《工程力學》教學中幾個基本概念的講解探討

摘要：本文工程力學的學習對于技術學校的學生來說是很重要的一門課程，但是因為理論性強，很多概念不好理解，成為力學教學

的一個挑戰。筆者結合自身多年的教學經驗，介紹了幾個基本概念的講解方法，以此期望能夠更好地完成教學工作。

關鍵詞：工程力學 基本概念 教學

工程力學是研究機械運動一般規律的科學，是自然科學的理論基礎，又是現代工程技術的理論基礎，在日常生活和生產實際中具有非常廣泛的應用。工程力學的授課方法較數學、物理、化學有所不同，需要用理論研究和實驗分析相結合的觀點，將一些復雜的研究對象分解為力學模型，使學生不光理解推導的結果，更要掌握推理的技巧，培養學生分析問題和解決問題的能力，逐步形成正確的邏輯思維，在獲取知識的同時，能將所學的知識融會貫通，學到科學的思想方法。在工程力學中存在很多的基本概念，若理解不透， 做題時就無從下手。筆者在近幾年的教學實踐中， 簡單介紹幾個基本概念的講解方法， 以供參考。

1不同角度拓展對“平衡”的理解

所謂物體的平衡，我們在工程力學中講述的概念是是指物體相對于周圍物體保持其靜止或勻速直線運動的狀態。平衡時機械運動的特殊形式，是物體在特殊力系作用下的特殊運動形式。事實上，靜止只是存在于理論上面，靜止也只是相對的，平衡是力學中一個重要的基本概念，也是學好工程力學的基礎，為了加強學生對“平衡”概念的理解，如果能從不同的角度來講述這個概念，對于學生知識的拓展將會有很大幫助。從整體到局部的關系來探討平衡的問題，當平衡系統由兩個或兩相以上物體組成，系統平衡，則組成系統的單個物體也處于平衡狀態，系統中的單個物體都可以列出獨立的平衡方程；從動力學的角度探討平衡的問題，當質點做變速運動時，質點的加速度與合外力的方向一致，當加速度等于0時，物體處于勻速直線運動，這就是平衡狀態，這個時候質點所受的作用力、反作用力與質點的慣性力組成了零力系，實際上質點是處于假設的平衡狀態，也就是相對平衡。

2 對桿件“內力”概念的講解

在工程技術實際操作中，構件的內力計算是普遍存在的（如懸梁、傳動軸、橋梁等），但內力的概念抽象，常常讓學生感到含混不清。如何讓學生更好地掌握內力的概念、判斷截面內力的方向呢？這是工程力學課程需要重點解決的問題。要了解構件的內力，還需要對所受的外力作出分析，那么內力和外力是怎樣一種關系呢？他們就類似于初中物理中學過的的拉力與摩擦力的關系。拉力作用于物體，會使物體產生，但是在物體運動之前，摩擦力等于拉力，并隨著拉力增大而增大，但增大到一個最大值后，就不會再增大了，即摩擦力有個最大值，就是最大靜摩擦力，此時，拉力如果繼續增大，就會讓物體運動。內力和外力的關系類似于摩擦力與拉力的關系。在構件沒有被破壞之前，內力等于外力，并隨著外力增大而增大，但增大到一個最大值后，就不會再增大了，這就是內力的最大值，此時，外力如果繼續增大，就會破壞構件的結構。了解了內力和外力的關系后，再進行構件內力的分析，在工程力學中求內力往往采用截面法。介紹截面法時，應具體地講述截面法的步驟，采用截面法的必要性，只有用截面法才可以分析梁的內力情況，對梁的應力可以作進一步的分析。所以先用截面截開梁，將梁的內部露出來，再來分析梁的的內力分布情況。下面介紹一下具體的分析方法：用截面假想把構件分成A、B兩部分（如下圖），取出A部分，對于A部分進行受力分析，除受外力F1、F2和F3外，在截面上還有來自B部分的作用力，這就是內力。A部分在上述外力和內力的共同作用下保持平衡。類似地，如取出B部分，則它是在外力F4、F5和截面上的內力共同 作用下保待平衡。至于部分B的截面上的內力則是來自A部分的反作用力。根據作用和反用定律，A、B兩部分在截面上相互作用的內力，必然是大小相等方向相反的。對于內力這個概念有兩個總結：第一，內力是在外力作用下，由于變形而產生的附加內力；第二， 這種內力隨外力的增大而增大， 但不會無限增大， 內力達到某一極值， 材料將發生破壞。掌握這些結論性的秘訣，一方面可以將較復雜、理論性較強的內力計算和方向判斷簡單化；另一方面又可做到理論與實際相結合。十多年的教學實踐證明，學生對這種方法較易接受，且記憶比較牢固，學習效果很好。

3 對比法分析工程力學中四種變形的概念

在工程力學的教學中，四大基本變形是材料力學的主要內容，學生在學習四種基本變形時， 往往把幾個內力混淆， 慣性矩與極慣性矩也分不清，怎樣在教學中能夠講清這四種基本變形，也不是一件容易的事。在教學中如果采用對比分析的方法來講解這四種變形，會更容易理解。這四種基本變形， 雖然受力及變形特點各不相同，但這四種變形的研究方法基本相似：首先，這四種基本變形都是按照“外力分析—內力及內力圖—應力分析—建立強度條件”的方法來研究的；其次，都使用了截面法求內力；另外強度公式相似， 分子都是表示內力的量， 分母都是與截面形狀和尺寸有關的幾何量。因而， 只要掌握了一種變形的研究方法，其它幾種變形就很容易理解，關鍵對比分析其中不同之處。為了區別這四種變形的不同，可以從生活中尋找例子，如用彈簧來說明拉伸壓縮變形的受力特點，拿剪刀剪布、剪紙等例子來說明剪切變形的受力特點；用方向盤來說明扭轉變形的受力特點；在彎曲變形中就拿晾衣桿等來說明彎曲變形的受力特點，這樣，通過具體的觀察、形象的思考、抽象的分析這些從具體到抽象的認識過程，有效地促進難點的轉化。

總之，很多同學都認為《工程力學》是一門很難的學科，其實，只要掌握了一定的方法就能迎刃而解，對課程的概念、公式是很容易掌握的。

參考文獻：

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