流体力学概念总结

流体力学概念总结（精选7篇）

流体力学概念总结 篇1

工程流体力学的研究对象：工程流体力学以流体（包括液体和气体）为研究对象，研究流体宏观的平衡和运动的规律，流体与固体壁面之间的相互作用规律，以及这些规律在工程实际中的应用。第二章 流体的主要物理性质

*流体的概念：凡是没有固定的形状，易于流动的物质就叫流体

*流体质点：包含有大量流体分子，并能保持其宏观力学性能的微小单元体。*连续介质的概念：在流体力学中，把流体质点作为最小的研究对象，从而把流体看成是

1）由无数连续分布、彼此无间隙地

2)占有整个流体空间的流体质点所组成的介质

密度：单位体积的流体所具有的质量称为密度，以ρ表示 重度：单位体积的流体所受的重力称为重度，以γ表示

比体积：密度的倒数称为比体积，以υ表示。它表示单位质量流体所占有的体积 流体的相对密度:是指流体的重度与标准大气压下4℃纯水的重度的比值，用d表示。

*流体的热膨胀性:在一定压强下，流体体积随温度升高而增大的性质称为流体的热膨胀性。

*流体的压缩性：在一定温度下，流体体积随压强升高而减少的性质称为流体的压缩性

可压缩流体： ρ随T 和p变化量很大，不可视为常量 不可压缩流体：ρ随T 和p变化量很小，可视为常量。

*流体的粘性：流体流动时，在流体内部产生阻碍运动的摩擦力的性质叫流体的粘性。

牛顿内摩擦定律：牛顿经实验研究发现，流体运动产生的内摩擦力与沿接触面法线方向的速度变化（即速度梯度）成正比，与接触面的面积成正比，与流体的物理性质有关，而与接触面上的压强无关。这个关系式称为牛顿内摩擦定律。

非牛顿流体：通常把满足牛顿内摩擦定律的流体称为牛顿流体，此时不随d/dn而变化，否则称为非牛顿流体。

动力粘度μ ：动力粘度表示单位速度梯度下流体内摩擦应力的大小，它直接反映了流体粘性的大小

运动粘度ν ：在流体力学中，动力粘度与流体密度的比值称为运动粘度，以ν表示。

实际流体：具有粘性的流体叫实际流体（也叫粘性流体），理想流体：就是假想的没有粘性（μ= 0）的流体 第三章 流体静力学 *流体的平衡：（或者说静止）是指流体宏观质点之间没有相对运动，达到了相对的平衡。

*绝对静止：流体对地球无相对运动，也称为重力场中的流体平衡。

*相对平衡：流体整体对地球有相对运动，但流体对运动容器无相对运动，流体质点之间也无相对运动，这种静止或叫流体的相对静止或叫流体的相对平衡 质量力：作用于流体的每一个流体质点上，其大小与流体所具有的质量成正比的力。在均质流体中，质量力与受作用流体的体积成正比，因此又叫体积力。*表面力：表面力是作用于被研究流体的外表面上，其大小与表面积成正比的力。*压强：在静止或相对静止的流体中，单位面积上的内法向表面力称为压强。等压面：在静止流体中，由压强相等的点所组成的面。*位置水头（位置高度）：流体质点距某一水平基准面的高度。压强水头（压强高度）：由流体静力学基本方程中的p/( g)得到的液柱高度。*静力水头：位置水头z和压强水头p/( g)之和。

压强势能：流体静力学基本方程中的p/项为单位质量流体的压强势能。*淹深：自由液面下的深度。大气压强(pa）：由地球表面上的大气层产生的压强。国际标准大气压强(patm）：将地球平均纬度（北纬45º）,海平面z=0处，温度为15ºC时的压强平均值。定义为国际标准大气压强。且patm=101325Pa。流体静压强的表示方法

1）表压强：表压强是以大气压强为基准算起的压强，以pb表示。2）绝对压强：以绝对真空为基准算起的压强叫绝对压强，以pj表示。真空度：低于大气压强，负的表压强称为真空度，以pz 表示。面积矩：为平面A 绕通过o点的ox轴的面积矩。压力中心：总压力的作用点。

*压力体：是所研究的曲面与通过曲面周界的垂直面和液体自由表面或其延伸面所围成的封闭空间。

第四章 流体运动学基础

*流场：运动流体所充满的空间称为流场。

拉格朗日坐标：在某一初始时刻t0，以不同的一组数（a,b,c）来标记不同的流体质点，这组数（a,b,c）就叫拉格朗日变数。或称为拉格朗日坐标。欧拉法：以数学场论为基础，着眼于任何时刻物理量在场上的分布规律的流体运动描述方法。*欧拉坐标（欧拉变数）：欧拉法中用来表达流场中流体运动规律的质点空间坐标(x,y,z)与时间t变量称为欧拉坐标或欧拉变数。*控制体：流场中用来观察流体运动的固定空间区域。控制面：控制体的表面。

*定常流动：若流场中流体的运动参数（速度、加速度、压强、密度、温度、动能、动量等）不随时间而变化，而仅是位置坐标的函数，则称这种流动为定常流动或恒定流动。

*非定常流动：若流场中流体的运动参数不仅是位置坐标的函数，而且随时间变化，则称这种流动为非定常流动或非恒定流动。*均匀流动：若流场中流体的运动参数既不随时间变化，也不随空间位置而变化，则称这种流动为均匀流动。

一维流动：流场中流体的运动参数仅是一个坐标的函数。二维流动：流场中流体的运动参数是两个坐标的函数。

三维流动：流场中流体的运动参数依赖于三个坐标时的流动。*迹线：流场中流体质点的运动轨迹称为迹线。

*流线：流线是流场中的瞬时光滑曲线，在曲线上流体质点的速度方向与各该点的切线方向重合。驻点：速度为0的点；

奇点：速度为无穷大的点（源和汇）；流线相切的点。*流管：在流场中任取一不是流线的封闭曲线L，过曲线上的每一点作流线，这些流线所组成的管状表面称为流管。*流束：流管内部的全部流体称为流束。

*总流：如果封闭曲线取在管道内部周线上，则流束就是充满管道内部的全部流体，这种情况通常称为总流。

微小流束：封闭曲线极限近于一条流线的流束

*过流断面：流束中处处与速度方向相垂直的横截面称为该流束的过*流断面。*流量：单位时间内通过某一过流断面的流体量称为流量。

体积流量：单位时间内通过某一过流断面的流体体积称为体积流量，以 qv表示 质量流量：单位时间内通过某一过流断面的流体质量称为称为质量流量，以qm表示。

*平均流速：常把通过某一过流断面的流量qv与该过流断面面积 A相除，得到一个均匀分布的速度。层流（滞流）：不同径向位置的流体微团各以确定的速度沿轴向分层运动，层间流体互不掺混。湍流（湍流）：各层流体相互掺混，流体流经空间固定点的速度随时间不规则地变化，流体微团以较高的频率发生各个方向的脉动

黏性：在运动的状态下，流体所产生的抵抗剪切变形的性质 分子不规则热运动: 相邻两层流体动量不同 分子动量传递: 相邻两流体层具有相互作用

剪切力:内摩擦力是流体内部相邻两流体层的相互作用力，称为剪切力； 剪切应力：单位面积上所受到的剪力称为剪切应力

无滑移:紧贴板表面的流体与板表面之间不发生相对位移，称为无滑移

流体的黏度:作用于单位面积上的力正比于在距离y内流体速度的减少值，此比例系数μ称为流体的黏度。

边界层：存在速度梯度的区域即为边界层

（影响仅限于壁面附近的薄层，即边界层，离开表面较远的区域，则可视为理想流体。）

边界层：当实际流体沿固体壁面流动时，紧贴壁面处存在非常薄的一层区域 边界层厚度： 流体速度达到来流速度99％时的流体层厚度 形体阻力：物体前后压强差引起的阻力 第四章 流体动力学基础

*缓变流动：流线间夹角很小，流线曲率很小，即流线几乎是一些平行直线的流动。

*缓变过流断面：如果在流束的某一过流断面上的流动为缓变流动，则称此断面为缓变过流断面

流体的动量定理可以表述为：系统的动量对于时间的变化率等于作用在系统上的外力和

流体速度:由牵连速度uc=ωr和相对速度ur组成V=uc+ ur 动压：总压与静压之差，运动流体密度和速度平方积之半 静压：运动流体的当地压强。总压：气流中静压与动压之和 第七章 流体在管路中的流动 层流：流体中液体质点彼此互不混杂，质点运动轨迹呈有条不紊的线状形态的流动。湍流：流体中任意一点的物理量均有快速的大幅度起伏，并随时间和空间位置而变化，各层流体间有强烈混合

上下临界流速：流动型态转变时，水流的断面平均流速称为临界流速，把从层流转变为紊流时的叫上临界流速，而把紊流转变为层流时的叫下临界流速。

水力半径：过水断面面积与湿周的比值。

雷诺数：在流体运动中惯性力对黏滞力比值的无量纲数Re=UL/ν。其中U为速度特征尺度，L为长度特征尺度，ν为运动学黏性系数。能头损失：如果管道内的水是流动的，必定有一部分能量转化为热能而“消灭”，也就是丢失了一部分水压（或称扬程），这是客观事物的反映，是水流运动的必然规律。通常我们将这种能量转变的现象，称之为能量损失（或称水力损失，水头损失）。它以米为计算单位。

沿程阻力：流体在均匀流段上产生的流动阻力，也称为摩擦阻力

局部阻力：由于流体速度或方向的变化，导致流体剧烈冲击，由于涡流和速度重新分布而产生的阻力

时均速度：如取时间间隔T，瞬时速度在T时间内的平均值称为时间平均速度，简称时均速度

水力光滑管：就是不考虑沿程损失的管道 里面的水流为均匀流 水力粗糙管： 水力光滑流动：当粘性底层的厚度S大于管壁的绝对粗糙度面．管壁的凹凸不平部分完全被粘性底层所覆盖，湍流核心区与凸起部分不接触，流动不受管壁粗糙度的影响，因而流动的能量损失也不受管壁粗糙度的影响，这时的管道称为水力光滑管，这种流动称为水力光滑流动

水力粗糙流动：当粘性底层的厚度小于管壁的绝对粗糙度面时，管壁的凹凸不平部分完全暴露在粘性底层之外，湍流核心区与凸起部分相接触，流体冲击在凸起部分，不断产生新的旋涡，加剧紊乱程度，增大能量损失，流动受管壁粗糙度的影响，这时的管道称为水力粗糙管，这种流动称为水力粗糙的流动 水力长管：管路中流体流动的局部能量损失与速度损失之和与沿程能量损失相比所占比例很小（一般小于沿程损失的5％～10％），常常不计局部损失和速度水头，这样的管路称为水力长管 水力短管：在总水头损失中，局部损失与速度水头之和以及沿程损失均占相当的比例，都不能忽略，这种管路称为水力短管。

Recr表示 临界雷诺数：由层流转变为湍流时的雷诺数称临界雷诺数，一般用

混合长度：流体质点横向掺混过程中，存在与气体分子自由行程相当的行程l,而不与其它质点相碰撞，l称为混合长度

第八章 孔口出流

孔口出流：流体流经孔口的流动现象。

*薄壁孔口：如果液体具有一定的流速，能形成射流，且孔口具有尖锐的边缘，此时边缘厚度的变化对于液体出流不产生影响，出流水股表面与孔壁可视为环线接触，这种孔口称为薄壁孔口

*厚壁孔口：如果液体具有一定的速度，能形成射流，此时虽然孔口也具有尖锐的边缘，射流亦可以形成收缩断面，但由于孔壁较厚，壁厚对射流影响显著，射流收缩后又扩散而附壁，这种孔口称为厚壁孔口或长孔口，有时也称为管嘴 *流速系数Cv：流速系数物理意义：实际流速与理想流速之比

*流量系数 Cd = CcCv 流量系数的物理意义就是实际流量与理论流量之比

*阻力系数：按某一特征面积计算的单位面积的阻力与单位体积来流动能的无因次比值。

收缩断面：薄壁孔口边缘尖锐，而流线又不能突然转折，经过孔口后射流要发生收缩，在孔口下游附近的c-c断面处，射流断面积达到最小处的过流断面。以Cc表示。

*收缩系数：收缩断面面积与孔口的几何断面积之比，即 Cc = Ac/A。小孔口：以孔口断面上流速分布的均匀性为衡量标准，如果孔口断面上各点的流速是均匀分布的，则称为小孔口。

大孔口：如果孔口断面上各点的流速相差较大，不能按均匀分布计算，则称为大孔口

自由出流：以出流的下游条件为衡量标准，如果流体经过孔口后出流于大气中时，称为自由出流；

淹没出流：如果出流于充满液体的空间，则称为淹没出流。

*完全收缩：孔口距离器壁很远，因此器壁对孔口的收缩情况毫无影响，这种收缩称为完全收缩

非完全收缩：孔口四周都有收缩，但某一边距离器壁较近，其收缩情况受到器壁的影响，因而这种收缩称为非完全收缩

*部分收缩：有的边根本不收缩，只有部分边有收缩，因而称为部分收缩 第九章 明渠恒定均匀流 明渠：人工渠道和天然渠道

明渠恒定流：当明渠中水流的运动要素不随时间而变时，称为明渠恒定流

明渠恒定均匀流：明渠恒定流中，如果流线是一簇平行直线，水深、断面平均流速及流速分布均沿程不变，称为明渠恒定均匀流

底坡：明渠渠底纵向倾斜的程度称为底坡等于渠底线与水平线夹角的正弦 梯形水力最佳断面：b / h 值仅与边坡系数 m 有关 梯形水力最佳断面的水力半径等于水深的一半 边坡系数m：反映渠道两侧倾斜程度

棱柱体渠道：断面形状、尺寸及底坡沿程不变，同时又无弯曲渠道，称为棱柱体渠道；

允许流速:渠道中的流速 V应小于不冲允许流速, 渠道是的流速V 应大于不淤流速

第十章 堰流和闸孔出流

堰流：顶部闸门完全开启，闸门下缘脱离水面，水流从建筑物顶部自由下泄。闸孔出流：顶部闸门部分开启，水流受闸门控制而从建筑物顶部与闸门下缘间的孔口流出。侧收缩系数：水流受闸墩墩头约束影响引起收缩后的过水宽度与闸孔的实际宽度之比值。

流体力学概念总结 篇2

笔者在2014年, 由文献[3-12]总结, 初步建立“非饱和土有效应力的大气张力公式与新概念土力学”的构架[2]。要点有, 应该用有效应力的概念代替经典有效应力原理, 即有效应力是土体中提供抗剪强度的点的集合所对应的应力;非饱和土有五相;自由水和孔隙气具有等效压缩刚度 (等效压缩模量和等效压缩系数) ;有效应力的实质是自由水和孔隙气没有抗剪能力;大气张力抗拉强度, 揭示了非饱和土的“吸力”之谜;大气张力库仑抗剪强度, 展示了经典凝聚力的全貌;应该用绝对压强论述土力学[2]。

该文将在文献[2-12]的基础上, 用上述土力学的新概念揭开非饱和土力学之谜。

1 有效应力的新概念与抗剪极限状态的大气张力公式

1.1 抗剪极限状态的非饱和土有效应力的大气张力公式

笔者指出, 图1是非饱和土的中间带的角部孔隙水的3种情况[2]。由角部向外, 见图1 (a) , 粘土之间:结合水膜-角部毛细水-表面张力收缩膜-孔隙气。没有自由水时, 结合水膜-表面张力收缩膜-孔隙气 (未画图) 。

见图1 (b) , 砂类土之间:角部毛细水-表面张力收缩膜-孔隙气。

见图1 (c) , 砂类土与粘土之间: (砂) 粉土颗粒与粘土颗粒结合水膜间被自由水隔开-角部毛细水-表面张力收缩膜-孔隙气。

还提出抗剪极限状态非饱和土的有效应力的大气张力公式[10]

其中, σ为总应力, σs′为颗粒接触有效应力, σc′为结合水膜有效应力 (结合水膜项还包括由碳酸盐、石膏及包围在颗粒外部的盐类薄膜[3]) , σF为表面张力垂直分量贡献有效应力, X为饱和度系数, Bu为非饱和土的自由水通道率, Uwa为计算点处绝对压强下的自由水压力, 作用在同一平面的自由水上, 按重力水、毛细水、角部毛细水的区别有不同的计算式[4], Ua为计算点处 (绝对) 孔隙气压力, 作用在同一平面的孔隙气上。

1.2 有效应力的新概念与问题解答

对于式 (1) , 问题1:σc′为什么是有效应力之一, 为什么要从孔隙水压力中分出来?问题2:σF远离颗粒接触点, 为什么也是有效应力之一?

笔者提出了“有效应力是土体中提供抗剪强度的点的集合所对应的应力”的新概念[9], 可以解答上述问题:在抗剪极限状态, 绝对自由水压力Uwa和绝对孔隙气Ua作用处不提供抗剪强度, 而颗粒接触点的σs′是法向压力, 其作用处切向提供由滑动摩擦和咬合摩擦产生的抗剪强度, 膜的σc′和σF是法向拉力, 其作用处切向直接提供真凝聚力, 所以σs′-σc′-σF就是有效应力[10]。由式 (1) 得非饱和土的有效应力

1.3 绝对压强与“负的”孔隙水压力Uwa

见式 (1) 的Uwa, 称为计算点处绝对压强下的自由水压力, 按经典非饱和土力学, 常称为“负的”孔隙水压力, 在这里还是“负的”吗?不是。

见文献[13]的第83-87页, 对于将玻璃管插入水槽时, 玻璃管内的毛细水柱:“在绝对压强下, 再没有负孔隙水压力之说。毛细水柱在上升过程中始终作用着正的压力。其上升的原因是由于表面张力的存在, 使下表面的压力>上表面的压力加上毛细水柱的重力, 总的合力向上[13]。”见图1, 同样可以说, 角部毛细水:“在绝对压强下, 再没有负自由水压力之说。角部毛细水上始终作用着正的压力。但由于收缩膜的表面张力的存在, 角部毛细水压力总是小于土中孔隙气压力。”

这里应该注意, 角部孔隙水还包括结合水膜和表面张力收缩膜, 在抗剪极限状态, 他们传递拉力, 是真的“负的”孔隙水压力。

2 大气张力抗拉强度, 揭开了非饱和土的“吸力”之谜

2.1 有趣的挂衣钩问题

见百度作业帮:有一种用塑料或橡皮制造的挂衣钩, 中间是一个空的“皮碗”, 可以把它按在光滑的墙或玻璃上, 在钩上再挂上几件衣服也不会掉下来, 这是因为:

A.墙对它有吸力B.玻璃对它有吸力C.衣钉对墙或玻璃有附着力D.大气压的作用

答案是D。这是由于按下“皮碗”, “皮碗”与墙或玻璃之间的空气被排出, 内部没有压力, 而“皮碗”外面被大气压强压住, 外部压力大于于内部压力, 所以“皮碗”紧贴着墙或玻璃不会掉下来。所以, 通常说“皮碗”被墙或玻璃吸住了, 是上了大气压强的当。

2.2 大气张力抗拉强度与“吸力”之谜

笔者提出, 忽略土自重, 对应直接抗拉强度试验的大气张力抗拉强度[5]

σs′为颗粒摩擦或咬合抗拉强度。按最不利, 优先在颗粒最小摩擦或咬合的位置破坏, 所以该项可以忽略不计。σc′为结合水膜抗拉强度, σF为表面张力收缩膜抗拉强度, {Pa-[BuUwa+ (1-X) Ua]}为水气不抵大气压强抗拉强度:是土体中自由水、孔隙气的浮力 (绝对压力) 不能全部抵消地面大气压力所导致的抗拉强度。

由式 (3) 和图1, 非饱和土的“吸力”是显而易见的, 共有4项:第一项σs′颗粒摩擦或咬合抗拉强度是摩擦力, 第二项结合水膜抗拉强度σc′, 主要是粘粒电场中的极性水分子的正极与负极或极性水分子的负极与阳离子相互吸引产生的吸引力;第三项表面张力收缩膜抗拉强度σF, 是由于水气交界面“张紧”的水分子之间相互吸引产生的吸引力;第四项是水气不抵大气压强抗拉强度{Pa-[BuUwa+ (1-X) Ua]}, 见图1, 直接抗拉强度试验的非饱和土样通常是角部孔隙水土样, 通常Ua等于大气压强, 由于表面张力的存在, Uwa小于大气压强, 且结合水膜和表面张力收缩膜占据了截面的部分面积, 所以通常地面大气压强Pa大于[BuUwa+ (1-X) Ua], 使土样压紧, 形成假的“吸力”。

简言之, 非饱和土的“吸力”有4项, 颗粒摩擦或咬合抗拉强度是摩擦力, 不是真正的“吸力”, 结合水膜和表面张力收缩膜抗拉强度是分子力, 是真正的吸引力;而水气不抵大气压强抗拉强度也不是真正的“吸力”, 是压力, 是土体中自由水、孔隙气的浮力 (绝对压力) 不能全部抵消地面 (或说土样外表面) 大气压力所导致的压紧土样的力。

2.3 为什么粉质粘土的抗拉强度 (“吸力”) 随含水量的减小而增大

表1为某原状黄土土样的物理力学性质, 骆亚生等[14]对其按一组不同含水量进行单轴拉伸试验, 得到结论:原状黄土的抗拉强度随含水量的增大而减小, 随含水量的减小而增大[14]。为什么?按上述非饱和土的后3项“吸力”回答如下:

随着含水量的减少, 第二项结合水膜吸引力加大:两个粘粒互相倾倒及靠近, 分子力的电场加强, 即强结合水接触区加大和接近。第三项表面张力收缩膜吸引力加大:越多的小粉粒处自由水由饱和变为不饱和, 增加了表面张力收缩膜的数量。第四项水气不抵大气压强抗拉强度 (假吸力) 加大:表面张力收缩膜的数量增加, 使角部毛细水的压力减少, 再加上强结合水膜的面积的增加, 使土体内部自由水和孔隙气的作用面积减少, 总的是土体中自由水、孔隙气的浮力抵消土样外表面大气压力的能力减弱。

应该注意的是, 粉质粘土的抗拉强度随含水量的减小而增大的现象并不是绝对的。事实上, 含水量减少到塑限, 粘粒之间的表面张力收缩膜会消失, 因为其仅存在强结合水;含水量减少到塑限以后, 强结合水膜会不断减少, 抗拉强度 (“吸力”) 减少, 直至土体开裂。

2.4 经典非饱和土力学的“吸力”之谜

张鹏程等[15]指出:基质吸力表示土壤吸水的趋势, 强调的是土颗粒与水之间的相互作用, 并非土颗粒间的相互作用, 与有效应力概念的本质不符, 是Bishop和Fredlund强度理论中分别存在着物理意义不明确参数x和φb的根本原因;广义吸力虽然考虑了结构吸力的作用, 但仍将基质吸力作为有效应力的一部分, 使原本“实用、简化”的目标更加复杂化;附加内压力将基质吸力以及表面张力的作用进行叠加, 存在力作用大小上的重复, 同时未考虑结构吸力的作用;张力吸力将表面张力沿两土颗粒连线方向的分量———张力吸力和基质吸力进行叠加, 一是仍将基质吸力作为有效应力的一部分, 二是同样未考虑结构吸力的作用;粒间吸力 (湿吸力和结构吸力) 考虑了因土体结构性引起的结构吸力作用, 同时也考虑了气液界面上收缩膜的效应———湿吸力的作用, 基于粒间吸力的非饱和土有效应力及强度理论不仅符合有效应力定义的本质, 而且合理地解释了非饱和土中诸如收缩膜张力的方向性、土中应力概念的平均性、土体物理本质的唯一性、随含水率变化的连续性以及对不同类型土的适应性等众多现象。因此, 从粒间吸力的角度出发来研究非饱和土的有效应力原理是正确、可行的[15]。

可见, 经典非饱和土力学的“吸力”, 有基质吸力、广义吸力、附加内压力、张力吸力、粒间吸力 (湿吸力和结构吸力) 等等。相比大气张力抗拉强度, 显得种类多而互相矛盾、本质不符、重复、缺项、甚至神秘。就拿粒间吸力与大气张力抗拉强度的4项相比较, 湿吸力就是表面张力收缩膜抗拉强度加上其效应, 结构吸力就是结合水膜加上颗粒摩擦或咬合抗拉强度, 少了一项水气不抵大气压强抗拉强度。这是由于经典非饱和土力学用相对压强, 而不是用绝对压强来研究土力学造成的。可以说, 经典非饱和土力学的不妥之一, 是上了大气压强的当, 没法弄清楚“吸力”的全部。还可以说, “吸力”是不齐全的有效应力。

3 大气张力库仑抗剪强度, 展示了经典凝聚力及抗剪强度的全貌

3.1 大气张力库仑抗剪强度

笔者提出, 对应直接剪切试验, 初始抗剪强度[5]

其中:C0为真凝聚力, 即结合水膜和表面张力收缩膜的凝聚力之和, Cσ0为初始摩擦抗剪强度, 来源于斜向结合水膜抗拉强度、水气不抵大气压强抗拉强度、斜向表面张力贡献抗拉强度产生的初始法向应力。进一步, 提出大气张力库仑抗剪强度公式[5]

其中, C为初始抗剪强度, 包括真凝聚力和初始摩擦抗剪强度, σ为法向应力, φ为内摩擦角。

那么, 大气张力库仑抗剪强度公式与库伦抗剪强度定律比较, 有什么不同呢?

答案是:经典凝聚力c变成了初始抗剪强度C, 包括2部分:

1) 真凝聚力C0为结合水膜和表面张力收缩膜直接提供的吸引力, 基本等同于c。

2) 初始摩擦抗剪强度Cσ0为结合水膜和表面张力收缩膜对土粒有捆绑作用, 水气不抵大气压强抗拉强度的存在, 都在土粒接触点处产生初始, 所以有初始摩擦抗剪强度。

3.2 大气张力库仑抗剪强度公式的Cm形式

笔者提出, 当求主动土压力时, 天然半无限土体处于抗剪极限强度状态的情况如图2所示, 其中, 膜指结合水膜加上表面张力收缩膜。定义膜的抗剪强度贡献[12]

膜对土粒有捆绑作用, 在土粒接触点处产生法向应力, 从而产生膜的摩擦抗剪强度贡献。图2中, σ1是天然土竖向有效应力σz、, σ3是相应的水平有效应力σx、。在实际工程中, 应根据具体试验得到的大气张力库仑抗剪强度, 先求出膜的抗剪强度贡献。例如, 采用普通三轴仪, 角部孔隙水土层, 应减去大气作用和相对自由水压力, 剩下的就是膜的贡献, 得:Cm=C-{Pa-[BuUwa+ (1-X) Ua]}tanφ, 而如果是饱和土层, 仅应减去大气作用, 得:Cm=C-{Pa-[BuUa+ (1-X) Ua]}tanφ。

求得Cm后, 由图2得, 大气张力库仑抗剪强度公式的Cm形式[12]为

见图2, σ与{Pa-[BuUwa+ (1-X) Ua]}+q+Σγjhj有关, 即与水气不抵大气压强自重应力和重力有关。

那么, 大气张力库伦抗剪强度, 与具体试验方法有关系吗?答案是有关系。参见文献[12]的表1, 当角部孔隙水土层, 做普通三轴仪剪切试验, 初始抗剪强度中C, 已经包括了结合水膜、表面张力收缩膜、水气不抵大气压强自重应力的因素, 所以求膜的抗剪强度贡献Cm, 就应该减去[BuUwa+ (1-X) Ua]tanφ。而如果是饱和土层, 取土后, 土样失去相对自由水压力, 土样饱和水上只有大气作用, 其余同角部孔隙水土层, 所以, 求Cm应该减去Pa-[BuUa+ (1-X) Ua]}tanφ。

还有, 大气张力郎肯土压力、大气张力库伦土压力、大气张力土坡稳定等等强度计算, 应该用什么抗剪强度公式?见图2, 很显然, 应该用大气张力库仑抗剪强度公式的Cm形式, 即式 (6) 。

3.3 非饱和土抗剪强度的全貌

天然非饱和土抗剪强度由什么构成?

见图2和式 (6) , 由大气张力库仑抗剪强度公式的Cm形式可知, 由4部分构成:

1) 膜的抗剪强度贡献Cm:膜指结合水膜和表面张力收缩膜, 首先, 膜直接提供凝聚力, 其次, 膜对土颗粒的捆绑作用, 在土粒接触点产生法向压力, 从而产生摩擦抗剪强度。

2) 水气不抵大气压强自重应力{Pa-[BuUwa+ (1-X) Ua]}的抗剪强度贡献:计算截面处的绝对自由水和孔隙气浮力, 不能完全抵消地面大气压力, 在土粒接触点产生法向压力, 从而产生摩擦抗剪强度。

3) 土自重应力 (Σrjhj) 的抗剪强度贡献:土自重应力 (包括土中水和气的重力) , 在土粒接触点产生法向压力, 从而产生摩擦抗剪强度。

4) 附加重力q的抗剪强度贡献:附加重力, 在土粒接触点产生法向压力, 从而产生摩擦抗剪强度。

3.4 种类繁多的经典非饱和土抗剪强度

张常光等[16]指出:1) 单从非饱和土抗剪强度来看, Bishop有效应力抗剪强度公式和Frediund双应力状态变量抗剪强度公式的差别仅在于分别采用了有效应力参数χ和角φb两种不同的参数形式, 但在力学意义上却有着本质的不同, 前者属于有效应力公式, 后者属于双应力状态变量公式。2) 将非饱和土抗剪强度公式分为结合土-水特征曲线、数学拟合、分段函数、总应力指标及其他形式5类, 由基质吸力产生的吸附强度表达式的不同, 导致了非饱和土抗剪强度公式的多样性, 这都是为了更好地表达非饱和土的强度非线性特征[16]。

简言之, 经典非饱和土抗剪强度公式, 是建立在经典非饱和土力学的“吸力”之上的。“吸力”本身种类多而互相矛盾、本质不符、重复、缺项、甚至神秘, 也就决定了其抗剪强度公式是种类繁多。而大气张力库仑抗剪强度公式的Cm形式与其相比, 唯一、真实、简洁、明确。

4 不要再用有效应力或吸力去主导非饱和土的压缩变形及固结

4.1 再论影响土的压缩变形的是总应力而不是仅取决于有效应力

笔者指出:土颗粒先柔后刚, 自由水先刚后柔, 对立统一构成饱和土总刚度, 渗流固结完成实现土体更密实的飞跃。孔隙气、自由水既然有刚度 (等效压缩模量及等效压缩系数) 就必然参与抵抗压缩变形。由于太沙基一维固结理论, 一开始就设定了-de/dσ′=ɑ, 即有效应力原理, 所以造成了用常规的总应力压缩系数α代替超自由水压力的等效压缩系数ɑw的错误[10]。还指出, 总应力压缩模量与渗流水等效压缩模量的曲线相似;有效应力压缩模量起加劲作用, 而不是起决定性作用。土的压缩变形计算中应用有效应力原理是错误的[17]。

4.2 经典非饱和土的压缩变形及固结计算, 一开始就有错

殷宗泽等[18]总结了非饱和土本构模型当前研究的新进展, 包括弹性模型、巴塞罗那模型的各种改进, 其它形式包含吸力的应力变量模型、膨胀土弹塑性模型、损伤力学模型、热力学模型、浸水变形计算模型等。应用非饱和土本构模型计算土体的应力和变形, 一个重要问题是确定吸力。吸力是变量之一, 不管用有效应力原理还是双应力变量方法, 都须知道吸力。吸力的确定有3种方法:实测、渗流计算、固结计算[18]。

经典非饱和土的压缩变形及固结计算, 一开始就有错。由于影响土的压缩变形的是总应力而不是仅取决于有效应力, 所以, 上述经典非饱和土的压缩变形模型, 如同太沙基一维固结理论一样, 一开始就应用经典有效应力原理, 或用吸力作为主要变量, 都是错误的。可以说, 经典土力学的开始常常是很不合理的。例如基质吸力Ua-Uw=2Ts/R, 来源于土壤学, 其原意是指土壤吸水的能力或趋势, 即基质势[16], 在图1中就是收缩膜的表面张力。用收缩膜来代替整个a-a截面上还有结合水膜、自由水、孔隙气的作用, 肯定是错误的。又例如, 见文献[19]的107-108页, 太沙基的一维渗流固结理论。一次加载开始的一瞬间, 水来不及排出 (压缩模量无穷大) , 附加应力全部由水承担;然后, 水不断排出 (压缩模量不断变小) , 土体不断压缩, 水承担的附加应力逐渐交给土骨架;最后, 孔隙水压力为零, 附加应力全部交给土骨架。但得出的结论却是土的压缩变形仅取决于有效应力[18]。先是饱和土渗流固结的主角是孔隙水, 但最后的结论渗流固结与孔隙水无关, 自相矛盾。

简言之, 经典非饱和土的压缩变形及固结计算, 一开始就有错。抛开简单的平衡方程, 通过繁琐的物理和数学手段, 进行求解。门槛似乎很高, 但未必能解决实际问题[3]。

4.3 应该用总应力模式分析土的压缩变形及固结

殷宗泽等[18]指出, 饱和土的变形主要受应力影响, 其本构关系是指应力-应变关系。非饱和土的变形除了受应力影响外, 还与土体中水分含量有关, 非饱和土的本构关系是指应力、水分与应变的关系[18]。既然主导土的压缩变形及固结的不是有效应力而是总应力, 所以, 饱和土的本构关系应该用总应力-总应变关系, 非饱和土的本构关系应该是指总应力、水分与总应变的关系。另外, 土的变形及固结常需要较长时间, 土力学问题经常是动态的, 所以, 本构关系经常还应包括时间因素。还有, 自然界的温度变化相差很大, 对土中水及空气的影响有时不可忽略, 本构关系有时还应包括温度因素。不管怎样, 总应力与总应变是常规试验容易实现的, 用总应力模式分析土的压缩变形及固结, 不仅纠正了原来的错误, 还将加快土力学研究的速度。

5 结论

该文用土力学的新概念解答了有效应力、吸力、经典凝聚力、抗剪强度、土的压缩变形及固结等等问题, 得到以下结论:

a.在抗剪极限状态, 由于颗粒接触点提供摩擦和咬合抗剪强度、结合水膜和表面张力收缩膜直接提供凝聚力, 所以其对应项是有效应力;而自由水和孔隙气没有抗剪强度, 所以其对应项不是有效应力。在绝对压强下, 再没有负的土中自由水压力之说, 但由于收缩膜的表面张力的存在, 土中自由水压力总是小于土中孔隙气压力。

b.非饱和土的“吸力”有4项, 颗粒摩擦或咬合抗拉强度是摩擦力, 不是真正的“吸力”, 结合水膜和表面张力收缩膜抗拉强度是真正的吸引力;而水气不抵大气压强抗拉强度也不是真正的“吸力”, 是土体中自由水、孔隙气的浮力 (绝对压力) 不能全部抵消地面 (或说土样外表面) 大气压力所导致的压紧土样的力。

c.经典凝聚力等价于初始抗剪强度, 包括2部分:真凝聚力———结合水膜和表面张力收缩膜直接提供的吸引力;初始摩擦抗剪强度———结合水膜和表面张力收缩膜对土粒有捆绑作用, 水气不抵大气压强抗拉强度的存在, 都在土粒接触点处产生初始法向应力, 从而产生初始摩擦抗剪强度。

d.天然非饱和土抗剪强度由4部分构成:膜、水气不抵大气压强自重应力、土自重应力、附加重力的抗剪强度贡献。

高中物理力学核心概念教学探析 篇3

一、基于物理核心概念的教学策略研究

高中物理力学核心概念的文本梳理化及教师对学生的调查，最终确定了高中物理力学的六个核心概念，同时，通过对高中生力学概念测试卷的作答情况看出学生在力学概念掌握中存在的问题，针对这些问题，本文提出一些教学策略，对培养学生的思维能力及科学素养都有很大的裨益。

1.树立重视核心概念教学的观念，增强概念教学的意识，让教师树立重视核心概念教学的观念。如今科学教育的发展更加强调对核心概念的理解，科学教育者认同“少而精”的教学观念，通过调查发现学生对概念的学习大多停留在肤浅的记忆事实性知识上，笔者认为应该把重点放在发展学生对核心概念的深入理解上，再围绕核心概念开展其他概念的学习，这样可达到事半功倍的效果。

2.高中物理力学知识不是零散的，毫无关联的，确立了核心概念有助于我们更好地构建力学的认知结构。高中物理力学是根基，当然作为教师我们首先应该完善自己的学科知识体系，所以我们教师在入职前或者入职后都要对自身的学习不断加强。高中物理力学的核心概念应该是按照学生的认知规律来获得的，是学生学习其他知识的根基，是可持续学习的基础。

3.促使学生建立学习概念的积极性。教师作为学生学习的启蒙者，应该让学生知道获得概念过程的重要性。在每学习一个章节的知识后，应该鼓励学生自己制作概念图，从而让学生建立良好的思维，对本章的学习有个整体上的宏观把握。在课堂上，教师应该放手让学生自己得出概念，从自身的教学态度和作业布置上让学生体会到概念学习的重要性，从而建立起学生学习概念的积极性。

二、围绕核心概念组织教学，提高核心概念教学效率

1.基于核心概念确定教学目标。在课堂教学中，每一章的核心概念应成为本章学生学习、教师教学活动要达成的主要目标之一。教材的每一单元、每一节的知识体系都是围绕相关的核心概念而建构的，核心概念不但是教学的目标，更是教学的指引，因此在教学中应该依据核心概念确定教学目标。所以教师在确立教学目标的时候，应该首先找出本章节的核心概念，找出核心概念后，根据课标的要求，围绕核心概念的建构、理解和运用，确定教学目标。

2.围绕核心概念组织教学内容。基于核心概念确立了教学目标，那么在备课时，就需要教师来把握这一节课。要求教师熟悉教材及课程标准，从宏观上掌握整个学科、整个学年、整个章节的内容。以核心概念为框架核心，设计教学框架，向学生呈现知识点与核心概念之间的联系，使学生从整体上掌握整节课，让学生逐层深入理解概念，从而能够学习好一节课、一章乃至整个高中物理知识。学习核心概念需要两个步骤，第一是构建概念图，编制各种类型的概念图，然后把事实性知识放在编制的概念图中去；第二是把用各种各样的细节知识展现核心概念；教师要给学生提供一定的物理事实性知识，让学生分析归纳，这样学生才能掌握核心、概念。

三、从生活情境引入教学，深化核心概念的理解

1.用生活化情境引入核心概念。心理理学研究表明：学生掌握知识的程度和学习内容的生活化成正比。所以，教师要善于发掘与物理知识相关的生活情景，让物理知识生活化。让学生感觉到物理知识并不是抽象的、晦涩的，而是能够解释生活现象的，能够帮助自己更好地认识运个自然世界的，从而对物理产生浓厚的兴趣。

2.经历概念获得过程可以帮助学生形成物理概念。教师应让学生经历概念或者知识的获得过程，这样可以使学生对概念的理解更加深入。在教学中，教师要注重在教学中联系实际，让学生利用经验思考物理问题，让学生根据自己的经验推理获得概念知识，培养学生的物理学习能力，为了促进学生对概念理解的加深，需要不斷创设认知冲突，需要让学生借助生活化情境经历概念获得过程，促进概念的形成。

流体力学必考题总结 篇4

流线：某一时刻在流场中画出的一条空间曲线年，在该时刻，曲线上所有质点的流苏矢量

都与该曲线相切。

渐变流：指各流线接近于平行直线的流动。

急变流：或流线之间的夹角较大，或流线之间的曲率半径较小，或兼而有之。有压流：流体过流断面周界全部为固体边界所限定时，称有压流。

无压流：流体过流断面部分被固体边界所限，并且有自由表面。

总水头：位置水头，压强水头，速度水头之和成为总水头。

沿程水头损失：由于沿程阻力做功而引起的水头损失。

沿程阻力：由于流体的粘性作用而产生的流动阻力。

局部水头损失：由局部阻力引起的水头损失。

局部阻力：当流体在流程的某一局部区域，发生固体边界的急剧改变，流速分布发生变化的局部区域上产生的流动阻力称为局部阻力。

水力最优断面：当I ,n 和A一定时，使所通过的流量Q最大的断面形式或者使水力半径R

最大，即湿周X最小的断面形式。

临界底坡：当明渠做均匀流动时的正常的正常水深恰好等于该流量下的临时水深 断面比能：以各断面最低点为计算基准面的单位重量液体所具有的机械能。

水文统计法（数理统计法）：根据水文现象具有的随机特性，以概率论为基础，运用数理

统计方法，处理长期实测所获得的水文资料，求得水文现象特征值的统计规律，为工程规划、设计提供所需的水文数据。

流域：河流的地面和地下集水区域，称为流域。

水流携沙力：在一定的水力和边界条件下，单位体积水流所能携带泥沙的最大数量。重现期：等于或大于某一量值的随机变量平均多少年或多少次出现一次的时距。等容直（粒）径：与泥沙颗粒同体积的球体直径。

桥位：是桥梁、引道路堤及调治构筑物三者位置的总和。

流线：是一条有许多流体质点连接而成的光滑曲线。

堰流：水流从障碍物上溢流至下游的水流现象。

简答题粘性流体总流波努力方程的前提假设：

1恒定流 2密度为常数，不可压缩的均质流体 3质量力只有重力 4计算断面为渐变流断面 5流动过程中没有流量的流入或流出，能量的输入或输出。明渠均匀流的水力特性与产生条件有那些？

特性：1 过水断面形状和大小沿程不变。2过水断面水深、流速分布沿程不变，因而流量，断面平均流速，动能修正系数，动量修正系数以及流速水头沿程不变。流动中的水头损失只有沿程水头损失而没有局部水头损失。3明渠的均匀流的总水头线、测压管水头线（即水面线）与渠道底坡线三线平行，即J=Jp=i

产生条件：1属恒定流，流量沿程不变。2长直棱形顺坡渠道。3渠道粗糙系数n及底坡沿程i沿程不变。桥位选择的一般要求：

1服从路线总方向及建桥的特殊要求。2桥轴线为直线或为曲率小的平滑曲线，纵坡较小。3少占农田，少拆迁，少淹沿。4有利于施工：如材料运输，场地布置，便桥架设等。5适应市政规划，协调水运，铁路运输，满足国防，经济开发等需要。大中桥的桥孔布设原则 P110（7条）

1应与天然河流断面流量分配相适应。2有通航和筏运的河段，通航孔应布设在稳定的河段上，必要时可预留通航孔。3在主流深泓线上不宜布设桥墩；在断层、陷穴、溶洞等地质不良地段不宜布设墩台。4有流冰流木的河段，桥孔应适当放大，必要是，墩台应设置破冰体。5山区河段的桥孔布设。6平原区河段。7山前区河段。桥位选择时的考虑因素?

1桥位选择的一般要求。2水文及地形条件。3地质条件。4航运条件。5其他要求。

6什么是流线？它有那些基本特征？

所谓流线是某一时刻在流场中画出的一条空间曲线，在该时刻，曲线上所有质点的流

速矢量都与该曲线相切。

特征：1流线是表示某时刻流动方向的瞬时线，而在恒定流中，因各空间点上的流速

矢量不随时间变化，则流线的形状和位置不随时间变化2流场中每一点都有流线通过，流线充满整个流场，这些流线构成某一时刻场内的流谱。3在一般情况下流线不想交，否则位于交点处的流体质点，在同一时刻就有与两条流线相切的两个速度矢量，这是不可能的。

7.如何确定桥面中心最低标高？

桥面中心线上最低点的标高，成为桥面标高，也称桥面高程。

1不通航河流：（1）按设计水位计算桥面高程：Hmin=Hs+

Hmin----桥面最低高程Hs-----设计水位—桥下净空安全值——桥梁上部构造建筑高度。——影响因素的高度之和。（2）按设计最高流冰水位计算桥面最低高程

2通航河流

Hmin=Htn+Hm+hdHtn——设计最高通航水位。Hm——通航净空尺度

影响因素：雍水、浪高、波浪、雍高、河湾超高、涨水时的水拱、局部股流雍

高、床面雍高、渠浮物高度。

8.河床动态冲刷过程？

水流挟沙力：在一定水力及边界条件下，单位体积水流所能挟带泥沙的最大数

物理力学总结 篇5

定义：力是物体对物体的作用

说明：定义中的“作用”是推、拉、提、吊、压等具体动作的抽象概括

2、力的概念

发生力时，一定有两个（或两个以上）的物体存在，也就是说，没有物体就不会有力的作用（力的物质性）

当一个物体受到力的作用时，一定有另一个物体对它施加了力，受力的物体叫受力物体，施力的物体叫施力物体。所以没有施力物体或没有受力物体的力是不存在的。（力的相互性）相互接触的物体间不一定发生力的作用，没有接触的物体之间也不一定没有力“接触与否”不能成为判断是否发生力的依据。物体间力的作用是相互的。

施力物体和受力物体的作用是相互的，这一对力总是同时产生，同时消失。

施力物体、受力物体是相对的，当研究对象改变时，施力物体和受力物体也就改变了

3、力的作用效果——由此可判定是否有力存在（1）可使物体的运动状态发生改变。

注：运动状态的改变包括运动快慢改变或运动的方向改变。（2）可使物体的形状与大小发生改变。（形变）

4、力的单位

国际单位制中，力的单位是牛顿，简称牛，用符号N来表示。1N大小相当于拿起2个鸡蛋的力。

5、力的测量

工具：测力计，实验室中常用的测力计是弹簧秤 弹簧秤的原理：弹簧受到的拉力越大，弹簧伸长就越长

6、弹簧秤的正确使用

观察弹簧秤的量程、分度值和指针是否指在零刻线上 读数时，视线、指针和刻度线应在同一水平面 被测力的方向应与弹簧伸长的方向一致

7、力的三要素

力的大小、方向、作用点叫力的三要素，都能影响力的作用效果

8、力的图示：用一根带箭头的线段把力的三要素表示出来

9、力的图示的作图方法

（1）画出受力物体：一般可以用一个正方形或长方形代表，球形可用圆圈表示。（2）确定作用点：作用点画在受力物体上，且画在受力物体和施力物体的接触面的中点，如受力物体和施力物体不接触或同一物体上受二个以上的力，作用点画在受力物体的几何中心。

（3）确定标度：如用1厘米线段长代表多少牛顿。

（4）画线段：从力的作用点起，按所定标度沿力的方向画一条直线，用来表示力的大小（5）标出力的方向：在线段的末尾画上箭头（含在线段内），表示力的方向（6）将所图示的力的符号和数值标在箭头的附近

10、力的示意图

某些情况下，只需要定性地描述物体的受力情况，不需要精确地表示出力的大小，则可以画力的示意图。

11、重力的概念

定义：地面附近物体由于地球吸引而受到的力叫重力（符号：G）

理解：①重力的施力物体是地球，它的受力物体是地面附近的一切物体。②重力的大小与物体的质量有关。

12、重力的三要素 大小：G = mg 方向：总是竖直向下（垂直水平面向下）

作用点：重力的作用点在物体的重心上。其中形状规则，质量分布均匀物体的重心在它的几何中心

13、摩擦的种类

滑动摩擦、滚动摩擦、静摩擦 滚动摩擦力远小于滑动摩擦力

14、滑动摩擦力的影响因素

①与物体间的压力有关 ②与接触面的粗糙程度有关

与物体的运行速度、接触面的大小等无关

15、增大有益摩擦，减小有害摩擦的方法

增大有益摩擦：①增加物体间的压力 ②增大接触面的粗糙程度

减小有害摩擦：①减小物体间的压力 ②减小接触面的粗糙程度

16、合力的概念

合力：如果一个力产生的效果跟两个力共同作用产生的效果相同，这个力就叫做那两个力的合力

理解：①合力的概念是建立在“等效”的基础上，也就是合力“取代了分力，因此合力不是作用在物体上的另外一个力，它只不过是替了原来作用的两个力，不要误认为物体同时还受到合力的作用。②两个力合成的条件是这两个力须同时作用在一个物体上，否则求合力无意义。

17、力的合成

已知几个力的大小和方向，求合力的大小和方向叫做力的合成

（1）当两个力方向相同是时，其合力的大小等于这两个力之和；方向与两力的方向相同 数学表述：F合 =F1 + F2（2）当两下力方向相反时，其合力的大小等于这两个力之差，方向为较大力的方向 数学表述：F合 = F1-F2（其中：F1 > F2）

九、力与运动

1、平衡力

平衡力：物体在两个力的作用下能保持静止或匀速直线运动状态，则称这两个力是一对平衡力，或叫作二力平衡

平衡力的条件（或特点）：同体、等值、反向、共线

其中是否作用于同一物体是两个力是一对平衡力还是一对相互作用力的关键

2、牛顿第一定律

内容：一切物体在没有受到外力作用时，总保持静止或匀速直线运动状态 ①静止的物体在不受外力作用时总保持静止状态

②运动的物体在不受外力作用时总保持匀速直线运动状态（2）牛顿第一定律是理想定律（3）物体不受力，一定处于静止或匀速直线运动状态，但处于静止或匀速直线运动状态的物体不一定不受力

3、惯性

惯性：物体保持原有的运动状态不变的性质叫做惯性

①惯性是物体的固有属性，一切物体在任何情况下都具有惯性

② 惯性的大小只与物体的质量有关，而与物体是否运动、运动的快慢、是否受外力等都没有关系

③惯性不是“力”，叙述时，不要说成“物体在惯性的作用下”或“受到惯性的作用”等说法

十、压强

1、压力

压力：垂直作用在物体表面上的力叫做压力，压力的方向与被压物体的表面垂直

注：压力与重力①重力可以产生压力，但压力并不都是由重力产生的②压力方向总是与被压物体的表面垂直，而重力的方向始终是竖直向下③压力的施力物体可以是各种物体，而重力的施力物体肯定是地球

2、压强

（1）用来描述压力作用效果的物理量（2）定义：物体单位面积上受到的压力

（3）公式：p＝F/S 该式对固体、气体、液体压强都适用 ①S指的是物体的受力面积。

②对于放在水平面上的柱形物体，当其不受外力时，可以依据密度和高度来比较不同物体对支持面产生压强的大小。P＝ρgh（4）单位：帕斯卡（Pa）（5）增大压强与减小压强的方法 压强的改变方法原理

利用公式：p＝F/S 该式对固体、气体、液体压强都适用

增大压强与减小压强的方法

增大压强的方法：

若受力面积S不变,压力F变大,压强P也变大.若压力F不变,受力面积S变小,压强P也变大.减小压强的方法：

若受力面积S不变,压力F变小,压强P也变小.若压力F不变,受力面积S变大,压强P也变小.3、液体压强

（1）液体内部压强的特点：①液体内部向各个方向都有压强②压强随深度的增加而增大③同一液体的同一深度向各个方向的压强相等（2）液体压强的产生原因：液体受到重力（3）计算公式：p＝ρgh

该式只适用与液体内部的压强计算式中ρ是指液体的密度，h是指研究点到自由液面的竖直高度

（4）测量工具：压强计

（5）应用：连通器（船闸、牲畜自动喂水器等）

连通器原理：静止在连通器内的同种液体，各个与大气直接相接触的液面总是相平的

4、气体压强

（1）大气压强产生的原因：大气受到重力

（2）验证大气压存在的实验―――马德堡半球实验、覆杯实验、吞蛋实验等（3）大气压的测定――――托里拆利实验 1atm＝1.013×105Pa＝76cmHg＝10.34mH2O ①判断管内是否混有空气的方法：将玻管倾斜看水银能否充满全管

②玻璃管内水银柱的高度与外界的大气压强有关，与管的粗细、插入水银中的深度、是否倾斜都没有关系

（4）大气压的影响因素①与高度有关②与气候有关 大气压的测量工具：气压计（水银气压计与无液气压计）

（5）气体压强与体积的关系：在温度不变的条件下，一定质量的气体，体积减小，压强增大

（6）液体压强与流速的关系：流体在流速大的地方压强较小，在流速小的地方压强较大

十一、浮力

1、浮力产生的原因：物体受到液体或气体对其向上与向下的压力差产生的

2、阿基米德原理

① 内容：浸在液体或气体中的物体要受到液体或气体对它竖直向上的浮力，浮力的大小等于物体排开液体或气体的重

② 公式:F浮＝G排＝m排g＝ρ液gV排

(1)浮力的大小只与物体所排开液体的体积及液体的密度有关，而与物体所在的深度无关。(2)如果物体只有一部分浸在液体中，它所受的浮力的大小也等于被物体排开的液体的重量。(3)阿基米德定律不仅适用于液体，也适用于气体。物体在气体中所受到的浮力大小，等于被物体排开的气体的重量。

当液体密度不变时，物体排开液体的体积越大，浮力越大。当物体排开的液体体积不变时，液体密度越大，浮力越大。当液体密度和排开液体体积的乘积越大，浮力越大。反之，就越小．

浮力的大小只与物体所排开液体的体积及液体的密度有关，与物体的密度无关，与物体的体积无关，（物体漂浮时一半在水面上，一半在水下．只有浸没时，物体排开液体的体积才等于物体的体积）与物体所在的深度无关。

3、物体的浮沉条件

上浮：F浮>G 悬浮：F浮＝G 下沉：F浮

①ρ物<ρ液，上浮 ②ρ物＝ρ液，悬浮 ③ρ物>ρ液，下沉

4、物体浮沉条件的应用

潜水艇是通过改变自身的重来实现浮沉的；热气球是通过改变自身的体积来实现浮沉的；密度计的工作原理是物体的漂浮条件，其刻度特点是上小下大，上疏下密。

5、有关浮力问题的解题思路

浮力问题是力学的重点和难点。解决浮力问题时，要按照下列步骤进行：(1)确定研究对象。一般情况下选择浸在液体中的物体为研究对象。

(2)分析物体受到的外力。主要是重力G（mg或ρ物gV物）、浮力F浮（ρ液gV排）、拉力、支持力、压力等。

(3)判定物体的运动状态。明确物体上浮、下沉、悬浮、漂浮等。

(4)写出各力的关系方程和由题目给出的辅助方程。如体积间的关系，质量密度之间的关系等。

信息安全概念总结 篇6

原理：在网络的世界里，要由防火墙过滤的就是承载通信数据的通信包。分析出入防火墙的数据包，决定放行还是把他们扔到一边。

防火墙配置有三种：a单宿堡垒主机（1.对来自Internet的通信，只允许发往堡垒主机的IP包通过，2.对来自网络内部的通信，只允许经过了堡垒主机的ip包通过）b.双堡垒主机c.子网防火墙系统

2消息认证码MAC与哈希函数HASH的区别是什么？

-----Hash函数是不带密钥的，将任意长度的消息压缩成固定长度的消息摘要。消息认证码是带密钥的，构造方法上通常基于Hash函数，比如

HMAC,MDx-MAC。也可以基于分组密码比如CBC类的MAC，还有就是基于泛Hash函数族。

总之MAC码可以看作是带密钥的Hash函数。

3.木马和病毒区别：木马和病毒的主要区别，就是病毒具有自传播性，即能够自我复制，而木马则不具备这一点。木马不传染,病毒传染，木马主要是盗取的密码及其他资料，而病毒是不同程度不同范围的影响电脑的使用,木马的作用范围是所有使用这台有木马的人在使用电脑时的资料,但是不会传染到其他机器,但是病毒可以随着软盘，U盘,邮件等传输方式或者媒介传染到其他机器.防御：检测，鉴别，清除。

4.分组密码和流密码的区别是什么？

分组密码与流密码的不同之处在于输出的每一位数字不是只与相应时刻输入的明文数字有关，而是与一组长为m的明文数字

5对称密码是一种加解密使用相同密钥的密码体制，也称为传统密码算法。非对称密码是一种密码体制，其加密算法和解密算法使用不同的密钥：一个是公钥，一个是私钥，非对称密码也称公钥密码。

对称加密方案有5个基本成分：明文；加密算法；密钥；密文；解密算法。

6对称密码体制和非对称密码体制的工作原理分别是什么？并说明各自的优缺点

对于加密，基本上不存在一个完全不可以被破解的加密算法，因为只要你有足够的时间，完全可以用穷举法来进行试探，如果说一个加密算法是牢固的，一般就是指在现有的计算条件下，需要花费相当长的时间才能够穷举成功（比如100年）。

一、主动攻击和被动攻击数据在传输过程中或者在日常的工作中，如果没有密码的保护，很容易造成文件的泄密，造成比较严重的后果。

二、对称加密基于密钥的算法通常分为对称加密算法和非对称加密算法（公钥算法）。

三、非对称加密非对称加密算法的核心就是加密密钥不等于解密密钥，且无法从任意一个密钥推导出另一个密钥，这样就大大加强了信息保护的力度，而且基于密钥对的原理很容易的实现数字签名和电子信封。

7安全套接层（SSL）在TCP于使用TCP的应用程序之间提供安全服务。SSL为TCP提供可靠的端到端安全服务。SSL不是简单的单个协议而是两层协议。SSL记录协议为高层协议提供基本的安全服务，特别是，为web客户端/服务器交互提供传送服务的HTTP协议可以在上层访问SSL。SSL协议上定义了三个高层协议：握手协议，修改密码规范协议和警报协议。这些SSL上层协议用于对SSL交换进行管理。SSL中包含两个重要概念：SSL会话和SSL连接。

SSL的会话状态由以下参数定义：会话标识；同位体证书；压缩方法；密码规范；主密码；可恢复性。

SSL的连接状态用以下参数定义：服务器和客户端随机数；服务器写MAC密码；客户端写MAC密码；服务器写密钥；客户端写密钥；初始化向量；序列号。

8．PGP是保障电子邮件安全的免费开放源码的软件包，它提供使用数字签名的认证，对称密码的保密，ZIP的压缩，基数64编码的兼容性，以及分段和组装长电子邮件的功能。PGP融合了开发公钥信任模型和公钥证书管理的工具。PGP的实际操作与密钥管理相对，包括五种服务：认证，保密，压缩，电子邮件兼容性和分段。

PGP使用四种类型的密钥：一次性会话对称密钥，公钥，私钥，基于对称密钥的口令。这些密钥需要三种需求：1.需要生成不可预测的会话密钥；2.希望允许用户拥有多个公钥/密钥对；3.每个PGP实体必须管理一个自己的公钥/密钥对的文件和一个其他用户公钥的文件。

PGP传递密钥过程（A想从B获得公钥）：1.物理上从B获得密钥；2.利用电话验证密钥；3.从共同信任的个体D处获得B的公钥；4.从新人的认证机构中获取B的公钥。

9随机数：随机数在许多网络安全应用中扮演着重要的角色。一般认为随机序列应有良好的统计特性，两个评价标准是：分布一致性和独立性。随机或伪随机数发生器是许多密码函数在实际应用中必须具备的能力。其原则是产生的比特串不能被预测。

安全散列函数里用到的压缩函数可以分为两类：专为散列函数设计的函数或对称分组函数。安全散列算法（SHA）和Whirlpool分别是这两种方法的例子。

10．MAC的两种算法区别：HMAC使用安全散列算法，CMAC使用对称分组密码。

11．Web与一般计算机不太一样的特点：1.互联网是双向的；2.web越来越多作为商业合作和产品信息的出口以及商务交易的平台，如果web服务器被破坏，就可能发生信誉受损和金钱失窃等问题；3.虽然web浏览器非常易于使用，web服务器相对而言易于配置和管理，web内容也易于开发，但其底层的软件确非常复杂；4.web服务器可以作为公司或机构整个计算机系统的核心；5.通常使用web服务的用户是一些突发的，未受训练的用户，这些用户不需要知道隐藏在服务背后的安全隐患，因此也没有有效防范的工具和知识。

Web安全威胁按主被动可分为：被动攻击包括在浏览器和服务器通信时窃听，获得原本被限制使用的权限；主动攻击包括伪装成其他用户，篡改用户和服务器之间的信息或篡改web站点的信息。按威胁的位置分类：web服务器，web浏览器和服务器与浏览器之间的网络通信。

12．在网络通信环境中，可能有下述攻击：1.泄密；2.传输分析；3.伪装；4.内容修改；5.顺序修改；6.计时修改；7.发送方否认；8.接收方否认。

13．交换密钥

Internet密钥交换（IKE）两台IPSec计算机在交换数据之前，必须首先建立某种约定，这种约定，称为“安全关联”，指双方需要就如何保护信息、交换信息等公用的安全设置达成一致，更重要的是，必须有一种方法，使那两台计算机安全地交换一套密钥，以便在它们的连接中使用。Internet 工程任务组IETF制定的安全关联标准法和密钥交换解决方案--IKE（Internet密钥交换）负责这些任务，它提供一种方法供两台计算机建立安全关联(SA)。SA 对两台计算机之间的策略协议进行编码，指定它们将使用哪些算法和什么样的密钥长度，以及实际的密钥本身。IKE主要完成两个作用：1.安全关联的集中化管理，减少连接时间。2.密钥的生成和管理。

14．Hash散列函数能使对一个数据序列的访问过程更加迅速有效，通过散列函数，数据元素将被更快地定位： Hash算法在信息安全方面的应用主要体现在以下的3个方面：

（1)文件校验（2）数字签名（3)鉴权协议

15．信息系统安全体系框架由技术体系、组织机构体系和管理体系共同构建，技术体系：

1、物理安全技术

2、系统安全技术 组织机构体系：是信息系统安全的组织保障系统，由机构、岗位和人事三个模块构成管理体系：是信息安全体系的灵魂，由法律管理、制度管理和培训管理三部分组成16．密钥协商：两个或多个实体协商，共同建立会话密钥，任何一个参与者均对结果产生影响，不需要任何可信的第三方（TTP）

流体力学概念总结 篇7

物理概念是物理学的基石, 同时也是帮助学生建立科学的物理知识系统、掌握物理规律的前提, 物理概念的掌握对学生而言极其重要。但研究表明, 初中学生在系统学习物理概念之前, 由于日常生活经验和前期学习, 他们的头脑并非一片空白, 他们对客观世界已有一定的认识, 对各种自然现象已形成了自己的看法, 这就是国内外学者所说的“前概念”。前概念对于初中学生科学概念的掌握既有积极作用———正确前概念, 又有消极作用———错误前概念。近几十年来国际物理教学的研究表明, 学生在传统物理学习中的表现并不尽如人意, 即使经过了多年的中学教学, 学生头脑中仍存在着许多错误的“前概念”。[1]

与此同时, 物理教学中另一个现象值得关注, 那就是农村初中物理教育。农村初中学校由于信息闭塞、条件落后以及学习资料有限等现状, 办学条件也比城市差, 包括教学环境、教学设施等方面都存在一定的差距。

实施《中华人民共和国义务教育法》20多年了, 但农村学生家庭成员的文化层次普遍较低, 多数父母由于文化水平低, 对孩子缺乏正确的辅导, 造成学生基础较差、知识脱节, 思维相对不是那么活跃。农村学生和城市学生相比, 上网的机会较少, 见识不是很广, 获取知识和信息的渠道比较单一, 所以农村学生与城市学生的前概念也有所差异。我们在教学中, 如果能抓住农村初中这些前概念特点, 合理利用, 因材施教, 就能取得较好的教学效果。

二、研究方法

本次调查采取整体抽样的方法。选取广东省大埔县家炳第五中学初二年级3个班和初三年级3个班的全体学生作为调查样本。本次调查选用美国的FCI (Force Concept Inventory) “力的概念调查表”, FCI是由美国David Hestenes等人开发的, 在国际物理教育界领域广受认可。[2]选取梁寒冰所翻译的版本作为这次调查问卷的原本。[3]FCI问卷包含有30道选择题, 每道选择题有5个选项。对于初中生来说, 题量过大, 做题时间过长, 一次性测试30道题目的话, 会影响到问卷的信效度。所以在本次研究中, 将问卷作如下处理:根据测试的内容, 抽取典型的题目, 分类做成四份小试卷。每份问卷含有4道题目。问卷一:作用力与反作用力;问卷二:力与运动的关系;问卷三:力与运动的轨迹;问卷四:重力 (试卷四由于有关重力的题目只有3道, 为平衡做题时间, 另外加了一道速度合成的题目) 。

为保证结果的可靠性, 问卷统一时间发放, 统一做题时间 (10分钟) , 统一收回。每个班发放两份不同的问卷, 同桌之间做不同的问卷。各问卷均发放86份, 回收86份, 有效问卷86份。初二年级45份, 初三级41份。本文的数据统计分析使用SPSS Statistics17.0中文版。

三、结果与分析

1. 答对题目数与比较均值

各项力学概念的平均得分以及标准差见表1。

从表1的平均分可以看出绝大部分被试者的前科学概念水平较低, 特别是“力与运动的关系”的概念掌握最差, 这就要求教师在教授相关内容时注意引导学生建立正确的科学前概念。

2. 相关性分析

本研究采用Pearson相关系数进行相关性分析。Pearson相关系数用来衡量两个数据集合是否在一条线上面, 它用来衡量定距变量间的线性关系。相关系数的绝对值越大, 相关性越强, 相关系数越接近于1或-1, 相关度越强, 相关系数越接近于0, 相关度越弱, 详见表2。

从表2可以看出, 在答对题目数方面, 初三学生与初二学生的差异性极显著, 年级与答对题目数中等程度相关。关于这部分概念的理解, 初二的物理课程中还没有相关的内容, 而初三的学生已经学习过了, 所以预期的理想结果应该是年级与答对题目数是强相关。但事实结果表明, 教学的效果并不理想, 这一结果也出乎学生的任课教师的意料。从初三学生平均的答对题目数较低也可以看出许多学生对“作用力与反作用力”概念的理解还停留在前科学概念水平。传统的课堂教学并没有使他们意识中的前科学概念较好地转化为正确的科学概念。这个结果验证了前科学概念具有顽固性和隐蔽性的特点。

在答对题目数方面, 男生与女生差异性显著, 性别与答对题目数弱相关。结果表明, 在物理概念学习方面, 男生略微优于女生。

不同学习成绩水平的学生差异显著, 学习成绩水平与答对题目数弱相关。如果我们认为有较高学习成绩水平的学生具有较高的学习心向的话, 那么结果就表明, 有较高学习心向的学生, 能够更好地促进自己意识中前科学概念转化为正确的科学概念。

在初二和初三的物理课程学习中都未涉及, 所以统一进行分析, 可以跟问卷一的数据分析的结果进行对比, 详见表3。

从表3可看出, 不同年级学生差异不显著, 年级与答对题目数极弱相关。结果证明随着年龄的增长, 如果不进行系统的概念学习的话, 人们意识中的前科学概念是无法自行转化为正确的科学概念的。

男生与女生在答对题目数方面差异不显著, 性别与答对题目数极弱相关。结果表明, 对物理现象的理解水平, 男生略微优于女生。

不同学习成绩水平的学生在答对题目数方面差异极不显著, 学习成绩水平与答对题目数几乎无关。结果表明, 物理是门独立学科, 其他学科学习成绩水平的高低对学生的物理前科学概念的转化几乎没有影响。

在答对题目数方面, 不同问卷之间差异显著, 问卷类别与答对题目数弱相关。结果表明, 学生形成的众多物理前科学概念中, 在某些方面与科学概念存在着较高的一致性。

四、教学建议

研究结果表明, 农村初中生错误的物理前概念具有顽固性和反复性等特点, 要使它们彻底转变为科学的概念不是一件简单的事情。教和学的经验表明, 对新的物理现象的认识要比对物理现象的重新认识即纠正错误前概念要困难得多。因此教师在进行科学概念教学之前, 要了解清楚学生原有的对某一概念的认知水平、相异构想情况、新旧概念的区别等, 采用科学的教学方法, 使学生有效地转变错误物理前概念, 进行有意义的概念学习。

1. 直观引入

概念教学中的引入环节的例证, 应尽可能利用农村孩子熟悉的生活中的前科学概念来唤起学生的回忆和想象。尽可能使学生直接感知丰富和典型的事物, 通过学生自己操纵实物或模型进行探究, 使事物和现象的知觉表象得以正确形成。

2. 合作学习

农村初中教学还可以引入合作学习模式, 可以帮助学生克服个体知觉系统的局限性, 有助于学生形成反映事物本质的物理概念, 而且在班级集体里还可以形成积极的学习态度, 让不同的思维自由地相互碰撞产生火花。

在合作学习中采用头脑风暴法有利于促进科学物理概念的形成和错误前概念的纠正。每个学生都是积极的参与者, 群体平等的气氛最适宜思考各种可能最荒诞的观念, 把这些从不同侧面提出的数量众多的前概念建构起来或加以修正, 常常会产生发生了质变的新概念, 这种新概念可以立即揭露一些神秘的说法, 揭露错误前概念的片面性。[4]

3. 坚持矫正学生的前概念

研究结果表明, 农村中学初二、初三年级绝大部分学生都处在前概念水平, 甚至初二、初三两个年级间的差异性不大, 充分说明了前概念具有顽固性。因此, 想要消除学生的前概念不是件容易的事情, 教师应在教学中不断用新的物理情景多次考查学生对于物理概念的掌握程度。

参考文献

[1]曲亮生, 郭玉英.认识我们的教师和学生 (Ⅰ) ——教师和学生对基本物理概念的理解和对物理课程期望的研究[J].物理教师, 2000 (5) .

[2]Hestenes D, Wells M, Swackhamer G.Force Concept Inventory[J].The Physics Teacher, 1992, 30 (141) .

[3]梁寒冰.基于FCI工具的物理概念和规律的教学研究[D].南京师范大学, 2007.