段，根据动量守恒有mv0=2mv1

②

对于2m物块：

第二阶段，根据动量守恒有2mv0=3mv2

④

第三阶段，根据系统的机械能守恒有

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又因

E′p=Ep

⑦

上几式联立起来可求出：l=x0/2 同步练习

一、选择题

1．A球的质量为2m，以速度v0沿正x轴方向运动，B球的质量为m，静止在x轴上某处．A、B球发生碰撞后均沿正x轴方向运动，则B球可能的速度为

[

] A．v0

B．2v0

C．3v0

D．4v0 2．一辆汽车刹车后做匀减速直线运动停下，已知汽车前一半时间的

[

]

3．物体在几个力作用下保持静止，现只有一个力逐渐减小到零又逐渐增大到原值，则在这个力变化的整个过程中，物体速度大小变化的情况是

[

] A．由零逐渐增大到某一数值后，又逐渐减小到零 B．由零逐渐增大到某一数值后，又逐渐减小到某一数值 C．由零逐渐增大到某一数值 D．以上说法都不对

4．一根水平绳子有相距L的a、b两点，有一列横波沿绳传播，在某时刻a、b均在通过平衡位置，且a、b之间没有波峰只有一个波谷，经过时间t，a处第一次出现波峰，b处第一次出现波谷，那么，这列波的传播速度是

[

]

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5．如图1-9-16所示，小车沿水平面做直线运动，小车内光滑底面上有一物块被压缩的弹簧压向左壁，小车向右加速运动．若小车向右加速度增大，则车左壁受物块的压力N1和车右壁受弹簧的压力N2的大小变化是

[

] A．N1不变，N2变大 B．N1变大，N2不变 C．N1、N2都变大 D．N1变大，N2减小

6．一个做变速运动的物体

[

] A．若改变物体速度的是重力，则物体的机械能不变 B．若改变物体速度的是摩擦力，则物体的机械能一定减小 C．若改变物体速度的是摩擦力，则物体的机械能可能增大 D．物体的速度增大时，物体的机械能可能减小

7．如图1-9-17所示，一只箱子放在粗糙的水平地面上，甲用与地面成θ1角的恒力F1斜向上拉箱子，乙用与地面成θ2角的恒力F2斜向下推箱子，箱子做匀加速运动，其加速度为a，若乙不推箱子，则箱子的加速度

[

]

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A．一定小于a

B．可能小于a C．可能大于a

D．可能等于a

8．如图1-9-18所示，物块放在粗糙斜面上保持静止，斜面体水平向左加速运动，当加速度减小时物块始终相对斜面静止，则物块所受斜面的摩擦力f和支持力N的大小变化情况可能是 [

] A．f增大，N减小

B．f减小，N不变

C．f不变，N减小

D．f减小，N减小

9．A球的质量为mA，以某一速度沿光滑水平面向静止的B球运动，B球的质量为mB．A与B发生正碰，碰撞过程中机械能不损失，当B球质量取不同值时，则碰撞后

[

] A．mB=mA时，B球速度最大 B．mB=mA时，B球动能最大 C．mB＜mA时，mB越小B球速度越大 D．mB＞mA时，mB越大B球动量越大

10．如图1-9-19所示，在倾角为θ的斜面上有A、B两个长方形物块，质量分别为mA、mB．在平行于斜面向上的恒力F的推动下，两物块一起向上做加速运动．A、B与斜

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面间的动摩擦因数为μ．设A、B之间的相互作用力为FAB，当它们一起向上加速运动过程中

[

]

C．斜面倾角θ如有增减，FAB值也将随之增减

D．不论倾角如何变化（0≤θ≤90°），FAB值都保持一定

11．如图1-9-20所示，传送皮带不动时，物块由皮带顶端A从静止开始滑下到皮带底端B用的时间是t，则

[

]

A．当皮带向上运动时，物块由A滑到B的时间一定大于t B．当皮带向上运动时，物块由A滑到B的时间一定等于t C．当皮带向下运动时，物块由A滑到B的时间可能等于t D．当皮带向下运动时，物块由A滑到B的时间可能小于t

二、非选择题

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12．如图1-9-21，竖直圆环的内侧为光滑的凹槽，aOb为其水平直径．两个相同的小球A和B，同时从a点以相等的初速率v0，A沿凹槽向上运动，B沿凹槽向下运动，运动中两球均未脱离圆环．在圆环上的b、c、d三点位置中，两球相遇的位置可能是在____点．

13．汽车拉一拖车沿平直公路匀速行驶，中途拖车与汽车脱钩，若汽车的牵引力不变，汽车和拖车受到的阻力也不变，则在拖车停止运动前，汽车、拖车系统的总动能____，总动量____．（填增加、减少或不变）

14．将一根长为L的细绳上端固定，下端挂一质量为0.5kg的重物（可视为质点）．最初，重物及绳与固定端同处于一水平线上，重物被无初速释放后，将在竖直平面内做圆周运动，当其运动到最低点时绳受力为F，细绳刚好被拉断．若换一根长为1.5L，其在竖直平面内摆动时，摆角不能超过____度．

15．如图1-9-22，一物体以40J的初动能从斜面顶端下滑，途经A点时，动能已减少10J，机械能已减少30J；到达底端时，速度刚好减为零．若使该物体从斜面底端沿斜面上滑，要能使其达到顶端，则上滑的初动能至少应为____J．

16．水平匀速飞行的轰炸机正向敌方阵地上空飞来，被水平地面上与飞机直线距离为l的敌方阵地雷达发现，设飞机速度矢量与雷达在同一竖直面内，这时雷达监测飞机的仰角（即雷达观察飞机的方向与水平面间的夹角）为θ，与此同时，飞机上自由释放一颗炸弹，试分析飞机应以多大水平速度飞行，才有可能使炸弹命中敌方雷达？

17．如图1-9-23所示，在光滑水平面上放置一长为L、质量为M的长方形木板A，木板的右端固定一竖直挡板，挡板上装有一水平轻弹簧，弹簧原长为l0；木板的左端上放有一质量为m的小滑块B，滑块与长木板间的动摩擦因数为μ．今给长木板A一短暂

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时间的冲量，使A获得某一向左的瞬时速度v0，此后滑块B将在长木板上相对长木板向右运动并把弹簧压缩至最短为l．如果最终滑块B能刚好停在木板A的左端而不掉下，试确定长木板A运动的初速度v0．

18．如图1-9-24所示，质量为9m的圆木板，中心系一根长为L的细绳，绳的另一端拴一质量为m的小球．最初将小球与圆木板靠在一起从固定钢板C正上方高h=0.2m处由静止释放．钢板C中心有一孔，孔径比小球直径大，但比圆木板直径小．小球与圆木板落下后，圆木板与钢板C发生无机械能损失的碰撞，小球穿过孔后继续下落，运动到细绳绷紧时，球与圆木板达到一共同速度v，若不计空气阻力，细绳绷紧时，绳的拉力远大于圆木板和球的重力，要使球与圆木板达到共同速度v时方向向下，试确定细绳的长度L应满足的条件．

参考答案

1．A 2．B 3．C 4．AB 5．B 6．ACD 7．BCD 8．AD 9．BCD

10．AD 11．BCD 12．C 13．增加 不变

初中物理力学教学策略探究 篇6

关键词： 初中物理 力学 教学策略 相关探究

随着我国新课程改革的实施，我国在教育领域进行了全面革新，社会对初中物理学科的学习效果与质量越来越重视。教师教学效果的好坏与学生学习态度、方法、能力水平的高低有很大关系。尤其是初中物理课堂中，新课改初中物理教学已经不再对传统理论知识一味灌输，教师必须在实际教学中运用有效教学策略进行课堂教学，重在培养学生的物理实践操作能力。力学作为初中物理重要的学习内容，对初中学生物理学习水平提高具有至关重要的作用。

一、初中物理力学教学现状

（一）实验教学相对滞后

物理学科的重点在于实验研究，实验是物理教学的关键，通过实验开展能提高学生创新能力，加深对物理现象的理解。然而，传统物理力学教学在这一块有所欠缺，有明显的滞后性，造成这种结果的原因很多，其一是实验教学观念不足，从而忽视实验教学，教师出于各种原因没能组织学生进行物理力学实验。其二实验设备的不全导致物理力学教学实验教学的滞后性，而这一点在农村地区体现得最为明显。其三很多实验设备跟不上新课程改革，实验设备多处于老化状态，为物理力学实验教学增添难度。

（二）教学观念相对落后

当前我国物理教学观念相对落后，同时存在较强的固化性。固化性的产生与我国传统教育教学观念、模式有直接关系。我国传统教育教学重点强调“应试教育”，教学过程通常受到考试限制，在物理教学中，教师依然采用传统教学模式，也就是说，课堂教学中，教师通常发挥主导作用，从而忽视学生自主学习能力培养，传统教学模式会对学生学习积极性造成致命打击，甚至让学生产生厌学情绪，十分不利于物理教学效率的提高。

二、促进物理力学教学的有效措施

（一）贴近生活实际

物理源于生活，教师进行物理力学课堂教学时必须将其与实际生活经验充分结合起来。教师在物理课上可以先结合书本讲授内容，然后利用课堂实践让学生对物理知识进行验证，一方面加深学生对知识的理解，另一方面为物理学习增添趣味性。为了让学生更好地掌握力学知识，教师可以将学生实际生活经验与力学课堂教学有机结合起来，初中阶段学生很喜欢打篮球，教师应该利用这一点，激发学生兴趣。例如：小阳与同学玩篮球休息时，讨论了关于篮球的一些问题，下列说法正确的是哪一项？A.投篮时，篮球离开手后能继续向上运动，是因为人对篮球做了功率。B.篮球上升到最高点时，此时篮球受力平衡。C.篮球撞在篮板上被弹回的过程中，弹性势能转化为动能。D.落到地面的篮球会跳起，而且越跳越低，此过程中机械能是守恒的。当教师提出这个问题，学生的注意力便会一下子被集中起来，从而达到教学目的。

（二）现代化教学方法

随着科学技术的发展，信息技术已经渗透到我国各行各业当中，我们可以将先进技术引入物理力学课堂教学中，利用多媒体教学方法，结合课堂讨论，通过现代化技术充分调动学生学习积极性与主动性，丰富教学内容。以一道力学题目为例：当天平处于平衡状态时，若将水面上的木块取出，直接放到天平右盘上，那么天平会发生什么情况？当学生看到这类型题目，一时之间找不出有效的解决措施，这时候，教师便可以将多媒体设备应用其中，将天平用动态方式呈现出来，让学生观察到天平的整个变化过程，促进学生对相关知识的了解。

（三）加强实验教学

对于物理力学教学而言，课堂理论教学并不能起到一定作用。因此，我们必须加强实验教学，让学生走向社会是物理教学的重要组织形式，例如：为了帮助学生初步了解流体的压强与流速的关系，教师先设置相关问题：气体的压强与气体的流速有关系吗？有什么关系？再通过实验进行实验教学。教师先取两张白纸，让其平行自然下垂，再向两纸中间吹气，在实验过程中，请一名学生观察，得出结论后，教师可以要求学生联系生活实际举出相应例子，加深理解。

（四）开展物理课外活动

为了强化物理力学教学效果，学校可以积极开展物理课外活动，一方面加深学生对知识的理解，另一方面为物理学习增添很多趣味性。物理课外活动是课堂教学的重要补充，是培养学生能力的重要途径。物理课外小组活动组织具有一定原则，如实践性原则、因材施教原则、因地制宜原则与自主性原则等。

三、结语

物理力学是初中阶段学生必须学习的内容，教师必须加强对学生力学知识的教学，利用行之有效的教学方法，加强物理实验教学，结合实际生活，积极开展物理课外活动，将多媒体教学方法充分应用于课堂教学中，转变传统教学观念及方式，采取灵活多样的方法，激发学生对物理的学习兴趣，使初中物理教学出现一次质的飞跃，促进学生全面发展。

参考文献：

[1]赵元.初中物理探究式实验教学的策略分析[J].赤子（中旬），2013（11）：84-85.

物理力学性能 篇7

我国是产竹大国,竹类资源十分丰富,其面积和产量均居世界首位,为竹材加工成各种产品,满足国民经济建设和人们生活的需求提供了有利的条件。我国竹类资源中利用价值最高的毛竹产量约占世界的90%。四川及西南各省均有大量的竹类资源,竹子除在工业和日常生活用品上大量使用外,还广泛用于民用建筑。竹材是我国传统的建筑材料,在南方盛产竹材的地区,无疑是要首先考虑到的。广州市近郊农民住房墙内的竹筋,有的已使用230多年,仍然保持完好。而在土中加筋,我国很早就有应用,如古代劳动人民在土坯中加入草筋或竹筋,以提高土墙的强度,通过泥沼地带的道路采用柴排处理,加固堤岸用土袋或树枝压条等,这些都是加筋土的应用。但由于无人进行总结和研究,故一直无较大的发展。

使用竹筋令人担心的首要问题是寿命问题,要想延长使用寿命,就必须对所采用的竹筋进行防腐、防虫处理。但对竹筋进行防腐、防虫处理后是否会对竹筋的物理力学性能带来不利影响或改变了竹筋的物理力学性能就显得尤为重要,是竹筋能否得到广泛应用的关键。

本文以较为常见的凤尾竹作为竹筋进行了研究。其做法及试验数据如下:

为了对竹筋的力学性能有更深入的认识,实际模拟加筋(竹筋)复合土施工的做法,取凤尾竹中部晾干,然后将竹筋截成30 cm长,2 cm宽,厚约1 cm的竹筋共6组,每组3根。为了保证抗拉破坏在中部实现,对每根竹筋中部10 cm长部分作变截面处理,截面变成1 cm宽,两端维持2 cm宽不变。但须注意变截面处应渐变,不能突变,避免受拉时应力集中两端首先受剪破坏。

为了进一步研究防腐、防虫处理对竹筋力学性能的影响,将3组竹筋进行防腐、防虫处理(焦油浸注),然后进行对比性试验。抗拉强度试验在万能试压机上进行。

加载时要注意控制加载速度,以及保证试件垂直,避免竹筋两端首先抗剪破坏而中部远未达到抗拉强度,使试件报废。

按以上要求分别对3组9根浸注过焦油和3组9根未浸注过焦油的竹筋试件进行抗拉强度试验。对比试验值见表1,表2,其对比应力应变曲线见图1,图2。

课题组对两组共18根试件数据进行了汇总和整理,见表3。

从表3试验结果中可以得出以下结论:

1)竹筋无论是否浸注,其变形为弹性变形,基本无塑性变形,一达到极限抗拉强度就迅速破坏,没有明显屈服强度,呈脆性破坏的特征。

2)竹筋无论是否浸注,竹筋的极限抗拉强度均非常高,平均值分别达到238.8 MPa(浸油)和274.5 MPa(未浸油),超过了光圆钢筋的抗拉强度设计值210 MPa,而且标准差小,只有平均值的5%左右,基本能达到95%的保证率。

3)竹筋无论是否浸注,其弹性模量较小,平均值分别为0.261E5MPa(浸油)和0.241E5MPa(未浸油),约为钢筋弹性模量的1/10,体现变形大的特点。

4)竹筋浸注焦油与否对其力学性能没有明显影响,其极限抗拉强度、弹性模量、应力应变关系、脆性破坏特征等均无明显变化。

可以看出,竹筋有如此良好的抗拉强度等力学性能,而且十分经济,约为钢材价格的1/10,便于就地取材,方便施工且无污染。加筋复合土正是利用了竹筋的这些优点,可以预见天然竹材作为拉筋材料具有良好的应用前景。

参考文献

[1]周世良,何光春.加筋土挡墙研究现状及展望[J].重庆交通学院学报,2006(5):31-32.

[2]周芳纯.竹材物理力学性质的研究[J].南方林业大学学报,1981(2):17-18.

[3]于文吉,江泽慧,叶克林.竹材特性研究及其进展[J].世界林业研究,2004(5):22-24.

探析中学物理力学教学 篇8

一、从全局观点分析力学部分

从全局观点分析力学部分, 揭示物理学的基本规律, 有目的地提高学生的思维品质, 增强学生的物理思维能力, 应从以下三个方面分析。

1. 力学的基本知识结构

牛顿运动定律是经典力学的基础, 动能定理和动量定理及其守恒定律是经典力学的栋梁。现行的体系是先讲静力学, 后讲运动学, 最后讲动力学。把牛顿三定律按三、一、二的顺序安排, 第三定律放在静力学中讲授。这种安排符合由易到难、循序渐进的原则, 即学习静力学时, 有牛顿第三定律作准备知识;学习牛顿第二定律时, 有力的合成与分解先行。静力学的教学, 要求学生正确理解力的概念。物体受力分析是力学中的关键, 几乎所有的力学问题都要涉及物体的受力分析, 所以静力学教学是最重要的基础。

2. 物理思维方式

思维是人脑对客观事物进行加工的过程, 是人脑的功能, 通过表象、概念判断和推理及其他过程来反映客观现象的能动过程.物理思维就是运用思维的一般规律于物理学习、研究中所体现的具体的一种思维方式。掌握物理思维结构, 就是要掌握怎样运用思维的基本形式和思维的基本方法, 以便能更好地、有目的地培养学生的思维能力。

“力”章中, 要重点讲清三种力产生的条件及力的大小和方向, 为物体受力分析做好准备。力的三要素, 对质点来说不会发生关于力的作用点的问题, 而对刚体来说, 力的作用效果除了跟力的大小和方向有关, 还跟力的作用点的位置有关。与其说力的作用点是一个要素, 还不如说力的作用线是一个要素。物体的平衡用“平衡”和“固定转动轴的物体”等理想模型方法;“力的分解和合成”用分析、综合、等效的方法。

“牛顿运动定律”用经验归纳方法论。虽然第一定律不能用实验直接证明, 但由第一定律推导出的一切结论都与实验结果相符合, 这就间接地证明了牛顿第一定律的正确性。例如用气垫导轨实验, 运动物体———滑块在水平方向可以近似地认为不受力, 因而它近似地做水平匀速直线运动。随着科学技术的日益发展, 牛顿第一定律有可能得到更加严密的证明。牛顿第二定律是通过实验归纳得出的。在“功和能”、“机械能守恒定律”、“动量、动量守恒”这几章中, 主要是用推理的方法。如教材中机械能守恒定律是借助于运动学和动力学的知识推导出来的。但应当明确一点, 这是一条实验规律, 是实践经验的总结, 是客观规律的反映。这些规律能够相互推导, 这说明它们之间存在着内在联系。动量定理出自牛顿第二定律, 又异于牛顿第二定律。牛顿第二定律是一个瞬时的关系, 而动量定理则说明状态过程, 它可以按过程始末状态处理物体的动量变化, 而不必涉及过程的细节。如果只考虑两个物体的孤立体系, 把牛顿第三定律与牛顿第二定律结合起来, 就得到作用前后的总动量不变的结论。我们可以用实验进行检验, 牛顿也正是用这个方法验证牛顿第三定律的。

“振动与波”一章研究的主要方法是从一般到特殊的推理过程, 运用了动力学和运动学的基本规律, 导出满足机械能和机械振动规律的新结论。

3. 物理学规律最精确的语言表达

在教学过程中, 只有将教材的教学方法、结构搞清楚, 才能达到运用数学方法解决物理问题的目的。在“力”这一章中, 重点解决什么是矢量和矢量的运算方法问题。对物理矢量必须透彻理解, 掌握其数学运算法则———矢量的平行四边形法则。引导学生对“代数和”与“矢量和”进行对比, 体会矢量的质的差别, 从而自觉地运用矢量运算法则。在“物体的运动”这一章中, 先提出质点这个理想化模型, 并研究质点动力学中的几个基本概念、位移、速度、加速度等。从数学角度分析这些量之间的函数关系, 再进行运动的合成与分解的矢量运算。

“机械能”和“动量”这两章是在运动学和动力学的基础上讨论力的空间和时间积累效应, 从而引出功和能、冲量和动量等概念。功和能将矢量运算变成了代数运算。教材从力对物体做功引出动能和动量定理, 研究了重力、弹力做功的特点, 引出势能的概念, 得出结论:在只有重力、弹力做功时, 机械能守恒。在应用动量守恒定律时, 应选用惯性系, 物体的动量mv、速度v的大小和方向也与参照系的选取有关。应特别注意计算同一系统中各部分的动量不能用不同的参照系。

二、既要发展学生的智力, 又要培养学生的能力

物理教学既要发展学生的智力, 又要培养学生的能力, 而后者较前者更为重要。从物理学本身来看, 它研究的各种现象和规律是互相联系的, 既要运用最科学的方法传授给学生, 又要使他们具有独立获取知识和驾驭知识的能力。

1. 系统化结构化的教学

在中学物理教学中, 两条主线贯穿力学———动能定理和动量定理、机械能转换和守恒定律及动量守恒定律。这两个定理、两个定律来源于牛顿运动定律, 与牛顿三定律一起构成质点动力学的基本规律, 是力学部分的重点知识。围绕这两条主线, 要深入分析牛顿运动定律, 为这两个定理打好基础。动量定理、动能定理是在牛顿定律基础上派生出来的定理或推论, 它们提供的表达式与牛顿运动定律等价, 可代替牛顿二定律的矢量表达式中的某分量式, 而不是什么新的表达式。但是动量守恒定律是自然界普遍的规律之一, 能量守恒和转换定律也是反映自然现象的重要的规律之一, 它们的作用远远超出了机械运动的范围。

2. 培养学生的独立实验能力和自学能力

要培养思想活跃, 有创新精神和创造能力的人才, 就必须加强学生的实验能力和自学能力。物理实验是将自然界中各种物理现象在一定条件下, 按照一定的物理规律创造一定的条件使它重现。做物理实验, 必须满足于一定的条件才能获得预想的结果, 如设计实验步骤、选择测量仪器、正确观察现象、完整的读取数据、严格的计算, 是做好实验不可缺少的过程。让学生按照上述过程科学训练, 掌握科学实验的规律, 激发学习积极性, 就能增强学生灵活运用物理知识解决实际问题的能力。

物理力学性能 篇9

RbC的绝干密度、吸水率和混合料拌和用水量随粉煤灰掺量的变化趋势,与Rb用量为60 %的RbC基本相同。当粉煤灰掺量为25 %时,RbC的绝干密度降低10.1 %,吸水率提高43.9 %,混合料拌和用水量增加35.5 %,变化幅度均高于Rb用量为60 %的RbC。

2.2.4 Rb用量为30 %时RbC的性能

表8列出了Rb用量为30 %时,不同粉煤灰掺量下的RbC配合比及性能。当粉煤灰掺量为5 %、10 %、15 %、20 %和25 %时,RbC的抗压强度分别提高14.1 %、21.5 %、13.6 %、7.3 %和2.3 %。其中粉煤灰掺量为10 %时,RbC抗压强度处于最大值;RbC的抗压强度随粉煤灰掺量的变化趋势与Rb用量为60 %和45 %的RbC很相似,但随着Rb用量的减少,RbC抗压强度增幅减小。

RbC的绝干密度、吸水率和混合料拌和用水量随粉煤灰掺量的变化趋势,与Rb用量为60 %和45 %的RbC基本相同。当粉煤灰掺量为25 %时,RbC的绝干密度降低9.5 %,吸水率提高38.7 %,混

合料拌和用水量增加33.8 %。

2.2.5 小结

在RbC中掺加粉煤灰后,其物理力学性能出现显著变化。①随着粉煤灰掺量的增加,RbC的绝干密度先增加至最大值(粉煤灰掺量在5 %左右),然后逐步下降。随着Rb用量的降低,RbC绝干密度增幅减小,这与粉煤灰对RcC性能的影响趋势基本一致;②RbC的抗压强度先随粉煤灰掺量的增加而提高,当达到最大值后,进一步增加粉煤灰掺量,RbC抗压强度逐步下降。即使当粉煤灰掺量较高时,RbC的抗压强度仍处于正增长。随着Rc用量的降低,粉煤灰对RbC抗压强度的增幅减小;③RbC的吸水率和混合料拌和用水量随粉煤灰掺量的增加显著提高;④为保证RbC的综合性能,粉煤灰掺量宜控制在5 %～15 %范围内。

2.3 粉煤灰掺量对RcbC性能的影响

循环再生建筑垃圾时,由于技术和经济原因,废混凝土和废烧结砖通常很难分开,即使是分开利用,也是以某种组分为主,另一种为辅。本节将研究混合再生原料总量不变、Rc与Rb比例变化时,粉煤灰掺量对RcbC物理力学性能的影响,研究结果对实际应用更有价值。混合再生原料用量设计60 %、45 %和30 %等3组。

2.3.1 混合再生原料总量为60 %时RcbC的性能

无论混合再生原料组成如何变化,掺加粉煤灰的所有配比的RcbC抗压强度均有所提高(见图1)。但混合再生原料组成的变化,会影响RcbC抗压强度随粉煤灰掺量的变化趋势。当混合再生原料中Rc含量较高时,RcbC抗压强度先随粉煤灰掺量的增加而提高,当超过适宜掺量后,进一步增加粉煤灰掺量,RcbC的抗压强度呈下降趋势,总体趋势与RcC基本一致;当混合再生原料中Rb含量较高时,在粉煤灰设计掺量范围内,RcbC的抗压强度随粉煤灰掺量的增加而提高。显然,再生原料的组成将影响粉煤灰对RcbC抗压强度的增强效果。

图2至图4分别为粉煤灰掺量与RcbC绝干密度、吸水率以及拌和用水量的相关性。结果表明,RcbC的绝干密度随粉煤灰掺量的增加而降低,吸水率和混合料拌和用水量随粉煤灰掺量的增加而提高,这个变化趋势与RcC和RbC基本一致。

2.3.2 混合再生原料总量为45 %时RcbC的性能

当混合再生原料总量为45 %,粉煤灰掺量取5 %、10 %和15 %时,RcbC的抗压强度随粉煤灰掺量的增加而同步提高(见图5),这与混合再生原料总量为60 %时RcbC的发展趋势不同。而且混合再生原料用量为45 %时,粉煤灰对RcbC抗压强度的增强效果明显优于混合再生原料总量为60 %时。当粉煤灰掺量从15 %增加至20 %时,RcbC的抗压强度呈下降趋势。

随着粉煤灰掺量的增加,RcbC的绝干密度降低,吸水率和混合料拌和用水量增加,该变化趋势与RcC和RbC基本一致(见图6至图8)。

2.3.3 混合再生原料总量为30 %时RcbC的性能

当混合再生原料总量为30 %时,粉煤灰对RcbC的抗压强度、绝干密度、吸水率和混合料拌和用水量的影响规律,与混合再生原料总量为60 %和45 %时基本一致,但RcbC抗压强度增幅更大(见表9)。

2.3.4 小结

在RcbC中掺加粉煤灰(最大掺量为25 %),其物理力学性能的变化规律与RcC和RbC基本一致。突出表现在:①即使粉煤灰掺量很高(25 %)时,粉煤灰对RbcC的增强效果仍然很明显,且随着混合再生原料用量的降低,抗压强度增幅提高;②粉煤灰的适宜掺量随混合再生原料用量的增加而提高。

3 结论

3.1 适宜掺量的粉煤灰可提高再生混凝土的抗压强度,但对于不同组成、不同配合比的再生混凝土,粉煤灰的适宜掺量不同。再生原料的组成与用量影响再生混凝土强度的发展趋势和粉煤灰的增强效果。

3.2 随着粉煤灰掺量的增加,再生混凝土的绝干密度会出现极大值。出现极值时的粉煤灰掺量通常较低(本研究在5 %左右)。绝干密度极值对应的粉煤灰适宜掺量与抗压强度出现极值时的粉煤灰适宜掺量不一致。

3.3 再生混凝土吸水率和混合料拌和用水量,随粉煤灰掺量的增加而不断提高。

3.4 在实际制作再生混凝土时,应在综合考虑再生混凝土物理力学性能、生产工艺、经济性的基础上,确定最佳粉煤灰掺量。

参考文献

[1]王武祥.建筑垃圾再生技术及其应用研究[J].建筑砌块与砌块建筑,2009,(1):24-30.

物理力学性能 篇10

关键词：承重型横孔连锁混凝土砌块,物理性能,力学性能,砌体结构

0前言

尽管砌体结构的抗震性能不如钢筋混凝土结构和钢结构,但用于横墙较多的低层建筑时,其抗震性能还是有保障的,能够达到抗震设防的要求[1]。汶川地震的震害分析也证明了这一点[2,3,4,5]。随着经济水平的提高,目前砌体结构主要用于村镇建筑,层数多为3层及以下。

由于承重的普通混凝土小型空心砌块对施工技术的要求高,因此,村镇的砌体结构仍然主要采用烧结黏土砖做承重墙。烧结黏土砖生产时耗能耗地、污染环境,与国家“禁实”的政策背道而驰,应采取措施加以解决。

2005年,吴方伯研发了口字形横孔连锁混凝土砌块[6],该砌块具有以下优点[7]:一是连锁砌筑,施工方便快捷,墙体平整度好,对工人的要求低;二是节省砌筑砂浆和抹面砂浆;三是方便设置圈梁、过梁,节省模板和脚手架;四是生产效率高,生产过程中节能节地,低碳环保。但目前该砌块只能用于自承重墙,不能用于砌体结构的承重墙[8]。因此,周绪红、张敬书等[9,10,11]提出了田字型和H字形的承重型横孔连锁混凝土砌块。

承重型横孔连锁混凝土砌块不但具有自承重横孔连锁混凝土砌块的优点,而且具有承载力高、可以用于承重墙的突出特点。为使该砌块能够在村镇的工程建设中发挥作用,应对该砌块进行基本物理力学性能试验研究,根据规范对该砌块的适用性给出明确的结论。

1 试验材料和方法

1.1 试验材料

试验采用的三种承重型横孔连锁混凝土砌块(以下简称砌块)如图1所示,分别为240mm厚田字形砌块(以BT-240表示)、240mm厚H字形砌块(以BH-240表示)和290mm厚H字形砌块(以BH-290表示)。试验用砌块均采用砌块成型机制作,三种砌块共用一套生产模具,其振动、养护方式一致,三种砌块的混凝土配合比均相同:粗石子30%(粒径5~10mm,对角线尺寸≤12mm)、细石子23%(粒径3~5mm,对角线尺寸≤5mm)、砂子30%(粒径<3mm,含泥量≤2%)、水泥17%。

1.2 试验方法

采用GB/T 4111—2013《混凝土砌块和砖试验方法》[12],对三种块型的砌块进行密度、空心率、含水率、吸水率、干缩值、抗渗性、软化系数、碳化系数、抗冻性和抗压试验。

2 基本物理性能

主要包括:密度、空心率、含水率、吸水率、相对含水率、干缩值和比表面积。

(1)密度:ρ=m/V,其中,ρ为试件密度(kg/m3),m为试件绝干质量(kg),V为试件绝对密实状态下的体积(m3)。

(2)表观密度:ρ0=m/v0,其中,ρ0为试件的表观密度(kg/m3),m为试件的绝干质量(kg),v0为试件的表观体积(m3)。

(3)空心率:Kγ=[1-(m2-m1)/dv0]×100,其中,Kγ为试件的空心率(%),m1为试件的悬浸质量(kg),m2为试件面干潮湿状态的质量(kg),v0为试件的表观体积(m3),d为水的密度(1000kg/m3)。

(4)含水率:W1=(m0-m)/m×100,其中,W1为试件的含水率(%),m0为试件取样质量(kg),m为试件的绝干质量(kg)。

(5)吸水率:W2=(m2-m)/m×100,其中,W2为试件的吸水率(%),m2为试件面干潮湿状态的质量,m为试件的绝干质量(kg)。

(6)相对含水率:W=W1/W2×100,其中,W为砌块的相对含水率(%),W1为砌块出厂时的含水率(%),W2为砌块的吸水率(%)。

(7)比表面积:A0=S/m,其中,A0为试件的比表面积(m2/kg),S为试件的表面积(m2),m为试件的绝干质量(kg)。

以上m、m0、m1、m2、V为实测数值,S、v0为按砌块标准尺寸计算的数值。

上述参数是砌块的基本物理性能参数,主要与砌块材料有关,即与混凝土配合比、振动及养护条件有关。

2.1 试验结果

各组砌块的基本物理性能试验结果及规范规定值见表1。

由表1可知,砌块的空心率大于25%,吸水率小于10%,干燥环境中相对含水率小于35%,干缩值小于0.45mm/m。上述数值均符合GB/T 8239—2014[13]以及GB 50574—2010[14]中的相关要求。

注:规范指GB/T 8239—2014《普通混凝土小型砌块》[13]及GB 50574—2010《墙体材料统一应用技术规范》[14],以下各表中所指规范相同。

2.2 结果分析

(1)孔隙及与水有关的性质

影响砌块孔隙率的主要因素有:①配合比。水胶比越低,空间填充越密实。②骨料的颗粒级配。良好的颗粒级配可以降低骨料之间的空隙,从而降低孔隙率。③振动及养护。合适的振动频率可以提高密实度,及时养护则可以提高水泥的水化程度,降低孔隙率[15]。

砌块的含水率取决于砌块表面的环境湿度、温度以及砌块中的封闭孔和较小尺寸毛细孔的数量。由三种块型砌块的密度可看出,BT-240块型的砌块最密实,含水率、相对含水率最低;BH-240块型的砌块次之;BH-290块型的砌块的密度最小,其含水率、相对含水率最高。

砌块吸水率取决于毛细孔的数量及尺寸。由于三种砌块共用一套模具进行生产,故砌块尺寸的不同导致混凝土振动的质量不同。壁厚越大的砌块,振动的质量越差,混凝土内部大尺寸毛细孔数量也较多。由图1可知,BH-240、BH-290、BT-240三种块型砌块的壁厚分别为30mm、35mm、40mm,依次加厚,吸水率分别为7.9%、8.2%和8.5%,吸水率随壁厚加厚依次升高。

砌块的相对含水率与砌块的干燥收缩有关,混凝土砌块的干燥收缩的大部分应在其进入施工现场之前完成,以免砌体干缩使墙体产生裂缝。因此,砌块的相对含水率不宜过高。由表1可看出,承重型横孔连锁混凝土砌块的相对含水率比规范值低23%~40%,符合使用要求。

(2)干缩

砌块干缩是指混凝土砌块制成后,在饱水-失水这一过程中的干燥收缩,砌块干缩的直接原因是毛细水和吸附水的失去。当水泥水化浆体的相对湿度低于100%时,大于50nm的毛细管中的水会失去,这部分水的失去不会引起干缩。当相对湿度继续降低时,小于50nm的毛细管中的水会逐渐失去,这部分水的失去很容易引起结构的收缩。当相对湿度低至30%时,吸附水会大量失去,将导致结构的收缩[16]。

影响砌块干缩的因素主要是含水率和孔隙率,由于砌块所用的材料相同,生产工艺一样,故试验的三种块型砌块的干缩值相差不大。

由于砌块的线膨胀系数较大,砌块墙体收缩时会受到相邻墙体及地基的约束,容易产生裂缝,从而影响建筑物的耐久性及使用,因此砌块干缩值不宜较大。通常,普通混凝土干缩值为0.20~0.60mm/m,普通混凝土砌块的干缩值[16]为0.23~0.40mm/m,承重型横孔连锁混凝土砌块实测干缩值为0.42~0.43mm/m。黏土砖的干缩值通常比混凝土砌块小,相应规范[18]中也未对干缩值提出要求。承重型横孔连锁混凝土砌块与普通混凝土砌块的干缩值相近。

(3)空心率

砌块中的空气层具有较高的绝热指数,可以保留增加砌块的热阻值。空心率越大的砌块,保温节能效果越好。由表1可看出,砌块的空心率满足规范要求,且比规范值高出24%~64%。

3 物理力学性能

3.1 软化系数

水对混凝土砌块的不利作用将直接影响砌块的耐久性,从而影响砌块的使用。软化系数是体现耐水性的重要指标,是指砌块在饱水状态下的抗压强度与自然状态下的抗压强度的比值。试验测定的软化系数见表2。

在软化处理后,三种块型砌块的强度均有所降低。但软化系数均满足规范[13,14]要求,且超出规范值8%~11%。

从砌块所用的材料来分析,混凝土里的自由水会对结构产生影响。一方面,水会降低水泥石中凝胶体颗粒间的范德华力,从而降低强度;另一方面,由于水泥水化的自密实作用,饱和混凝土孔隙中的水不能自由排出,混凝土内部形成孔隙水压力,在较慢的加压破坏速率下,裂缝开展速度较慢,孔隙裂缝中的自由水有足够的时间达到裂缝端,形成楔体的楔入作用,加速了混凝土中微裂缝的开展,导致饱和混凝土的强度降低[19]。

从表2可知,三种块型的砌块软化系数值相近。将承重型横孔连锁混凝土砌块的吸水率和软化系数的平均值与其它几种砌块进行对比,结果如表3[17]所示。

由表3可知,吸水率最大的火山渣混凝土砌块的软化系数最小,吸水率最小的普通混凝土多功能砌块的软化系数最大,基本符合吸水率越大软化系数越小的规律。承重型横孔连锁混凝土砌块的吸水率相对较小,软化系数居中,耐水性良好。

3.2 碳化系数

碳化系数是指砌块碳化后的抗压强度与自然状态下的抗压强度的比值。三种块型砌块的碳化系数见表4。

三种块型砌块碳化过后的强度均有一定程度的提高,碳化系数与规范值[14]相比提高了44%~48%。

置于空气中的混凝土会有二氧化碳渗入,二氧化碳属于酸性气体,能与混凝土内部的碱性物质发生中和反应,破坏混凝土的碱性环境。对于钢筋混凝土来说,碱性环境能够使得混凝土中的钢筋表面形成钝化膜,从而起到保护钢筋的作用[20]。因此,混凝土碳化对钢筋混凝土中钢筋锈蚀有不利影响。

对素混凝土来说,碳化是指水泥水化产物氢氧化钙和水化硅酸钙吸收了水和二氧化碳生成碳酸钙和其他固态物质的过程。碳酸钙的强度和密实性相对较高,阻塞了混凝土内部的孔隙,从而降低了混凝土内部的孔隙率,增加了混凝土的密实度和强度。混凝土的碳化从表层最先开始,表层碳化以后,混凝土的密实度提高,会降低气体的渗透性,从而减缓碳化速率[21]。因此,砌块经过碳化后强度会升高,但升高到一定的程度后,便会趋于平缓。

3.3 抗冻性能

砌块的抗冻性决定了砌块能否用于严寒和寒冷地区,也是耐久性的一个重要指标。砌块的抗冻性体现在砌块经过反复的冻融循环后,抗压强度的损失率与质量损失率。50次冻融循环后,三种块型砌块的试验结果见表5。

从表5可知,三种块型砌块经过50次冻融循环之后的抗压强度均有所降低,但强度损失率均符合规范[13]要求。三种砌块的质量损失率接近,都不超过1%,远低于规范[12,13]限值。

不同时间不同批次生产的砌块,质量有一定差异。砌块经过冻融循环之后的离散性较大,加之试验周期较长,因此砌块的强度损失率的规律较差,但都满足规范限值。

表6对比了几种砌块的吸水率以及不同砌块经过冻融循环之后的强度损失率[16]。

由表6可知,BT-240型砌块50次冻融循环后的强度损失率与竖孔砌块和陶粒砌块接近,BH-240、BH-290两种块型的强度损失率则较大。整体来看,承重型横孔连锁混凝土砌块的吸水率与其他砌块相近,但H字型砌块的强度损失率比其它砌块稍高,且离散性较大。

3.4 力学性能

砌块的抗压强度是砌块砌体的基本强度指标,高强度的砌块能够用于砌体结构的承重墙,低强度的砌块仅能用于填充墙。砌块抗压强度、抗折强度和折压比见表7。

GB 50574—2010《墙体材料统一应用技术规范》[14]和GB 50003—2011《砌体结构设计规范》[22]规定,用于承重墙的混凝土砌块最低强度等级要求为MU7.5。承重型横孔连锁混凝土砌块的设计目标为MU10。由表7可以看出,砌块的抗压强度为10.4~11.9MPa,均大于10MPa,达到了MU10级的要求。因此,作为承重砌块,承重型横孔连锁混凝土砌块满足抗压强度的要求。如抗压强度要求更高,则可以采取提高混凝土强度等级、加大壁厚等方法,达到MU15级或更高强度等级。

现行砌块相关规范中对砌块的抗折强度及折压比规定不够明确。但砌块的抗折强度能够反映砌块在砌体中发挥其抗压强度的能力,以及砌块在砌体中承受复杂应力的能力。对砌块来说,孔型、孔的布置不合理将导致块体的抗折强度降低很大,从而降低墙体的延性。因此,规定合理的折压比将有利于提高砌块的品质,提高墙体的受力性能。

4结论

(1)三种块型的承重型横孔连锁混凝土砌块的空心率、吸水率、相对含水率、干缩值等基本材料性能均符合规范要求。

(2)承重型横孔连锁混凝土砌块的软化系数符合规范要求,耐水性良好。

(3)50次冻融循环后,承重型横孔连锁混凝土砌块的强度损失率比规范值低,砌块的抗冻性良好,可以用于严寒和寒冷地区。

高中物理典型力学问题讨论 篇11

【关键词】 物理力学 弹簧 形变量 能量守恒定律 动量守恒定律 动态分析

一、弹簧问题的分类

1、弹簧的瞬时问题：弹簧两端均有外力约束时，形变过程是一个渐变的过程，不会有从某一数值与零之间的突变。

2、弹簧的平衡问题：这类问题一般均比较单一，应用胡克定律（f=kx）可解。

3、弹簧的非平衡问题：弹簧相对位置发生变化，其中包含力、速度、加速度、功、能和合外力等量的变化或转换。

4、弹力做功与动量、能量的综合问题：弹力做功过程中是个变量，一般与动量、能量等联系一起，熟练运用动量守恒、能量守恒等公式，合理选择系统，分析系统动态变化。

二、典型例题及思路分析

例题 1：质量为MA和MB两物体A和B以劲度系数KA和KB两弹簧相连，平衡于桌面之上，物体A、B与弹簧相连接，弹簧与桌面之间无连接，现以外力将物体A提起，提至进度系数为KB的弹簧刚好离开桌面，问整个过程中物体A和物体B重力势能的变化？

例题 2：质量为M1和M2的两个物体以劲度系数为K的轻质弹簧相连，质量为M1物体受F外作用平衡与空中，距地面h高，现撤去F外作用，物体落地后不反弹，当质量为M1的物体速度最快时重力势能的变化量？外力F大小？

分析：首先对两个物体的运动状态进行分析，最初为平衡态，撤去外力F后两物体下落，下册物体着地后，弹簧随着上侧物体下落状态由拉伸变为原长，再变为压缩，然后反弹，上部物块状态首先是自由下落，弹簧收缩加上自身重力，为加速度减小的加速运动，弹簧回复原长时，上部物块仅受到自身重力作用，加速度为g，然后压缩弹簧，做加速度减小的加速运动，直至弹簧压缩，弹力与物块自身重力平衡，此时加速度为零，速度达到最大，然后弹簧弹力大于物块自身重力，做加速度增大的减速运动，在然后物块被反弹，对整个过程进行状态分析后，就可以明确，上部物块速度最大时，弹簧处于压缩状态，弹簧弹力与物块自身重力相等，弹簧形变量：（1）拉伸时，H拉伸=M下部g/K；（2）压缩时，H压缩=M上部g/K。系统整体下降高度：H降=h，在由W势=H高度M质量g求得下部物块势能变化量。欲求出外力F大小，采用整体法分析，将两个物块看做同一整体，根据平衡状态物体所受外力为零或所受外力平衡的原则分析，整体只受到自身重力和外力F，由此求得：F外=（M上+M下）g，问题得解。

例题 3：物块S1和物块S2固定于光滑杆件AB和CD之上，MS1=4mg，MS2=8mg。杆件AB与CD之间间距与弹簧自由长度均为d ，现给物体S1一个向右的冲量，规定向右为正方向速度，物体S1向右运动，V-T（速度-时间）曲线，问（1）在S1速度曲线上标出S2的速度曲线；（2）现有一物体，以6m/s的速度匀速自左向右匀速运动，会追上物块S1，与物块S1结合后一起运动，求弹簧弹性势能最大值？

三、结束语

高中物理力学，需要长时间的建立和完善学生的力学思维。本文以典型弹簧为例来说明高中物理力学中解题的大体思路：动态分析、找清变量，根据变量之间的关系完善动态分析，从而解答题目。由于篇幅限制，仅对物理力学中典型弹簧问题进行了叙述。

参 考 文 献

[1] 刘德才 李立昌.高考对弹簧模型的考查.学术期刊.高中数理化.2014年9期.

物理力学性能 篇12

关键词：力学教学,发散思维,策略思考

现代心理学认为:创造力 = 知识量 + 发散思维,个人创造力的大小和其发散思维能力成正比。应当说学生发散思维能力与物理课程学习效果有着十分密切的关系。因此,我们应创新物理教学,培养学生物理力学的发散性思维。

一、引导学生扎实学习物理知识,为发散性思维奠基

物理学科课程教学中的力学内容,是物理课程的核心内容。对力学基础知识的研究和基本技能的探讨对整个物理学习有着广泛而又深刻的意义,尤其对学生发散思维能力培养可以起到良好的奠基作用。所以,教师在教学时应让学生通过广泛的生活实例来增进其对广泛生活力学世界的涉猎和了解。我们学生中不少人都去苏州的虎丘游览过,当然也听说过许多关于虎丘塔的传说。如虎丘塔曾因年久失修而发生塔体严重倾斜,有人提出用材料支撑,但会大煞风景,于是一和尚建议用楔塞进塔体,结果效果还真是明显。这楔就这么有用?这楔又是怎么得来的?笔者让学生去进行刨根问底的探究性研究,学生则从社会上的木工那儿获取了不少的信息资料:楔是木工劈出来的,一头厚一头尖的斜面就叫作楔。同学们经过深刻研究则发现,这里的楔是具有神奇力量的,而楔的制取又是劈的功劳。用刀的刃部劈出来的楔在一个个木工的力量的作用之下,形成了无穷的威力。这就是我们生活中的力。我们生活中的力应当说是无时不有,也无处不在,作为高中学生则应当去探究这力是如何形成的,又具有怎样的作用。

二、引导学生广泛探讨物理现象,为发散性思维助推

新的物理课程的基本理念是:注重科学研究,提倡学习方式多样化。人的思维方式比较多,让学生进行物理学习的发散思维应当是学生认识和研究物理现象的重要形式。学生的发散思维同样离不开对学习物理的情感和价值观念,积极参与、勤于动手、妥善处理信息、提高分析解决问题的能力, 都应当成为学生发散思维的理想途径。这就需要我们在平时的物理教学的过程中,努力和学生一起去挖掘物理课程学习的资源,进而能使学生在物理力学内容的学习探究中的渠道更为拓展,发散性思维的源头活水更为丰富而鲜活。在平时的力学教学中,笔者力求多让学生对力学的相关内容进行发散思维。学生进行发散思维的根本离不开学生自己去发现力学中的问题,只有学生自己发现问题,发散性思维的状态才会十分的亢奋。爱因斯坦曾经说过:“提出一个问题比解决问题更重要。”物理教学需要学生从自己的观察、实践、分析中提出属于自己的见解。但我们又必须思考的是,虽然是高中生,但学生们所能提出的问题对自己乃至于大家的启迪还是有一定局限性的,有时所提出的问题仍然给人以无知甚至可笑的感觉,这里我们不必大惊小怪,要有这样的意识:学生提出问题的能力是逐步发展的。学生所提出的问题,应当还由他们自己去解决,但作为教师有责任对学生所提出的问题进行一定意义上的筛选,因为学生所提出的问题不是所有问题都需要他们去探究解决的,或者说学生受现有知识、能力甚至条件的限制,目前还不能探究解决得了的。

三、引导学生努力发现物理价值,为发散性思维扬帆