桿件內力分析教學中的能力培養

摘 要：對各基本變形桿件的內力進行分析，正確地做出的內力圖是學習材料力學必須掌握的基本功。在這部分內容的教學中，引導學生去對比、分析，抓住用截面法求內力的實質，再通過數學演繹，歸納出內力隨外力變化的規律，然后經過抽象與簡化，得到作內力圖的簡易作圖法。這樣組織教學，使得學生在學習知識的過程中，提高各方面的能力，可促進學生學會學習，最終達到“不教之教”的境界。

關鍵詞：內力分析 內力圖 能力培養

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A 文章編號：1673-9795（2012）11（b）-0112-02大學本科階段的課程教學以及各種教學活動，目標不再是應試，而是培養滿足社會需求的高端人才。通過教學，應培養學生的探究意識，激發學生的各種能力，提高學生的學習興趣，最終培養出具有具有個性，具有活力，具有創新能力，具有高的綜合素質，可以走得遠的人。[1]

材料力學是一門歷史悠久的學科，材料力學知識是工程技術人員進行工程設計的基礎。在材料力學教學過程中，桿件的內力分析是關鍵的一環。通過這部分內容的教學，可激發學生各種能力。

1 對比、分析—— 抓實質

認知的過程是一個循序漸進的過程，通過分析、對比，抓住力學中本質的東西，抓住串起力學知識的一條紅線，可加深學生對知識的理解，收到好的教學效果。

1.1 內力與約束反力的異同

桿件的內力是由外力所引起的桿件內部材料之間互相作用力的改變量，求內力的一般方法是截面法。靜力學中介紹的約束反力，是物體之間相互作用的力，用力系的平衡方程可求得約束反力。

雖然內力和約束反力是兩種不同性質的力，但對比一下，截面法的實質還是根據力系的平衡條件求未知量。求內力和求約束反力的方法是一樣的，僅僅是獲得力學模型的方法不同而已。

靜力學中研究對象是剛體，靜力學的力學模型是解除約束后獲得的。選取適當的剛體或剛體系統為研究對象，將所去掉的周圍物體對研究對象的作用用對應的約束反力代替，研究對象在主動力系和約束反力系的共同作用下保持平衡。

材料力學中研究對象是可變形固體，求桿件內力時力學模型是用假象截面截得的。取截面任一側的桿件為研究對象，把去掉的部分對研究對象的作用用內力表示，研究對象在主動力系和內力系作用下保持平衡。

1.2 未知量的符號與內力“設正”

力系的平衡方程是代數方程，方程中的各項是對應的矢量在軸上的投影。從平衡方程中解得的未知量，若符號為正，說明力或力偶的方向設對了。而在材料力學中，為了變形計算的需要，根據微段的變形情況，規定了內力的正負號。分析對比這兩種關于未知量符號的規定可發現，它們可通過將內力方向“設正”統一起來。將內力一律畫成和正的變形對應的方向，由平衡方程求得的數值為正，說明內力的方向設對了，求得的數值為負，則說明內力的方向設反了，數值的負號正好與內力的規定一致。

物體的受力分析是解決工程問題時最重要的一步。在桿件內力分析教學過程中，引導學生將求內力的一般方法和用力系的平衡方程求未知量的方法對比，不但可以讓學生學到新的知識，由平衡條件準確地判斷內力的種類與方向，正確地求得內力；更重要的是，通過對比、分析，學生抓住了靜平衡的力學模型受到的是平衡力系，可用力系的平衡方程求未知量的一般規律，深化了學生對物體進行受力分析重要性的認識。