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[!--downpath--]專業(yè)：公路與橋梁工程技術(shù) 課程：工程熱工課 授課教師：**學(xué)期：2010-2011-1 學(xué)校案例家講 日期：2010 專題一 靜力學(xué)基礎(chǔ)知識 1. 理解和掌握力、力系、剛體等概念身體, 平衡. 2、理解并掌握五個公理和兩個結(jié)論（力的可傳遞性、三力收斂定律）。 3、掌握力矩耦合的概念和合力矩規(guī)律，正確估計(jì)力矩。 4.掌握約束的概念、幾種常見的約束特性和約束反作用力的表示。 5、掌握研究對象的受力分析，正確繪制對象的受力圖。 1.力的概念、力系、剛體、平衡。 2. 五個公理，兩個結(jié)論。 3.幾種常見的約束特性及約束反力的表示。 4. 物體的力圖。 授課形式：新講授 課時：2課時 授課前，對中學(xué)生進(jìn)行了三個問題的講解。 一是這門課程的主要內(nèi)容，讓中學(xué)生對這門課程有一個整體的印象； 說明本課程與專業(yè)課程的關(guān)系。 熱論本身就比較枯燥，所以在教學(xué)中要注意調(diào)動中學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，防止熱論過于枯燥，才能起到很好的療效。 教學(xué)內(nèi)容： 課題1 靜力學(xué)基礎(chǔ)知識及結(jié)構(gòu)估算圖 一、靜力學(xué)基本概念 1、力的概念 ※定義：力是物體間相互的機(jī)械作用，它使物體的運(yùn)動狀態(tài)和形變發(fā)生改變。 ※力的三要素：大小、方向、作用點(diǎn) 集中力：例如車輛通過輪胎作用在路面上的力。
2.力系概念定義——指作用于一個物體的一組力。 根據(jù)力系中各力的作用線分布，力系可分為平面力系和空間力系兩大類。 如果兩個力系作用于同一個物體，其作用完全相同，則稱這兩個力系為等效力系。 用簡單的等效力系統(tǒng)（或力）代替復(fù)雜的力系統(tǒng)的過程稱為力系統(tǒng)簡化。 力系的簡化是工程靜力學(xué)的基本問題之一。 3、質(zhì)心的概念：指物體在力的作用下，其大小和形狀保持不變。 4、平衡的概念平衡——指物體相對于慣性參照系保持靜止或勻速直線運(yùn)動的狀態(tài)。 2. 靜力學(xué)基本公理 公理1：兩力平衡公理。 作用在質(zhì)心上的兩個力使質(zhì)心平衡的充分必要條件是：兩個力大小相等，方向相反，作用線共線，作用在同一物體上（如如圖所示）。 注：對于質(zhì)心，內(nèi)部條件是充要的。 對于變異體來說，內(nèi)部條件只是必要條件。 平衡的預(yù)制構(gòu)件在行動中。 例如圖中所示結(jié)構(gòu)的直桿AB和曲桿AC就是二力桿。 公理2：加減法平衡力系統(tǒng)公理。 在任何作用于質(zhì)心的力系上增加或劃分任何平衡力系，都不會改變原力系對質(zhì)心的作用。 加減平衡力系統(tǒng)公理只適用于質(zhì)心，不適用于變形體。 猜想一：力的傳遞。 作用在質(zhì)心上的力可以沿它的作用線傳遞，而不改變它對質(zhì)心的運(yùn)動效果（傳遞效果和旋轉(zhuǎn)效果都沒有改變），如圖所示。
因此，對于質(zhì)心，力作用的三要素是：大小、方向、作用線 注：（1）力不能沿其作用線從一個質(zhì)心移動到另一個質(zhì)心。 (2)力傳遞性原理只適用于質(zhì)心，不適用于變形體。 例如圖(a)中的直桿(a)受拉(b)受壓，在考慮物體變形時，力的損失一定不能離開它的作用點(diǎn)，是一個固定的矢量。 公理 3：平行四邊形力定律。 作用在物體同一點(diǎn)上的兩個力可以組合成一個合力，該合力也作用在該點(diǎn)上。 合力的大小和方向用原兩個力矢量為鄰邊構(gòu)成的平行四邊形的對角線表示，如圖（a）所示。 猜想二：三力平衡收斂定律。 質(zhì)心由三個力的作用平衡。 如果其中兩個力的作用線相交于一點(diǎn)，則另一個力的作用線必須相交于同一點(diǎn)，并且三個力的作用線是共面的（必須是共面的，在特殊情況下，力在無窮遠(yuǎn)處相遇——平行力系）。 公理 4：排斥和反排斥定理。 兩個物體的相互作用力總是同時存在，這兩個力大小相等，方向相反，沿同一直線分別作用在兩個物體上。 即兩種力是等價的、相反的、共線的、異質(zhì)的，同時存在。 這個定理就是牛頓第三定理，不管物體是靜止的還是運(yùn)動的，這個定理都成立。 應(yīng)該注意的是，必須區(qū)分兩種平衡力以及排斥力和反排斥力。 3.力矩和質(zhì)心ABO在空間力系問題中用力矩矢量來描述力的旋轉(zhuǎn)作用。 其中，向量r為質(zhì)心到力作用點(diǎn)的位置向量，如圖(a)所示。
扭力矢量M(F)|=Fh=Frsinθ【例2】如圖所示，已知擋土墻自重F=90kN。 試分析擋土墻是否會倒在A點(diǎn)附近 =－751.1－120(3－1)=－322.5kNm，所以擋土墻不會倒在A點(diǎn)附近。 2. 質(zhì)心及其性質(zhì) 質(zhì)心：由大小相等、方向相反且不共線的兩個平行力組成的力系。 質(zhì)心矩的一般規(guī)律：當(dāng)質(zhì)心使物體逆時針旋轉(zhuǎn)時，質(zhì)心矩為正； 否則為負(fù)。 質(zhì)心力矩的單位與扭矩單位相同，即Nm或kNm。 質(zhì)心力矩的大小、力偶的轉(zhuǎn)動方向、力偶的作用平面稱為平面質(zhì)心三要素。 平面質(zhì)心對物體的作用效果取決于： 質(zhì)心力矩的大小； 質(zhì)心轉(zhuǎn)向作用面質(zhì)心的性質(zhì)： (1) 質(zhì)心不能化為力，即質(zhì)心不能等價于力，也不能是力與力平衡相比，質(zhì)心只能與質(zhì)心平衡。 (2)質(zhì)心到作用平面內(nèi)任一點(diǎn)的力矩總是等于質(zhì)心的力矩，而不管質(zhì)心的位置如何。 (3) 對于作用在同一平面上的兩個質(zhì)心，如果兩個質(zhì)心的質(zhì)矩相等且旋轉(zhuǎn)方向相同，則兩個質(zhì)心是等價的。 只要質(zhì)心矩保持不變，質(zhì)心可以在其作用平面內(nèi)（或平行平面內(nèi)）任意連接，而不會改變對物體的作用。 只要質(zhì)心矩保持不變，質(zhì)心處的力和臂就可以相應(yīng)改變，而不會影響對身體的影響。 四、約束和約束反作用力的概念 1、自由體的定義——位移不受限制的物體。 非自由體 - 位移受限的對象。
約束 - 對非自由體的個體位移的預(yù)先施加的約束。 約束反作用力——約束賦予受約束對象的力。 2、柔性約束由鋼索、鏈條、膠水等柔性體組成的不考慮自身重量的約束稱為柔性約束，如圖所示。 軟纜的束縛力只能是一個沿軟纜中心線的拉力，作用在接觸點(diǎn)上，方向是沿軟纜遠(yuǎn)離物體。 3. 光滑面約束如果不計(jì)摩擦力的光滑平面或曲面對物體的運(yùn)動構(gòu)成限制，則稱為光滑面約束，如圖所示。 光滑接觸面的約束反作用力作用在接觸點(diǎn)，方向沿公共法線，指向被約束物體。 4.光滑圓錐鉸鏈約束 兩個預(yù)制構(gòu)件A和B鉆有相同半徑的圓孔，用插入孔中的螺釘C連接，如圖(a)所示。 不管螺母與孔壁之間的摩擦力如何，螺母對被連接物體產(chǎn)生的約束稱為光滑圓錐鉸鏈約束，簡稱鉸鏈約束或中間鉸鏈。 圖（b）為鉸鏈約束結(jié)構(gòu)示意圖。 鉸鏈的約束反作用力作用在垂直于螺母軸線并通過絲桿中心的平面內(nèi)，如圖(c)所示。 一般用通過鉸鏈中心的大小未知的兩個正交分力FCxCy表示，如圖(d)所示。 分力FCxCy的方向可任意為假 5、固定鉸支座 將構(gòu)筑物或預(yù)制構(gòu)件與墻、柱、基礎(chǔ)及其他支座連接的裝置稱為支座。 (a)為其結(jié)構(gòu)示意圖，結(jié)構(gòu)圖如圖(b)所示。 只有一個約束反作用力通過鉸鏈的中心且方向不定，同樣用兩個正交的未知分力Ay表示，如圖(d)所示。
6、活動鉸支座 在固定鉸支座的底板與支承面之間裝有若干滾輪軸，組成活動鉸支座，又稱滾輪支座，如圖（a）所示。 圖（b）為其結(jié)構(gòu)圖。 活動鉸鏈支撐的約束反作用力垂直于支撐面并通過鉸鏈中心。 常用的符號F表示作用點(diǎn)的位置用下標(biāo)標(biāo)示，如圖（c）F7。 鏈桿兩端通過鉸鏈連接不同物體，中間不受力的直桿稱為鏈桿，如圖（c）所示。 (a) 所示。 圖（b）為其結(jié)構(gòu)圖。 鏈桿對物體的約束反作用力是鏈桿兩端沿鉸鏈中心線方向的壓力或拉力，通常用符號F表示，如圖(c)F8所示。 固定端支撐和固定端支撐也是工程結(jié)構(gòu)中常見的一種約束。 如圖（a）所示，鋼筋混凝土柱與基礎(chǔ)整體澆筑時，柱與基礎(chǔ)的連接端，如圖（b）所示，懸臂梁預(yù)埋端嵌入外墻到一定深度就屬于固定端支撐，如圖(b)c)所示為其結(jié)構(gòu)示意圖。 固定端支撐的約束反力分布比較復(fù)雜，但在平面問題中，可以簡化為一個水平反力Ax，一個豎直反力Ay，一個反質(zhì)心 9. 滑動軸承 only讓預(yù)制構(gòu)件沿一定方向連接起來，如圖（a）所示。 這些支架的約束反作用力可以分解為豎向力F和質(zhì)心力矩M，估算圖如圖（b）所示。 五、物體的受力分析及受力圖 1.受力分析 在求解熱問題時，首先選擇研究對象，即選定研究對象； 然后根據(jù)已知條件、約束類型并結(jié)合基本概念和公理分析其受力情況，這個過程稱為對象的受力分析。
作用在物體上的力有： 主動力：如重力、風(fēng)力、二氧化碳壓力等 被動力：即約束反作用力 2. 力圖 物體力圖的主要步驟是： 選擇研究對象; 帶走分離的尸體； 汲取主動力量； 畫出約束反作用力。 【例3】在剛性光滑外壁和剛性縱梁之間放置一個表面光滑、重力為F的錐體，接觸點(diǎn)為A、B，如圖(a)所示。 試畫圓錐受力圖。 解決方法：（1）選擇研究對象——圓柱體（2）取孤立體畫出如圖（b）所示的受力圖。 梁的A端為固定鉸鏈支撐，B端為滾輪支撐，支撐面與水平面的傾角為30°。 一個集中的力作用在梁的中點(diǎn) C 上，如圖 (a) 所示。 如果忽略梁的自重，試畫梁的受力圖。 解決方法：（1）選擇研究對象——AB梁（2）取隔離體，畫出如圖（b）所示的受力圖。 管子放在桿 AC 上。 A、B為固定鉸鏈支撐，C為鉸鏈連接。 忽略每根桿的自重，試分別畫出桿BC和AC的受力圖。 解法：（1）以BC桿為研究對象，受力圖如圖（b）所示。 (2) 以桿AC為研究對象，受力圖如圖(c)所示 [例6] 三鉸剛架受力如圖(a)所示。 試畫出桿AC、BC和整體的受力圖。 不包括每個部分的重量。 解法：（1）以右半剛架桿BC為研究對象。 受力圖如圖（b）所示。 (2) 以左側(cè)半剛性框架桿AC為研究對象。 受力圖如圖（c）所示。
(3)以整體為研究對象。 受力圖如圖（d）或（e）所示。 通過以上實(shí)例的分析，總結(jié)出繪制力圖的注意點(diǎn)如下： (1)研究對象必須明確。 那就是清楚地分析出物體的受力，將分離出來的物體取出來。 (2)正確確定研究對象所受力的個數(shù)。 因?yàn)榱κ俏矬w之間的相互機(jī)械作用，所以每次拉力都要清楚是哪個物體對研究對象施加的，不能突然形成，不能遺漏任何力。 (3) 應(yīng)根據(jù)約束類型分析約束反力。 即約束反作用力的位置和方向應(yīng)根據(jù)約束的性質(zhì)來確定二力平衡知識框架圖，不能主觀臆斷。 個別未知力的方向有時可以借助二力桿或三力平衡結(jié)合定律來確定。 (4)分析對象系統(tǒng)的力時要注意三點(diǎn)：當(dāng)研究對象是一個整體或幾個對象的組合時，不要在研究對象中畫出對象之間相互作用的內(nèi)力，只畫出研究對象外面的物體對研究對象的排斥力。 在分析兩個物體之間的相互作用力時，應(yīng)觀察斥力與反斥力的關(guān)系。 斥力方向一旦確定，反斥力的方向必然與之相反，不能再假設(shè)方向。 同樣的力在不同的力圖上應(yīng)該是完全一致的。 同時注意在畫力圖時不要用力的等價變換或力的傳遞性來改變力的位置。 高效學(xué)習(xí)的八項(xiàng)學(xué)習(xí)技巧 方法一：成為天才必備的品質(zhì)是遠(yuǎn)大的志向、明確的目標(biāo)、刻苦的努力、持之以恒、持之以恒。
作為一名中學(xué)生，要想在學(xué)習(xí)的道路上一路高歌猛進(jìn)，克服各科學(xué)習(xí)困難，在考試中脫穎而出，就必須樹立遠(yuǎn)大的理想，制定明確的學(xué)習(xí)目標(biāo)，著眼于可行的方向。計(jì)劃好，在日常的學(xué)習(xí)中刻苦鉆研，孜孜不倦，持之以恒，正視學(xué)習(xí)的艱辛，持之以恒，勇往直前，掌握一套正確的學(xué)習(xí)方法，科學(xué)合理地安排自己的時間，才能達(dá)到成功的理想彼岸。 方法二：統(tǒng)籌規(guī)劃學(xué)習(xí)法 就像蓋房子需要藍(lán)圖，打仗需要部署一樣，成功有效的學(xué)習(xí)也必須制定出一套有針對性、可行的計(jì)劃。 所謂統(tǒng)籌學(xué)習(xí)法，就是學(xué)習(xí)者為了達(dá)到一定的學(xué)習(xí)目標(biāo)，根據(jù)主客觀條件制定學(xué)習(xí)步驟的學(xué)習(xí)方法。 統(tǒng)籌學(xué)習(xí)方法包括四個方面：一是學(xué)習(xí)目標(biāo)，二是學(xué)習(xí)內(nèi)容，三是時間安排，四是保障落實(shí)的措施。 只有綜合考慮這四個方面，才能制定出可行的方案。 同時，方案要因人因事，根據(jù)實(shí)施情況適時適度調(diào)整。 方法三：興趣引導(dǎo)法 讓學(xué)習(xí)變得有趣，這是成功的一個非常重要的法則。 有的朋友看似學(xué)習(xí)很努力，但對學(xué)習(xí)卻提不起興趣。 但是在這些情況下，學(xué)習(xí)效率很差，往往事倍功半，效率不高。 所以，不要只知道主動學(xué)習(xí)、光顧學(xué)習(xí)、傻學(xué)，要想方設(shè)法培養(yǎng)自己的興趣。 只有將學(xué)習(xí)熱情轉(zhuǎn)化為學(xué)習(xí)興趣，才能實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)效率的飛躍。
方法四：高效學(xué)習(xí)法 作為一名中學(xué)生，誰能高效地管理時間，科學(xué)地利用時間，把握時間的脈搏，誰就能在學(xué)業(yè)上取得成功，在人生中成就輝煌。 愛時間就是愛生命，愛生活的每一部分。 誰失去了時間，誰就擁有了一切。 時間就是生命。 “人的一生只有一天：明天、今天和后天。今天早已過去，一去不復(fù)返；明天在你身邊，但很快就會過去；今天即將到來，但它會消失。快點(diǎn)起來，一輩子只有一天！” 現(xiàn)在是我們?nèi)松狞S金時期，也是學(xué)習(xí)和吸收知識效率最高的時期。 我們要善于管理時間，珍惜時間，才不會浪費(fèi)時間，讓生活失去原本的光彩。 方法五：追根溯源學(xué)習(xí)法 學(xué)習(xí)過程是一個“疑惑-疑惑-解疑惑-疑惑”周而復(fù)始的過程。 學(xué)習(xí)要善于思考，思后疑，疑后問二力平衡知識框架圖，問后知。 因此，在我們的日常生活和學(xué)習(xí)過程中，要善于思考，養(yǎng)成“事事問為什么”的習(xí)慣。 作為一名中學(xué)生，我們要善于發(fā)現(xiàn)問題，勇于挑戰(zhàn)權(quán)威，同時真誠求教，不恥下問，不懂的問題向老師和朋友請教。 積極參加各種關(guān)于學(xué)習(xí)的聊天、討論、學(xué)習(xí)興趣小組，營造良好的交流平臺，合作解決問題。 方法六：筆對筆學(xué)習(xí)法，又稱筆記法，是一種借助于筆記的學(xué)習(xí)方式。 在日常閱讀、聽課、復(fù)習(xí)中，快速、及時地把有一定價值和意義的資料、知識點(diǎn)、問題記下來，記下來，然后整理成筆記。 這對于鞏固知識、積累資料、提高學(xué)習(xí)成績都有幫助。 意義重大。
方法七：沒有計(jì)劃就打所有的仗，你就輸了，沒有預(yù)習(xí)的作業(yè)肯定不好。 要想課堂學(xué)習(xí)高效，就必須牢牢抓住課前預(yù)習(xí)這個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。 俗話說：“事事可先立，不可預(yù)見可棄”。 “預(yù)測”意味著計(jì)劃。 預(yù)習(xí)是指中學(xué)生在班主任授課前閱讀課本及相關(guān)內(nèi)容，為新課做必要的知識準(zhǔn)備。 我們在預(yù)習(xí)的時候，要對全書內(nèi)容有個大概的了解，想重點(diǎn)，找難點(diǎn)，講究方法，提高預(yù)習(xí)的主動性和針對性，養(yǎng)成良好的預(yù)習(xí)習(xí)慣。 方法八：在高中生的日子里，大部分的學(xué)習(xí)時間都是在課堂上度過的。 在短短十幾年的時間里，每個中學(xué)生幾乎都接受并繼承了人類幾千年積累的知識中最基本、最本質(zhì)的部分，可見課堂學(xué)習(xí)的重要性。 一個中學(xué)生學(xué)習(xí)的好壞，成績的高低，關(guān)鍵在于課堂學(xué)習(xí)。 充分利用每節(jié)課的45分鐘高效學(xué)習(xí)，對提高學(xué)習(xí)質(zhì)量有著巨大的影響。 專家認(rèn)為，要想聽好一節(jié)課，課前必須在身心、知識、材料等方面做好充分的準(zhǔn)備，力爭做到上課“五要”，即耳、眼、口、心、心。 親自動手； 專心，專心思考，與老師同步思考。 同時，在課堂上敢于發(fā)言，積極參與討論，有機(jī)會多做、多練習(xí)、多做筆記，能夠有效地掌握課堂，讓課堂成為自己學(xué)習(xí)的主戰(zhàn)場。