軸向拉伸與壓縮試驗(yàn)教學(xué)教案一、教學(xué)目標(biāo)（一）知識(shí)與技能目標(biāo)1.理解軸向拉伸與壓縮試驗(yàn)的核心原理，掌握胡克定律在試驗(yàn)中的應(yīng)用邏輯。2.熟悉萬能試驗(yàn)機(jī)、引伸計(jì)等設(shè)備的工作機(jī)制與操作規(guī)范，能獨(dú)立完成試樣裝夾、參數(shù)設(shè)置與數(shù)據(jù)采集。3.掌握試樣制備要求、試驗(yàn)流程及數(shù)據(jù)處理方法，可準(zhǔn)確計(jì)算彈性模量、屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、延伸率等力學(xué)性能指標(biāo)。（二）過程與方法目標(biāo)1.通過實(shí)操訓(xùn)練，提升儀器操作熟練度與問題解決能力，形成規(guī)范的試驗(yàn)操作習(xí)慣。2.經(jīng)歷“數(shù)據(jù)采集—處理—分析”全流程，培養(yǎng)科學(xué)思維與工程實(shí)踐能力。3.以小組協(xié)作完成試驗(yàn)，強(qiáng)化團(tuán)隊(duì)溝通與分工協(xié)作能力。（三）情感態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo)1.體會(huì)材料力學(xué)試驗(yàn)對工程設(shè)計(jì)的支撐作用，增強(qiáng)工程責(zé)任意識(shí)與創(chuàng)新思維。2.養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的科研態(tài)度，樹立“數(shù)據(jù)真實(shí)、分析客觀”的科學(xué)精神。二、教學(xué)重難點(diǎn)（一）教學(xué)重點(diǎn)1.軸向拉壓試驗(yàn)的原理、操作流程及數(shù)據(jù)處理方法。2.材料力學(xué)性能指標(biāo)（彈性模量、屈服強(qiáng)度、延伸率等）的物理意義與計(jì)算邏輯。（二）教學(xué)難點(diǎn)1.應(yīng)力-應(yīng)變曲線的階段分析（彈性、屈服、強(qiáng)化、頸縮階段）及力學(xué)特征解讀。2.試驗(yàn)誤差的來源分析與控制（如試樣偏心、加載速率、測量精度等）。三、教學(xué)方法講授法：講解試驗(yàn)原理、設(shè)備操作要點(diǎn)、數(shù)據(jù)處理方法等理論知識(shí)。演示法：現(xiàn)場演示萬能試驗(yàn)機(jī)操作、引伸計(jì)安裝及試樣裝夾技巧。小組合作法：學(xué)生以小組為單位完成試驗(yàn)，培養(yǎng)協(xié)作能力。探究法：引導(dǎo)學(xué)生分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)，探究材料性能差異的本質(zhì)原因。四、教學(xué)過程（一）課程導(dǎo)入（5分鐘）展示橋梁斜拉索、建筑混凝土柱、機(jī)械傳動(dòng)軸的工程案例，提問：“這些構(gòu)件的承載能力由什么決定？如何通過試驗(yàn)驗(yàn)證材料的可靠性？”引出軸向拉壓試驗(yàn)的核心價(jià)值——為工程設(shè)計(jì)提供材料力學(xué)性能依據(jù)。（二）新課講解（20分鐘）1.試驗(yàn)?zāi)康呐c原理試驗(yàn)?zāi)康模簻y定材料在軸向拉壓下的力學(xué)性能（如彈性模量、屈服強(qiáng)度、延伸率等），支撐工程設(shè)計(jì)與材料選型。試驗(yàn)原理：基于胡克定律（彈性階段應(yīng)力與應(yīng)變成正比，\(\boldsymbol{\sigma=E\varepsilon}\)），通過施加軸向載荷\(F\)，測量試樣變形\(\DeltaL\)，計(jì)算應(yīng)力\(\sigma=F/A_0\)（\(A_0\)為原始橫截面積）與應(yīng)變\(\varepsilon=\DeltaL/L_0\)（\(L_0\)為原始標(biāo)距），進(jìn)而分析材料力學(xué)響應(yīng)。2.試驗(yàn)設(shè)備與試樣制備試驗(yàn)設(shè)備：萬能材料試驗(yàn)機(jī)（液壓/電子伺服加載，載荷傳感器測載荷，引伸計(jì)/位移傳感器測變形）、引伸計(jì)（測量標(biāo)距段微小變形）、游標(biāo)卡尺（測量試樣尺寸）。試樣制備：以金屬材料為例，講解標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣要求（圓形試樣\(L_0=5d\)或\(10d\)，矩形試樣\(L_0\)、\(b\)、\(h\)需符合國標(biāo)），強(qiáng)調(diào)試樣表面光滑、標(biāo)距段尺寸均勻（避免應(yīng)力集中）。3.試驗(yàn)操作流程（結(jié)合演示）試樣檢查：用游標(biāo)卡尺測量標(biāo)距段尺寸（圓形測直徑\(d\)，矩形測寬度\(b\)、厚度\(h\)），計(jì)算\(A_0\)；檢查試樣表面缺陷。設(shè)備調(diào)試：開啟試驗(yàn)機(jī)預(yù)熱，根據(jù)材料預(yù)估載荷選擇量程；調(diào)整夾具對中（避免偏心加載）。引伸計(jì)安裝：在標(biāo)距段安裝引伸計(jì)，調(diào)整標(biāo)距與試樣原始標(biāo)距一致，確保夾持牢固。加載試驗(yàn)：設(shè)置加載速率（彈性階段\(0.002\sim0.006/\text{s}\)），啟動(dòng)加載；記錄彈性、屈服、強(qiáng)化階段的載荷與變形；試樣破壞后記錄最大載荷\(F_b\)。破壞后處理：卸載引伸計(jì)，取下試樣，測量斷后標(biāo)距\(L_1\)（對接斷口）與斷后最小橫截面積\(A_1\)。（三）實(shí)操環(huán)節(jié)（40分鐘）1.分組協(xié)作：4~5人小組，明確組長、操作員、記錄員、安全員角色。2.實(shí)操步驟：試樣準(zhǔn)備：測量\(L_0\)、\(A_0\)，記錄數(shù)據(jù)。設(shè)備操作：裝夾試樣、安裝引伸計(jì)、設(shè)置參數(shù)、加載并記錄\(F\)與\(\DeltaL\)。破壞后測量：測量\(L_1\)、\(A_1\)，記錄數(shù)據(jù)。3.教師指導(dǎo)：巡視糾正不規(guī)范操作（如試樣偏心、加載速率過快），解答疑問。（四）數(shù)據(jù)處理與分析（25分鐘）1.數(shù)據(jù)整理：整理載荷\(F\)、變形\(\DeltaL\)，斷后\(L_1\)、\(A_1\)。2.力學(xué)性能計(jì)算：應(yīng)力：\(\sigma=F/A_0\)（彈性/屈服階段），\(\sigma_b=F_b/A_0\)（抗拉強(qiáng)度）。應(yīng)變：\(\varepsilon=\DeltaL/L_0\)（彈性階段），延伸率\(\delta=(L_1-L_0)/L_0\times100\%\)，斷面收縮率\(\psi=(A_0-A_1)/A_0\times100\%\)。彈性模量：選取彈性段數(shù)據(jù)，計(jì)算斜率\(k=(F_2-F_1)/(\DeltaL_2-\DeltaL_1)\)，則\(E=k\cdotL_0/A_0\)。3.曲線繪制與分析：繪制\(\sigma-\varepsilon\)曲線，分析彈性、屈服、強(qiáng)化、頸縮階段特征（如低碳鋼有屈服平臺(tái)，鑄鐵無屈服）。4.小組匯報(bào)：各小組匯報(bào)結(jié)果，討論材料性能差異的工程意義（如低碳鋼宜做受拉桿，鑄鐵宜做受壓件）。（五）課堂總結(jié)（10分鐘）1.知識(shí)回顧：總結(jié)試驗(yàn)原理、流程、數(shù)據(jù)處理方法及性能指標(biāo)意義。2.易錯(cuò)點(diǎn)強(qiáng)調(diào)：試樣對中、加載速率控制、引伸計(jì)操作、斷后尺寸測量精度。3.工程延伸：結(jié)合橋梁、建筑案例，說明材料性能對構(gòu)件設(shè)計(jì)的影響（如拉桿需高延伸率，柱需高抗壓強(qiáng)度）。五、教學(xué)評價(jià)過程性評價(jià)（40%）：觀察實(shí)操規(guī)范性、小組協(xié)作能力、問題解決能力。結(jié)果性評價(jià)（60%）：檢查試驗(yàn)報(bào)告（數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性、曲線規(guī)范性、誤差分析深度）。六、課后拓展1.思考題：對比低碳鋼與鑄鐵的拉伸曲線，分析塑性/脆性差異的工程選材策略。加載速率對