淺析物理力學在工科專業中的應用

陳鐸

摘要：力學是物理的一個分支，而物理是一切工科專業的基礎。對于工科專業的學生來說，其基礎課程中一個非常重要的組成部分就是力學，也是工科專業學生理論課與專業課之間的樞紐，很多工程技術難點都需要借助于物理力學的相關知識來解釋，對于任何一個物理現象來說，力學現象是無處不在的，物理力學在工科專業中的重要作用也由此體現。

關鍵詞：物理力學；工科；應用

前言

物理力學是一門開展與物體機械運動一般規律有關知識的學科，這也是各個力學學科分支的基礎所在，作為現代工程技術理論基礎，其主要特點是在開展相關問題分析的過程中，注重邏輯推理的嚴格性及相關概念的確切性，并且主張應用公理體系來對相關力學理論進行演繹，在實際的開展教學的過程中，其注重學生創新思維能力、邏輯思維能力及解決實際問題能力的培養，這也與大部分工科專業的人才培養目標相一致，這也是物理力學能夠在工科專業中廣泛應用的重要因素。

一、物理力學與工科專業的特點

通常情況下，在大學學科設置的過程中，物理專業與工科專業存在著密不可分的聯系，將物理理論作為基礎，將工科專業的相關知識作為依托，從而在實際的教學過程中實現理工結合。這也是因為隨著市場經濟的發展，對于人才的需求有了明顯的改變，需要能夠理論聯系實際的人才，那么學校在進行人才培養的過程中，就注重理學基礎知識與學生實驗能力的培養，這也是很多綜合性高校當前的人才培養現狀，在強化理學基礎知識教學的同時，注重學生解決實際問題的能力。而在大量的理學學科當中，物理力學是一個非常重要的分支，其在學生邏輯思維能力、分析和解決問題能力培養方面所發揮的作用不言而喻，與其他理學知識所不同的是，物理力學既具有基礎理論的特點，又具有工程應用的特點，物理力學的學習，不僅有利于學生開展后續材料力學、電動力學等相關課程的學習，也可以將其直接應用于解決實際力學問題當中，其在整個高等院校工科專業學生的學習當中都占據著非常重要的地位。

二、物理力學在工科專業中的實際應用

1、螺線管磁場計算

螺旋管中磁場的計算不僅是解決實際問題的基本前提，更是實際工程應用中產生電磁場的一種基本器件。無限長螺旋管和有限長螺旋管軸線磁場的分布都是大學物理學中螺旋管磁場計算的主要集中磁場，大多數學生在其計算過程中由于磁場計算的精確性以及繁瑣性并不能夠獨立完成，很多時候都無法對此進行精確計算。此時，數值計算軟件的應用可以避免一系列繁瑣的計算，同時能夠更加直觀的對矢量圖解進行了解，引導大學生能夠運用相應的物理知識對此進行分析，從而培養學生理論與實際相結合的能力。

圖中的模型是螺旋管產生磁場的二維簡化模型。

2、電磁感應加熱問題

感應加熱由于在法拉第電磁感應定律的基礎上進行應用，所以其加熱速度快、效率高、無公害等優點在金屬熔煉、感應燒結以及感應熱處理等工程中都具有廣泛的應用。交變磁場、電磁感應等理論知識體系都是電磁感應加熱所涉及到的相關理論，具有相當重要的研究價值。但是本階段的知識積累對該問題很難得到精確解決。利用數值計算軟件 ANSYS 可避免繁雜的計算，同時又可得到直觀形象的矢量圖解，加深學生對物理問題直觀現象的認識。

為了避免磁場在變化的過程中最終形成的焦耳熱對導體本身形成的影響，導體自身會利用焦耳熱對自身導體進行加熱，而焦耳熱的產生主要是由于磁場的變化在導體中產生感生電流，繼而感生電流在閉合回路中流動時會產生相應的焦耳熱。由于感應加熱渦流場在結構、結合形狀以及材料性質變化上具有一定的復雜性，導致應用于電磁場計算的各種解析方法，例如分離變量法、保角變換法、鏡像法和格林函數法等難以準確地、有效地解決工程中的電磁感應加熱問題。然而素質拓展平臺以 ANSYS 有限元軟件進行電磁感應加熱的數值求解，讓學生用學過的物理知識對結果進行合理解釋，培養了學生應用理論知識解決實際問題的能力[2]。

3、旋轉磁場及其應用

旋轉磁場在很多領域都具有非常廣泛的應用，如：電磁攪拌領域、發電機領域、普通異步電機領域，其主要原理是通過大學物理電磁學部分來開展定性解釋。在開展物理教學的過程中，引進旋轉磁場的相關內容，不僅利于學生對相關理論知識的理解，還利于提升學生對于工程的認知，從而更有利于理解一些比較復雜的物理現象。

結束語

由此可見，物理學知識在工科中的應用相當廣泛并且非常重要，學生在學習的過程中還需盡量避免只注重知識學習而忽視實際操作的情況，盡量能夠達到理論與實際的結合。運用所學知識創造更高的財富，為我國社會經濟發展創造更大的貢獻。

參考文獻

[1]林年添，趙俐紅，支鵬遙，楊思通. 工科院校地球物理學專業培養模式的構建及其實施策略[J]. 佳木斯職業學院學報，2014，12：68-69.

[2]李麗，馬崇庚，潘娜娜. 工科背景下應用物理學專業人才培養模式的研究與實踐[J]. 科技創新導報，2016，25：157-158.endprint