浅析物理力学在工科专业中的应用

陈铎

摘要：力学是物理的一个分支，而物理是一切工科专业的基础。对于工科专业的学生来说，其基础课程中一个非常重要的组成部分就是力学，也是工科专业学生理论课与专业课之间的枢纽，很多工程技术难点都需要借助于物理力学的相关知识来解释，对于任何一个物理现象来说，力学现象是无处不在的，物理力学在工科专业中的重要作用也由此体现。

关键词：物理力学；工科；应用

前言

物理力学是一门开展与物体机械运动一般规律有关知识的学科，这也是各个力学学科分支的基础所在，作为现代工程技术理论基础，其主要特点是在开展相关问题分析的过程中，注重逻辑推理的严格性及相关概念的确切性，并且主张应用公理体系来对相关力学理论进行演绎，在实际的开展教学的过程中，其注重学生创新思维能力、逻辑思维能力及解决实际问题能力的培养，这也与大部分工科专业的人才培养目标相一致，這也是物理力学能够在工科专业中广泛应用的重要因素。

一、物理力学与工科专业的特点

通常情况下，在大学学科设置的过程中，物理专业与工科专业存在着密不可分的联系，将物理理论作为基础，将工科专业的相关知识作为依托，从而在实际的教学过程中实现理工结合。这也是因为随着市场经济的发展，对于人才的需求有了明显的改变，需要能够理论联系实际的人才，那么学校在进行人才培养的过程中，就注重理学基础知识与学生实验能力的培养，这也是很多综合性高校当前的人才培养现状，在强化理学基础知识教学的同时，注重学生解决实际问题的能力。而在大量的理学学科当中，物理力学是一个非常重要的分支，其在学生逻辑思维能力、分析和解决问题能力培养方面所发挥的作用不言而喻，与其他理学知识所不同的是，物理力学既具有基础理论的特点，又具有工程应用的特点，物理力学的学习，不仅有利于学生开展后续材料力学、电动力学等相关课程的学习，也可以将其直接应用于解决实际力学问题当中，其在整个高等院校工科专业学生的学习当中都占据着非常重要的地位。

二、物理力学在工科专业中的实际应用

1、螺线管磁场计算

螺旋管中磁场的计算不仅是解决实际问题的基本前提，更是实际工程应用中产生电磁场的一种基本器件。无限长螺旋管和有限长螺旋管轴线磁场的分布都是大学物理学中螺旋管磁场计算的主要集中磁场，大多数学生在其计算过程中由于磁场计算的精确性以及繁琐性并不能够独立完成，很多时候都无法对此进行精确计算。此时，数值计算软件的应用可以避免一系列繁琐的计算，同时能够更加直观的对矢量图解进行了解，引导大学生能够运用相应的物理知识对此进行分析，从而培养学生理论与实际相结合的能力。

图中的模型是螺旋管产生磁场的二维简化模型。

2、电磁感应加热问题

感应加热由于在法拉第电磁感应定律的基础上进行应用，所以其加热速度快、效率高、无公害等优点在金属熔炼、感应烧结以及感应热处理等工程中都具有广泛的应用。交变磁场、电磁感应等理论知识体系都是电磁感应加热所涉及到的相关理论，具有相当重要的研究价值。但是本阶段的知识积累对该问题很难得到精确解决。利用数值计算软件 ANSYS 可避免繁杂的计算，同时又可得到直观形象的矢量图解，加深学生对物理问题直观现象的认识。

为了避免磁场在变化的过程中最终形成的焦耳热对导体本身形成的影响，导体自身会利用焦耳热对自身导体进行加热，而焦耳热的产生主要是由于磁场的变化在导体中产生感生电流，继而感生电流在闭合回路中流动时会产生相应的焦耳热。由于感应加热涡流场在结构、结合形状以及材料性质变化上具有一定的复杂性，导致应用于电磁场计算的各种解析方法，例如分离变量法、保角变换法、镜像法和格林函数法等难以准确地、有效地解决工程中的电磁感应加热问题。然而素质拓展平台以 ANSYS 有限元软件进行电磁感应加热的数值求解，让学生用学过的物理知识对结果进行合理解释，培养了学生应用理论知识解决实际问题的能力[2]。

3、旋转磁场及其应用

旋转磁场在很多领域都具有非常广泛的应用，如：电磁搅拌领域、发电机领域、普通异步电机领域，其主要原理是通过大学物理电磁学部分来开展定性解释。在开展物理教学的过程中，引进旋转磁场的相关内容，不仅利于学生对相关理论知识的理解，还利于提升学生对于工程的认知，从而更有利于理解一些比较复杂的物理现象。

结束语

由此可见，物理学知识在工科中的应用相当广泛并且非常重要，学生在学习的过程中还需尽量避免只注重知识学习而忽视实际操作的情况，尽量能够达到理论与实际的结合。运用所学知识创造更高的财富，为我国社会经济发展创造更大的贡献。

参考文献

[1]林年添，赵俐红，支鹏遥，杨思通. 工科院校地球物理学专业培养模式的构建及其实施策略[J]. 佳木斯职业学院学报，2014，12：68-69.

[2]李丽，马崇庚，潘娜娜. 工科背景下应用物理学专业人才培养模式的研究与实践[J]. 科技创新导报，2016，25：157-158.endprint