《化工机械基础》中力学部分的外力与内力

陈国宝

摘要:《化工机械基础》是技校化工类专业开设的一门专业基础课,教材中力学部分的外力与内力,是整个教材的基础,也是教师讲课中的一个难点。在讲解时,对这两个概念认真比较,找出它们之间的关系,配合相应的图形和实验,调控好教学的节奏和气氛,使学生加速理解、加深记忆。

关键词: 外力 内力 力学

《化工机械基础》课程的内容包含物体的受力分析与计算、构件的强度、化工机械常用材料、化工容器和机械传动基本知识。教材前面两部分的力学知识是整个教材的基础。在力学部分的教学中,外力与内力是两个重要的概念,学生在学习过程中容易混淆,捉摸不透,甚至会出现理解错误。

一、力学部分中外力与内力的概念

1、外力:外力就是物体间的相互作用。

2、内力:内力是指构件为抵抗外力作用,在其内部产生的各部分之间的作用力。

二、力学部分中外力与内力的关系

1、外力与内力的相同点

(1)外力与内力都是矢量,它们均具有大小、方向、作用点三个要素。

(2)外力与内力都是有作用力与反作用力,它们的作用力与作用力大小相等、方向相反、作用在同一条直线上,其性质均符合作用与反作用公理。

(3)外力与内力的计算的方法是一样,均要遵守矢量的运算法则。通常情况下,首先确定直角坐标系,运用静力平衡方程进行求解。

(4)外力与内力,它们同时产生,同时消失,联系紧密。

(5)外力与内力的图示方法是一样。

2、力学部分中外力与内力的不同点

(1)外力与内力的地位不同,外力是产生内力的原因,内力是外力产生的结果。

(2)通常情况下,内力随着外力的增大而增大,但内力的增大是有限的,当材料的内力增大到一定限度时,就不再随着外力的增大而增大,构件就要产生破坏。

(3)外力与内力的作用效果不同,外力的作用效果是使物体产生运动,而内力的作用效果是使构件产生变形。

(4)外力与内力的正负意义不同。外力为正,说明与所选坐标轴的正方向相同,外力为负,说明与所选坐标轴的正方向相反。内力的正负在构件的不同变形中含义不一样,在构件的拉压变形中,通常规定拉为正,压为负;在构件的剪切变形中,通常规定逆时针转向为正,顺时针转为负;在构件的弯曲变形中,通常规定引起构件下凸变形的为正,引起构件上凸变形的为负。

三、力学部分中外力与内力的讲解要点

1、外力与内力的力学模型

外力的力学模型是刚体,刚体是一种假设,是指在外力的作用下不产生变形的物体,主要是研究物体的受力平衡问题,为了使问题简化,不考虑物体的变形,也是本教材与与初中物学中力学知识的衔接。内力的力学模型是构件,但构件要符合均匀连续性假设和各向同性假设,即构件材料的性质在各处都相同,组成构成的材料连续毫无间隙、不同方向的力学性能都一样,主要研究构件的强度和刚度,构件在内力的作用下会产生变形,把构件所产生的变形分为拉伸、压缩、剪切、扭转、弯曲及其它们的复合,但变形量是有限的。

2、外力具有直观性,内力比较抽象

外力具有直观性,在日常生活中,用绳子起吊重物的力,用手推物体在平面上运动的力,都是外力,同学们容易理解。内力存在于材料内部,比较抽象,在具体的计算中,先要通过一个假想截面将构件截开,将内力暴露出来,在讲课中要充分发挥现代技术的优势,采用幻灯、投影、电脑、录像等现代教学手段,进行教学演示和讲解,能够极大地调动学生学习的热情,增加教学的直观性和趣味性,提高学生学习的兴趣和效率。

3、利用实验加深理解和记忆

教师在授课时,应积极采用教学仪器、教学设备进行模拟和演示,让学生获得感性认识,产生兴趣,引导学生仔细观察,认真归纳总结,由感性认识上升到理性认识。可以用弹簧来演示,用手拉长弹簧时,作用于弹簧上的拉力就是外力,而弹簧各质点的位移就是在内力的作用下产生的。也可以通过材料的拉伸试验、弯曲试验,测试外力与变形的数值关系,来推论来外力与内力之间的变化关系。

4、精心设计板书

在板书设计上,力求科学、合理、清晰,便于讲解。讲解外力和内力两个概念时,在黑板左侧,采用对称的方式进行书写,保留不擦,便于比较,一目了然,保证有较长的时间向学生传递信息。在黑板的右侧,配合图形和例题加以说明,内容可以不断更新。通过对板书的设计,有利于学生对知识的理解和记忆,有利于学生对知识的吸收和巩固。

5、鼓励与引导学生参与教学过程,提高学生学习的主动性

学生具有一定的好奇、好动、好胜心理,具有一定的独立思维与表达判断能力。教师在教学中,要鼓励学生主动发言、参与讲解、动手演示、专题讨论。教师适时地归纳和总结,不断地鼓励和引导,通过学生的参与,活跃学生的思维,培养学生的探索能力和创新精神,提高学生学习的主动性。

6、丰富教学语言,调控好学习氛围

教学语言是教师传授知识的重要载体,也是对课堂教学进行调控的重要手段。教学语言贫乏无味、平铺直叙,会造成课堂教学气氛死板、无生机,学生没有学习的热情。教师要提高语言艺术,设计好教学语言,用语言感染学生。课堂教学语言要富有趣味性、启发性、形象性,通过语调轻重缓急的变化,吸引学生的注意力,打开学生思路,引导学生思维,使学生在轻松、愉快的氛围中学习。

《化工机械基础》力学部分中的外力与内力,是一对相近而不同的概念。教师讲课中,通过分析与对比,理顺外力与内力之间的关系,配合相关的图形和实验,调控好学习气氛,引导学生参与教学、主动思考,帮助学生消化、吸收,消除凝虑,准确理解力学知识中的外力与内力。

参考文献

(1)杨占山《化工机械基础》化学工业出版社1988.5

(2)韩叶象《化工机械基础》 高等教育出版社1980.2

(3)刘鸿文 《材料力学》高等教育出版社1979.4