高中物理教学中运动与相互作用观的构建——以“动量定理”的教学为例

在高中物理教学中,对学生的运动与相互作用观念的培养是构建物理学科核心素养的核心和关键,贯穿整个教学过程.物理教师可以通过创设生活情境、设计驱动问题、开展演示实验、注重知识应用等策略,帮助学生更有效地构建运动与相互作用观念.

高中物理教材“相互作用与运动规律”习题与课程标准的一致性分析

本文对人教版三种版本高中物理教材必修一“相互作用与运动规律”课后习题研究,采用SEC一致性分析工具、韦伯模式。探究三个版本教材的习题与课标一致性程度,通过对课标内容要求和教材习题进行编码,从知识种类、知识深度、知识广度、知识分布平衡性四个维度以及SEC一致性系数进行分析。研究结果表明,三种版本教材在不同维度上的一致性存在差异,整体一致性有待提高。人教版在知识类别上一致性最高,粤教版在知识深度上一致性最高,鲁科版在知识分布平衡性上最高。同时,三个版本教材在知识深度一致性上都需要提高,不能过难,以符合课标对学生发展的需要。此外,本文还指出了研究的局限性,并对未来研究提出了建议。

桩-土-结构动力相互作用影响因素分析

为了研究桩-土-结构动力相互作用机理,分析其影响因素,采用振动台试验和数值模拟分析相结合的方法,对不同上部结构质量、不同输入波频率和加速度峰值输入下的桩-土-结构体系的水平动力反应规律进行了分析和讨论。试验地基土体模型为中硬土,剪切波速约为213 m/s;群桩基础由5根长1.35 m、直径0.1 m的基桩“十”字型布置;上部结构模型采用质量块模拟。研究结果表明:桩身的弯矩与剪力在桩-承台连接处最大,并且随深度增加而减小;随着上部结构质量的增加,土体与桩基的加速度反应增大,桩身的弯矩与剪力也增大;随着输入正弦波幅值和频率的增大,桩-土运动相互作用变大,桩身弯矩与剪力变大;最后比较各种影响因素引起的反应发现,上部结构质量的变化对桩-土-结构体系动力相互作用的影响最大,幅值的影响次之,频率的影响最小。

高中物理单元教学目标的分析与设计——以相互作用与运动定律为例

高中物理单元教学设计是推进高中物理课程改革的重要抓手,教学目标是教学设计的基础。文章从核心素养的四个方面分析了相互作用与运动定律,对课程标准中的内容要求、学业要求与教材内容、学生学情进行了整合与分析,设计了该单元的教学目标。

地震作用下桩-土-核电结构相互作用的异步分析方法

为拓展核电厂的选址范围,有必要对非基岩场地桩基情形的核电结构进行地震安全性评估。在目前的桩-土-结构相互作用分析方法中,Winkler地基梁模型以及p-y法都将桩-土-结构相互作用问题进行了简化,难以反映复杂地基情形。整体有限元法可考虑复杂地基情形,但计算量较大,效率较低。本文基于高效的三维时域土-结构相互作用分区分析(Partitioned Analysis of Soil-Structure Interaction,PASSI)方法,实现桩基与土体分别采用不同时间步距的计算方法,避免土体采用桩基相对较小的时间步距而增加不必要的计算量。本文以AP1000核岛结构作为研究对象,建立了桩-土-核电结构相互作用的三维有限元模型并对其进行分析。通过输入脉冲波验证了该异步算法的有效性,并结合运动相互作用和惯性相互作用,分析了桩身最大剪力和最大弯矩的特点。分析了桩-土-核电结构在地震波输入下的响应。由于桩的自由度数相对于土体的自由度数可以忽略不计,采用桩-土异步算法时,桩附加的计算量可以忽略,这种高效方法有望用于大型核电结构的桩-土-结构动力相互作用分析中。

桩—土体系运动相互作用参数分析

本文采用连续介质力学方法对桩－土运动相互作用进行了研究，主要研究运动相互作用对基础输入运动的影响，首先建立连续介质力学模型，从波动理论出发，求解满足边界条件的波动方程，获得桩周土的位移和应力表达式，进而求得桩周土反力与桩的动位移间的相互关系，并对桩的阻抗系数与桩身刚度对桩头加速度响应的影响进行了研究。结果表明，运动相互作用引起的基础输入运动小于自由场的控制运动。

从教材设计看运动与相互作用观的形成

为使学生逐步形成运动与相互作用观,人民教育出版社2019年版高中物理必修教材对相关内容进行了整体布局。教材从培养学生核心素养的角度确定第三章的教学目标,继而确定内容要点,之后按照由相互作用进入运动与相互作用关系的线索,将内容要点编排成五节课文。在设计具体教学内容时,教材注意强化相互作用的教学、正确设计力的合成与分解的目标、让学生形成分析问题的大思路。

利用情境化教学策略帮助学生构建运动与相互作用观念

在高中物理教学中,运动与相互作用观念起着“桥梁”的作用,连接着物质观念与能量观念。运动与相互作用观念是物理学科核心素养的重要组成部分,教师需要将运动与相互作用观念的构建贯穿教学始终。以“平抛运动”教学为例,教师在教学中采用情境化教学策略,基于生活、实验、实际问题等情境,帮助学生有效地构建运动与相互作用观念。

土-箱基-框架结构动力相互作用大比例模型野外试验研究

通过野外大比例(1∶2)结构模型动力试验,研究了土与箱基及框架结构动力相互作用。分别用脉动和牵引释放法测试了试验模型的自振频率及阻尼比,通过三维有限元计算理论值与现场实测值的对比发现,考虑土-结构动力相互作用(SSI)时模型自振频率比不考虑SSI作用时模型第一阶自振频率最大降低8.5%。从牵引释放试验中基础测点和地面测点速度频谱对比可以发现,地面测点振动以纵向运动为主,并且与土体特征频率接近的高频分量得到加强。由近场地面爆破振动试验可知,对于高柔框架结构,其顶部速度反应主要是由基础转动引起的摇摆分量组成,上部结构弹性变形次之,基础平动分量最小。试验为进一步研究具有埋置基础的土-结构动力相互作用提供了计算实例和丰富的试验对比数据。

初、高中“相互作用与运动定律”教学衔接研究

本文通过对初、高中物理课程标准的研读、教材中探究活动的分析,再对学生的认知水平和学习进阶的需要进行分析,梳理出几个关于"运动与相互作用"单元的初、高中教学衔接点,期望能够为同仁的实际教学提供参考.

土—桩—结构相互作用对巨型框架变形特性的影响

针对某巨型框架,采用动力有限元时程分析方法,通过土体自由场反应及运动相互作用计算,以及对地基刚性假定模型及土—桩—结构相互作用模型的变形特性的分析,得出结论:多遇地震下土体具有放大地震波的作用,而罕遇地震下却出现折减现象;考虑相互作用后,结构顶部相对位移减小,但在底部几层却有放大现象。

“相互作用—力”单元教学设计

单元教学设计是落实发展学科核心素养课程理念的重要途径."相互作用—力"单元教学设计围绕大概念整合设计,基于学习进阶发展规划来统筹对学生核心素养的培养.通过对本单元内容结构的分析和学生已经具备的学科核心素养,确立了本单元的教学应当着重培养的核心素养和教学目标,分层级制定了详细的进阶式教学过程.从以核心问题引领概念教学、以核心任务引领实验探究、以核心素养和方法引领从定性到定量研究的变迁的角度给出了设计思路,并采用诊断性和终结性评价方法对学生的学习效果进行反馈.将培养学生的学科核心素养融入到具体的教学活动层面,切实践行了新课程的教育理念.

土-桩-钢框架结构动力相互作用特征研究

利用振动台模型试验和有限元数值模拟的方法对土质地基-群桩-钢框架结构体系动力相互作用的规律和特征进行研究,并讨论了基桩长径比对于体系动力相互作用特征的影响。试验地基土体模型为均匀粉质黏土,剪切波速约为213 m/s;群桩基础由9根长2.0 m、直径0.1 m的基桩3×3对称布置;上部结构模型简化为三层钢框架结构。本文研究结果表明:土-桩-钢框架结构体系的阻尼比相较固定基础情形有所增加,输入相同地震动时其地震反应小于固定基础情形;动力相互作用体系中运动相互作用的贡献与惯性相互作用相当,不应忽略;随着基桩长径比的增大,运动相互作用增大,钢框架结构的加速度反应增大。

论运动的逻辑形式

运动有两种基本形式:一事物的自我运动和事物之间的相互作用运动,反映到逻辑里体现为两种关系:陈述关系和支配关系,并构成相应的两种命题形式。运动的逻辑形式可用于叙事,也可用于推理。

考虑惯性和运动相互作用桩基础抗震计算实例

地下结构(含桩基础)的地震响应是岩土工程领域研究热点,但是在工程师角度看建筑桩基础抗震设计还是个难点,绝大多数建筑桩基没有进行完整的抗震设计,出现研究热、工程应用冷的矛盾。本文用规范推荐的m值法计算桩基惯性相互作用,用双弹簧反应位移法计算桩基运动相互作用,根据上部结构周期大于场地特征周期的特点,组合值取两个相互作用的平方和开方。上部结构进入弹塑性状态后传递给基底的剪力和倾覆弯矩,利用性能化指标由SATWE获得。桩侧弹簧刚度按现行相关规范取值。通过算例可以看出,均匀场地可不考虑运动相互作用;惯性相互作用应考虑承台埋深,进行水平力作用下的承台-桩-土共同作用分析。

对教材中另类“匀变速直线运动”规律的探究

伽利略在研究落体运动的规律时猜想变速运动中速度变化的均匀有两种可能,一种是速度的变化对时间来说是均匀的,即常见的匀变速直线运功;一种是速度的变化对位移来说是均匀的,或称之为另类“匀变速直线运动”.这种另类的“匀变速直线运动”的模型隐含在一些常见的问题中,对其规律的探究既能提高学生的综合分析能力,也能帮助学生提升物理学科的核心素养.

新旧版义务教育物理课程标准“课程内容”难度比较分析——以“运动与相互作用”主题为例

本文以“运动与相互作用”主题为例,对比分析了《义务教育物理课程标准(2011年版)》和《义务教育物理课程标准(2022年版)》的课程内容.改进了课程内容难度评价模型,定量比较了两版课标的课程内容难度,以期为一线教师对课标的理解与把握提供参考.

提升“运动与相互作用观念”的教学实践与思考——以“力的分解”为例

基于“物理观念”视角对“力的分解”中的某些教法提出质疑,并用“运动与相互作用观”给予解释,提出了提升学生“运动与相互作用观念”的教学思路。

例谈物理观念在解决问题中的作用

物理观念在物理学科核心素养的四个方面中占据基础性地位,在解决物理问题中决定着分析问题思路的方向.运动与相互作用观的核心是物体的运动状态由它所受的合力决定,解决相关问题时,分析物体的运动状态,要先确定其受力;已知物体的受力,要先明确其运动状态.

地圈动力学的THMCB多元关联过程及其分析

地圈中广泛发育的动力学过程属于多元关联过程,它们是在岩土圈与水圈、大气圈、生物圈相互作用中进行的。它们的活动可以概括为热力学、流体力学、固体力学、化学和生物学等基本物质运动的作用及系统的演化。由于它们之间有着互动影响和制约,以及由此引发的能量的转换和参数的变异,因而密切相关。本文建议确立THMCB多元关联过程的概念,开展多元关联过程的研究和分析,以期对地圈动力学过程进行系统有效的综合评价和预测。