時間：2022-07-10 20:46:59
序論：在您撰寫材料力學論文時，參考他人的優(yōu)秀作品可以開闊視野，小編為您整理的7篇范文，希望這些建議能夠激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，引導您走向新的創(chuàng)作高度。
1.綜合性實驗（彎扭組合實驗、等強度梁實驗、壓桿穩(wěn)定實驗等）
此類實驗可以強化學員對理論知識的理解和應用，并了解、掌握電測法實驗的工作原理及各種電橋的組橋方式和使用方法。借助于多媒體實驗教學手段，使實驗內(nèi)容結合工程實際，讓學員更生動具體的了解電測應力的測試方法和手段，加深學員對力學實驗的正確認識。
2.創(chuàng)新設計性實驗（桁架應力綜合分析實驗、疊梁實驗、復合梁實驗等）
以現(xiàn)場工程實際情況為背景，模擬現(xiàn)場實際問題，讓學員展開探索、開動腦筋。學員可以根據(jù)自己的學習興趣和能力設計不同深度的實驗，并親自動手完成各種實驗。例如，根據(jù)學校操場主席臺的桁架結構，做出相應的桁架模型。學員可以根據(jù)現(xiàn)場實際情況，模擬、設計現(xiàn)場各種工況。先進行理論計算，再進行ANSYS的仿真計算，最后進行試驗測試并采集數(shù)據(jù)，把理論數(shù)據(jù)、仿真數(shù)據(jù)和試驗數(shù)據(jù)進行對比，發(fā)現(xiàn)并分析數(shù)據(jù)出現(xiàn)異同的原因，結合所學知識開動腦筋解決問題。學員在實驗過程中可以鍛煉發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力，掌握了電阻應變片的粘貼技術和測試原理以及更多地了解了電橋電路在實際工程中的應用。
二、改進實驗教學手段和方法，加強自主能力培養(yǎng)
加強實驗教學方法研究，采用多樣化實驗教學手段和方法。實驗教學方法應體現(xiàn)三個方面的轉移：
1.從單一的驗證性實驗轉變?yōu)榫C合設計性實驗以及開放式實驗
如果說演示性實驗是理論知識的形象化和感性認識的增加，驗證性實驗是知識向能力的初步轉化，那么綜合性、設計性實驗則是對學員知識、能力、素質的全面檢驗和提高，是實驗教學“出彩”的地方。這樣才能把學員吸引到實驗室中來，充分發(fā)揮他們的聰明才智，真正在實踐中得到鍛煉，把實驗教學搞活，把所學的知識用活，使實驗教學具備不斷發(fā)展的內(nèi)在驅動力，從而加強學員自主學習能力的培養(yǎng)。開放實驗室是實驗教學的一次升華，它不僅延長開放時間，更包括內(nèi)容、手段、思想等的全面開放；不能孤立地看待實驗，應注意開放實驗與科技創(chuàng)新相結合，與科研活動相結合。
2.從講授實驗原理、實驗步驟轉變到傳授實驗思想和實驗方法
在教學方法上應從灌輸式轉向啟發(fā)式，倡導以學員為主體的教學理念，改變以往以教員為中心的教學模式。在實驗教學中，教員主要講授實驗原理和實驗方法，實驗方案的選擇、實驗步驟的確定都由學員完成，這樣學員可以自主學習、獨立思考、自行設計、自主操作、自由發(fā)揮，極大地提高了他們的創(chuàng)新意識、創(chuàng)新思維能力。
3.從理想化的教學實驗轉變到真實環(huán)境的科學實驗，實現(xiàn)虛
擬實驗和實物實驗有機結合在校園網(wǎng)上建立了材料力學網(wǎng)絡虛擬實驗室，其建立完全改變了傳統(tǒng)材料力學實驗的教學模式。以前采用集中授課方法講授新理論、新知識，現(xiàn)在學員通過在網(wǎng)上登錄材料力學虛擬實驗室就可以完成實驗內(nèi)容的預習；以前總是為繁瑣的實驗課預約而煩惱，現(xiàn)在學員通過網(wǎng)絡預約實驗，極大地提高了預約效率。學員可以在自主選擇的時間內(nèi)完成實驗，再由教員進行必要的指導、講評和批復。
三、改革實驗教學質量評價體系，體現(xiàn)科學公正性
在實驗考核方面，過去評價的唯一標準是實驗報告，這樣的考核存在很大的弊端。對材料力學的考核方式做了一些大膽的嘗試：
1.材料力學實驗課可獨立設課，單獨考核
由于材料力學實驗沒有獨立設課，而是作為材料力學課程的一部分，導致部分學員不重視實驗課。為了約束不重視實驗課的學員，使實驗教學不再流于形式，必須足夠重視實驗課程。
2.改變過去以實驗報告作為實驗考核的唯一標準
實行出勤率、實驗態(tài)度、實驗預習、實驗操作、實驗報告及實驗理論考試相結合的綜合性考核方法。對于實驗考核成績的記入，考試成績（包括筆試和實際操作測試）占總成績的60%，平時成績（主要是出勤率、預習報告和實驗報告）占總成績的40%。這樣的實驗考核可以實現(xiàn)實驗教學質量的全過程監(jiān)控。真正體現(xiàn)實驗成績的真實性和公正性，充分反映學員的綜合能力和創(chuàng)新能力，并同時具有可比性和可操作性。
3.針對不同類型的實驗提出不同的考核標準
目前材料力學實驗主要有三大類型：基礎性實驗、綜合設計性實驗和開放性實驗。因此根據(jù)課程特點，以及檢驗學員的實踐動手能力、綜合設計、創(chuàng)新開發(fā)能力的需要，針對不同類型的實驗提出了不同的考核標準。
4.在加強實驗課程考核的同時，還須加強學員實踐能力的階段性考核
針對具體專業(yè)學員的學習目標，可以在其四年學習過程中設置兩到三次實踐技能考核，分別考核學員的基本動手能力、綜合實踐能力與創(chuàng)新開發(fā)能力。動手能力考核可以采用實驗操作的形式；綜合實踐能力考核可以采用抽考具體的實驗項目的形式；創(chuàng)新開發(fā)能力考核可以采用綜合創(chuàng)新類實踐活動來實現(xiàn)。要求學員大學四年期間必須進行一次綜合創(chuàng)新類活動，如全國性的設計類競賽、科技創(chuàng)新活動等?？傊?，這些考核的目的是為了學員在實踐類課程教學環(huán)節(jié)中有明確的目的和任務，促使學員從實踐到理論、從感性到理性的轉變，提高實踐課的層次和實際效果，培養(yǎng)學員的力學素質、工程素質以及創(chuàng)新精神。
四、結束語
與圖1不同，鐵有三種固態(tài)，分別是α-Fe、γ-Fe和δ-Fe，其中γ-Fe為密排面心立方結構，α-Fe和δ-Fe為體心立方結構。并且，圖2中有三個三相點，分別為氣-液-δ-Fe；氣-γ-Fe-δ-Fe和氣-γ-Fe-α-Fe。通常情況下，F(xiàn)e是磁性的α-Fe，組織類型有鐵素體、珠光體和貝氏體等；通過成分和工藝控制常溫下可得到γ-Fe，如奧氏體不銹鋼304、310等。Fe的p-T相圖的講解，增強學生識別單組分相圖的能力。課堂上通過工業(yè)生產(chǎn)實例，加深了同學們對Fe的認識；并建立了物理化學相圖知識與學生專業(yè)—金屬材料之間的聯(lián)系。解決學生“材料專業(yè)為什么學物理化學？”的困惑。
2兩組分液態(tài)完全互溶系統(tǒng)的相圖
雖然二組分系統(tǒng)的氣—液平衡相圖依據(jù)組分在液態(tài)的互溶情況各有其特點，但液態(tài)完全互溶系統(tǒng)構成了這部分內(nèi)容的學習基礎[4]。對于這種相圖，我們除了讓學生掌握相圖中各相區(qū)的組成、相態(tài)和杠桿規(guī)則外，還注重讓學生學習氣相線和液相線的繪制方法和細節(jié)信息。其繪制過程如圖3所示，先配制不同比例的二組分混合物，再升高溫度測試混合物的熔點，通過描點—連線得到相圖。從而培養(yǎng)學生設計實驗繪制相圖讀取相圖細節(jié)信息的全面能力。通過學習繪制相圖，可使學生對相圖的全部信息有較深刻的認識、理解及較好的運用。為了便于學生掌握此類相圖及其應用，在教學中我們通過物相點隨溫度的變化的實例，講解其液相與氣相及組成在該過程的演變情況。重點分析了第一個氣泡點產(chǎn)生的壓力、組成及最后一滴混合液消失的壓力、組成，以及其逆過程這一難點。并將相圖理論與工業(yè)精餾裝置聯(lián)系起來，激發(fā)學生對該部分內(nèi)容的學習興趣。
3具有轉變溫度的二組分固態(tài)部分互溶、液態(tài)完全互溶的液固平衡相圖
具有轉變溫度的二組分固態(tài)部分互溶、液態(tài)完全互溶的液固平衡相圖，是學生學習中最難掌握的內(nèi)容。我們通過講解物相點的降溫過程的物相變化和步冷曲線的繪制，并借助動畫展示具體過程，使該部分內(nèi)容更加形象和生動，便于理解和掌握。同時，提高了學生的學習興趣和動手能力。
4相圖在金屬材料中的應用
4.1在金屬材料設計中的應用在工業(yè)生產(chǎn)和科研實踐涉及到的金屬材料通常為多組分的平衡系統(tǒng)，所以其相圖更為復雜。為了得到材料的擬服役性能，需要對材料進行設計和加工。相圖在材料設計中起著至關重要的作用，例如，在設計奧氏體不銹鋼時，為了得到單一奧氏體組織，需擴大相圖中奧氏體區(qū)，使其在冷卻過程中不發(fā)生γ-Feα-Fe的轉變。根據(jù)相圖，改變系統(tǒng)的組成，增加穩(wěn)定奧氏體元素，如Ni、C等是最常用的方法。當然，為了系統(tǒng)的平衡，其他元素也需做相應的改變。應用相圖時，為了提高設計組織的準確性，需要考慮平衡相圖與實際相圖的差別。
4.2在金屬材料加工中的應用在金屬材料的熱加工過程中，隨著加工溫度的不同，其物相也發(fā)生相應的變化?？赏ㄟ^控制軋制參數(shù)和冷卻過程，改變材料的相變溫度和組織類型，得到高性能的金屬材料。例如，在鋼鐵生產(chǎn)中，熱軋鋼板控制軋制與控制冷卻(TMCP)工藝，通過加大壓下量增加累積位錯，為相變過程提供更多的高能量相變形核點，以得到細小晶粒組織，提高鋼的強韌性。通過控制冷卻速率，可改變相變后的組織形態(tài)，在650℃以上發(fā)生相變得到珠光體和鐵素體組織，在450~600℃區(qū)間主要得到貝氏體組織的鋼材，在更低溫度下發(fā)生相變得到馬氏體組織，不同的組織賦予材料的不同的性能[5]。4.3在金屬熱處理中的應用相圖不僅在金屬材料的設計和加工中具有指導下作用，而且在材料的熱處理過程中也具有重要的應用價值。例如，在金屬材料的退火、淬火和正火中具有重要作用。淬火過程主要是控制冷卻速率，使相變溫度發(fā)生在較低溫度區(qū)，得到低溫轉變組織。正火溫度需在γ-Fe相區(qū)，需要根據(jù)相圖和化學成分判斷其奧氏體化溫度，從而確定正火的加熱溫度。嚴格的說，確定熱處理的升溫速率和降溫速率也需要參考相應的相圖。通過相圖在金屬材料領域的應用的介紹，學生對本專業(yè)和學習物理化學的重要性均有了清晰的認識，他們的學習積極性也顯著提高。
5結語
完整的B/S系統(tǒng)是由前臺界面、功能代碼、和后臺數(shù)據(jù)庫組成。在本系統(tǒng)的開發(fā)中，使用AdobeDreamweaver進行前臺界面設計，采用DIV+CSS方式進行頁面布局，應用JavaScript進行界面驗證；以MyEclipse作為系統(tǒng)主要開發(fā)工具，其中功能代碼使用Java語言編程完成；以MySQL作為后臺數(shù)據(jù)庫，由于MySQL是開放源代碼的，因此任何人都可以在GeneralPub⁃licLicense的許可下下載并根據(jù)個性化的需要對其進行修改。整個系統(tǒng)的開發(fā)采用MVC（Model-View-Control）設計模式，運用Strut2的開源Web框架，通過Action類完成具體的功能。
2體系結構與功能設計
本系統(tǒng)主要是根據(jù)用戶的不同權限對評估支撐材料進行管理和共享，在功能實現(xiàn)上，根據(jù)教育部《普通高等學校本科教學工作合格評估指標和基本要求（試行）》和《全國高校教學基本狀態(tài)數(shù)據(jù)庫填報表格》的要求，切合蘭州城市學院的實際情況，進行了任務分解，具有7個一級指標，20個二級指標，39個觀測點，所有的支撐材料都具有確定的目錄和編號，一級和二級指標采用下拉列表框的形式進行選擇，并根據(jù)一、二級指標進行材料目錄形式的編號，這樣材料的存放位置都很精準，不會發(fā)生材料混亂的問題。鑒于此，本系統(tǒng)主要有用戶管理和材料管理兩大塊，具體如圖1所示。在用戶管理中，系統(tǒng)管理員是本系統(tǒng)的管理者，可以對整個系統(tǒng)的用戶進行管理，增加、刪除用戶，設置模塊管理員和普通用戶的權限，審核上傳模塊支撐材料、下載支撐材料、打印支撐材料、預覽支撐材料等，如圖2所示。而模塊管理員是本系統(tǒng)的主要使用者，在登錄后可以對自己所屬模塊進行所有操作，而對其他模塊只有部分操作權限，
3數(shù)據(jù)庫設計
依據(jù)系統(tǒng)開發(fā)技術的選擇，數(shù)據(jù)庫采用MySQL進行設計，建立了一個數(shù)據(jù)庫（pgxt.myd），庫中總共有4張表：登錄表（admin）：存儲用戶登錄的相關信息。用戶類型表（usertype）：用來記錄用戶登錄身份數(shù)據(jù)，即系統(tǒng)管理員、模塊管理員、普通用戶。審核表（checked）：用來記錄有關審核的具體信息數(shù)據(jù)，主要是針對材料編號，給出是否通過的結果。登錄表、用戶類型表對應功能結構中的用戶管理.上傳支撐材料表（upload）：用來記錄上傳的支撐材料信息數(shù)據(jù)，主要有上傳支撐材料編號、文件名、文件路徑；上傳支撐文件的時間、上傳支撐材料的用戶編號；一級指標編號、二級指標編號、三級指標編號、審核狀態(tài)等。上傳支撐材料表和審核表對應功能結構中的材料管理。
4系統(tǒng)實現(xiàn)
本系統(tǒng)設有三個不同的角色，分別是普通用戶，模塊管理員、系統(tǒng)管理員，不同的用戶經(jīng)過登錄后，所進入的主界面也不相同，登錄界面用AdobeDreamweaver來設計完成（創(chuàng)建Struts2.xml文件），登陸的實現(xiàn)使用Struts2里的Action類里的ActiongSupport類中定義的方法，不同用戶都可以查看和修改自己的個人資料，但是由于賬號是實行系統(tǒng)管理員分配，所以不允許進行二次修改。在預覽中，系統(tǒng)會根據(jù)上傳的文件選擇不同的預覽方式，并同時實現(xiàn)了下載功能和數(shù)據(jù)庫進行連接。
5總結
關鍵詞 材料力學 理論體系 教學方法 化繁為簡
中圖分類號：G424 文獻標識碼：A
1 建立科學的理論體系
在教學實踐中，一般院校采用模塊化教學，即將內(nèi)容模塊化，分為桿件的基本變形與組合變形、靜載荷與動載荷、能量方法與超靜定三大模塊，各模塊之間雖各有其內(nèi)在規(guī)律，但卻存在本質聯(lián)系，這集中體現(xiàn)在一個核心、一條主線上。
廣義胡克定律又稱為本構方程，它反映出線彈性條件下變形與受力的本質關系?！白冃巍笔茄芯繌姸取偠纫约胺€(wěn)定性的前提，而工程實際中構件受力往往易知，變形卻需要求解計算，本構方程在其中發(fā)揮著橋梁作用，故它是一切公式的根本，是材料力學理論體系的核心。
三大模塊的內(nèi)容遵循相似的分析思路，即首先通過外力分析確定構件發(fā)生基本變形還是組合變形；隨后根據(jù)構件外在的變形特點，進一步分析桿件橫截面間的內(nèi)力，并結合桿件形狀特點確定危險截面；最后根據(jù)構件的變形內(nèi)在規(guī)律確定應力和變形計算公式，若橫截面只有一種應力，直接由該應力最大值建立強度條件，若正應力切應力同時存在，則需計算危險點的主應力，由強度理論建立強度條件，因此，“外力—內(nèi)力—應力與變形”是材料力學理論體系的主線。
動載荷、能量方法、超靜定屬于三個專題，與工程實際聯(lián)系更為緊密，可利用前面的基本理論解決此類實際問題。其中，動載荷的關鍵就是轉化為靜載荷，便可同樣仿照前面外力—內(nèi)力—應力的思路分析強度了；能量方法用以解決復雜結構的復雜變形，是基本力學知識的綜合應用，同樣遵循外力—內(nèi)力—變形這一主線；材料力學的研究對象決定了其基本理論可解超靜定結構，而在具體求解及進一步解決實際問題時，同樣遵循這一主線?？梢?，后續(xù)三個專題在理論體系上是前面基本內(nèi)容的延伸與綜合。在授課實踐中，教師需圍繞一個核心（本構方程），由一條主線（外力—內(nèi)力—應力與變形—強度與剛度）將各模塊的知識有機連接，幫助學生建立一個整體化、系統(tǒng)化的理論體系。這樣，有助于使學生加深對材料力學知識的理解，從而達到對基本知識舉一反三、靈活運用的目的。
2 采用恰當?shù)慕虒W方法
對于基本變形部分，鼓勵學生對比四種基本變形的特點，總結公式與分析思路的共性與個性，幫助學生由研究方法的相似性和公式的類比性理解內(nèi)容、記憶公式，提高學生對問題的歸納能力。
復雜應力狀態(tài)與強度理論，首先需幫助學生理解應力狀態(tài)分析的意義在于解釋構件破壞的原因以及研究組合變形桿件的強度。強度理論在講解時，要體現(xiàn)其哲學內(nèi)涵，一方面抓住主要矛盾，從而將復雜問題簡單化；一方面，體現(xiàn)在“實踐是檢驗真理的唯一標準”，推測強度失效的假說，經(jīng)長期的實踐檢驗才能確定該理論的實用性和適用范圍。
組合變形在基本變形基礎上講授，采用類比方式重點強調在分析方法上與基本變形的異同點，即同樣遵循外力—內(nèi)力—應力的主線，但每一過程都需在基本變形分析結果基礎上更進一步。外力分析除計算約束力外，更需將力平移、分解，而使每一類外力只對應一種基本變形；內(nèi)力分析應綜合考慮多種基本變形確定危險截面；應力分析在計算出每一種基本變形的應力后，更要將他們疊加以找出危險點，對于復雜的應力狀態(tài)由強度理論建立強度條件。組合變形雖看似復雜，但有規(guī)律可循，故要將基本理論講深講透，從而啟發(fā)學生歸納普遍規(guī)律與通用公式，做到“深入淺出”是講好組合變形的關鍵。
穩(wěn)定問題需強調其非常規(guī)特點，即壓桿的外力與壓縮相同、變形形式與彎曲相同、壓桿失穩(wěn)是整體效應，故被壓彎變?yōu)榱酥饕埽汲叽缭泶藭r不再適用，而應考慮變形后的尺寸分析內(nèi)力，這樣就使壓桿穩(wěn)定的分析過程比強度、剛度復雜了。由于壓桿穩(wěn)定理論的復雜性，公式推導時要啟發(fā)學生尋找通用方法，歸納不同約束類型與不同柔度對臨界力的影響；啟發(fā)學生體會穩(wěn)定問題與強度、剛度問題研究方法的異同點，通過不同類型的例題加深對穩(wěn)定問題的理解。
動載荷需特別強調動載荷與靜載荷之間的轉換方法，這是動載荷問題的核心。能量方法和超靜定以案例式為主，通過例題提高學生運用基本理論和方法解決實際問題、綜合問題的能力。
無論哪類教學方法，目的都在于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神，激發(fā)學生的創(chuàng)造性思維，科學思維方式的養(yǎng)成和科學方法論教育是教學的根本落腳點，故在材料力學的教學中，要始終貫穿“具體—抽象—具體”的思維模式，對于實際問題，首先抓住主要矛盾及控制因素建立力學模型，將復雜的實際問題簡單化，然后用材料力學的相關理論分析問題、解決問題，挖掘問題的實質，總結普遍規(guī)律，最后用所得結論指導新的實際問題，也是“提出問題—解決問題—總結升華”的思維過程，這是解決一切實際問題的根本方法。
3 復雜問題化整為零、化難為簡
對于一些復雜問題、綜合問題，可將問題串化整為零、化難為簡，將綜合問題分解為一個個基本問題，應用前面的基本理論各個擊破，從而降低難度便于學生接受。
例如對于扭彎組合變形，教材[4]上講述的內(nèi)容實質是圓截面桿斜彎曲與扭轉變形的組合。而前面學習的是對稱彎曲，沒有詳細講過斜彎曲，再組合扭轉變形，問題是復雜的，課本中對于這一問題直接給出結論“對截面為圓形的軸，包含軸線的任意縱向面都是縱向對稱面。所以，把兩個方向的彎矩合成后，仍可按照對稱彎曲的公式計算正應力。”直接講述學生一般難以理解。可在講完拉（壓）彎組合變形后，緊跟講述斜彎曲（包括圓截面梁、矩形截面梁等），把斜彎曲的理論講清講透，然后再講課本中的扭（斜）彎組合一節(jié)，就水到渠成了。
對于能量方法和超靜定，重在強調問題的主要分析方法以及與基本問題的聯(lián)系，運用“化難為簡”的方法，幫助學生克服畏難情緒，使學生掌握將工程中的復雜問題分解為簡單問題的方法。
“化整為零、化難為簡”也是解決復雜難題的基本思想，尤其對于綜合了“動載荷、超靜定、能量方法、壓桿穩(wěn)定”等幾塊知識的“大題目”，可從問題入手，圍繞每一步的待求量，按照“提出基本問題—尋找基本方法—應用基本理論”的分析過程，層層遞進逐級分析，最終可整理出清晰的解題思路?？梢姡^難題就是若干基本問題的綜合，而“化整為零”的方法便可突破這類問題的瓶頸，達到“化難為簡”的效果。
總之，材料力學決不能教學生記公式、套用解題模式，而是激發(fā)學生的探索欲望，提高工程素養(yǎng)，提升解決實際問題的能力。為此，材料力學老師應結合課程特點不斷研究教學規(guī)律，進行教學創(chuàng)新，應用恰當?shù)慕虒W方法培養(yǎng)學生科學的思維方式，把科學方法論滲透在材料力學的教學中。
參考文獻
[1] 劉桂榮，韓立新.“材料力學”教學方法探討.中國電力教育，2011.25：114.
[2] 楊志軍，趙學友.材料力學課程教學改革與創(chuàng)新.中國冶金教育，2011.3：25-26.
一、從天然樹脂到合成樹脂
一些樹木的分泌物常會形成樹脂，不過琥珀卻是樹脂的化石，蟲膠雖然也被看成樹脂，但卻是紫膠蟲分泌在樹上的沉積物。由蟲膠制成的蟲膠漆，最初只用作木材的防腐劑，但隨著電機的發(fā)明又成為最早使用的絕緣漆。然而進入20世紀后，天然產(chǎn)物已無法滿足電氣化的需要，促使人們不得不尋找新的廉價代用品。
早在1872年德國化學家拜耳（A．Bayer）首先發(fā)現(xiàn)苯酚與甲醛在酸性條件下加熱時能迅速結成紅褐色硬塊或粘稠物，但因它們無法用經(jīng)典方法純化而停止實驗。20世紀以后，苯酚已經(jīng)能從煤焦油中大量獲得，甲醛也作為防腐劑大量生產(chǎn)，因此二者的反應產(chǎn)物更加引人關注，希望開發(fā)出有用的產(chǎn)品，盡管先后有許多人為之花費了巨大勞動，但都沒有達到預期結果。1904年，貝克蘭和他的助手也開展這項研究，最初目的只是希望能制成代替天然樹脂的絕緣漆，經(jīng)過三年的艱苦努力，終于在1907年的夏天，不僅制出了絕緣漆，而且還制出了真正的合成可塑性材料——Bakelite，它就是人們熟知的“電木”、“膠木”或酚醛樹脂。
Bakelite一經(jīng)問世，很快廠商發(fā)現(xiàn)，它不但可以制造多種電絕緣品，而且還能制日用品，愛迪生（T．Edison）用于制造唱片，不久又在廣告中宣稱：已經(jīng)用Bakelite制出上千種產(chǎn)品，于是一時間把貝克蘭的發(fā)明譽為20世紀的“煉金術”。
以煤焦油為原粒的酚醛樹脂，在1940年以前一直居各種合成樹脂產(chǎn)量之首，每年達20多萬噸，但此后隨著石油化工的發(fā)展，聚合型的合成樹脂如：聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯以及聚苯乙烯的產(chǎn)量也不斷擴大，隨著眾多年產(chǎn)這類產(chǎn)品10萬噸以上大型廠的建立，它們已成當今產(chǎn)量最多的四類合成樹脂。合成樹脂再加上添加劑，通過各種成型方法即得到塑料制品，到今天塑料的品種有幾十種，世界年產(chǎn)量在1．2億噸左右，我國也在500萬噸以上，它們已經(jīng)成為生產(chǎn)、生活及國防建設的基礎材料。
二、從天然纖維到合成纖維
人類使用棉、毛、絲、麻等天然纖維的歷史已經(jīng)有幾千年，但由于全球人口的不斷增加和對紡織品質量的更高要求，從19世紀起，人們就為尋求新的紡織品原料而努力。
1846年制成硝化纖維；1857年制成銅氨纖維；1865年制成醋酸纖維；1891年制成粘膠纖維。由于粘膠纖維的原料是來源豐富的木材漿粕、棉短絨及棉紗下腳料等，再加上制成的纖維性能好，以至它的產(chǎn)量到20世紀50年代已經(jīng)超過羊毛。
盡管上述幾種稱為“纖維素纖維”或“人造纖維”的出現(xiàn)是繼紡織機械發(fā)明之后的又一次紡織革命，但它仍意味著人只是用化學方法，對天然植物纖維的再加工，而通過化學方法，制取全合成的、性能更為優(yōu)異的紡織纖維階段，才迎來了第三次紡織革命。
1928年32歲的美國化學家卡羅塞斯（W．H．Carothers）博士從大學崗位上應聘到杜邦公司，負責對不久前才興起的高分子化學的基礎研究，他們研究了多種脂肪族二元酸與二醇或二元胺的縮合反應，由于保證了反應物料的嚴格配比，從而獲得分子量很高的縮聚物，但大多數(shù)產(chǎn)物的熔點偏低、不耐水，雖然有的可以抽絲，但不適于用做紡織纖維。反復不斷地失敗使卡羅塞斯在精神上受到很大打擊，以至身上經(jīng)常攜帶著一小瓶準備自殺的氰化鉀。一直到工作6年后的1934年，終于在合成的數(shù)百種產(chǎn)品中，找到有希望成為優(yōu)良紡織纖維的聚酰胺－66，尼龍（Nylon）是它在投產(chǎn)時公司使用的商品名。
杜邦公司為了使它工業(yè)化，動員了230多名各方面專家，花費2200萬美元，到1939年始正式投產(chǎn)。這一成功不僅是合成纖維的第一次重大突破，也是高分子科學的重要進展。
尼龍投產(chǎn)后，杜邦公司馬上宣布他們生產(chǎn)了比蜘蛛絲還細，比鋼還結實的全新有機纖維。盡管當時第二次世界大戰(zhàn)已經(jīng)開始，仍然引起各方面關注。用它織成的女絲襪，銷售第一天就賣出400萬雙，報紙上還報道了當時許多銷售店曾引起“尼龍騷動”的場面，可惜的是卡羅塞斯本人卻沒有看到這種情況。41歲的他，雖然知道尼龍的研究已經(jīng)取得突破性進展，但卻總感到心力交瘁地被失敗所纏繞，終于在1937年服毒自殺，留下深深的遺憾。
1938年德國研制出聚酰胺－6，即聚己內(nèi)酰胺；1941年英國制出了聚對苯二甲酸乙二醇酯纖維，商品名Dacron、“的確涼”、或滌綸；1939年德國人又研制出聚丙烯腈纖維，但到1949年才在美國投產(chǎn)，商品名Orlon，我國稱腈綸，此又出現(xiàn)多種新型合成纖維，滿足了多種需要，但從應用范圍和技術成熟等方面看，仍以上述幾種為主，其產(chǎn)量約占總量的90％。
三、從天然橡膠到合成橡膠
自然界中雖然含有橡膠的植物很多，但能大量采膠的主要是生長在熱帶雨區(qū)的巴西橡膠樹。從樹中流出的膠乳，經(jīng)過凝膠等工藝制成的生橡膠，最初只用于制造一些防水織物、手套、水壺等，但它受溫度的影響很大，熱時變粘，冷時變硬、變脆，因而用途很少。
1839年美國一家小型橡膠廠的廠主古德易（Goodyear）經(jīng)過反復摸索，發(fā)現(xiàn)生橡膠與硫黃混合加熱后能成為一種彈性好、不發(fā)粘的彈性體，這一發(fā)現(xiàn)推進了橡膠工業(yè)迅速發(fā)展。在這之前，橡膠的年產(chǎn)量只有388噸，但到1937年已增加到100萬噸，即100年間增加了2000倍，這在天然物質利用史上是十分罕見的，尤其是1920年以后，由于汽車工業(yè)興起，進一步擴大需求，以致世界各國開始把天然橡膠作為軍用戰(zhàn)略物資加以控制，這就迫使美、德等汽車大國，但卻是天然橡膠的窮國開展合成橡膠的研究，這種研究是以制造與天然橡膠相同物質為目的開始的，因為人們已知它是由多個異戊二烯分子通過順式加成形成的聚合體。
1914年爆發(fā)第一次世界大戰(zhàn)，德國由于受到海上封鎖，開展了強制性的合成橡膠研制和生產(chǎn)，終于實現(xiàn)了以電石為原料合成甲基橡膠的工作，到終戰(zhàn)的1918年，共生產(chǎn)出2350噸。
戰(zhàn)后，由于暫時性天然橡膠過剩，使合成橡膠的生產(chǎn)也告中止，但其研究工作仍在進行。先后研制成聚硫橡膠（1931年投產(chǎn)）、氯丁橡膠（1932年）、丁苯橡膠（1934年）、丁腈橡膠（1937年）等。
第二次世界大戰(zhàn)期間，尤其是日本偷襲珍珠港、占領東南亞后，美國開始擴大合成橡膠生產(chǎn)，并納入國防計劃，1942年產(chǎn)量達84．5萬噸，其中丁苯橡膠為70．5萬噸。1950年以后，由于出現(xiàn)了齊格勒納塔催化劑，在這種催化劑的作用下，生產(chǎn)出三種新型的定向聚合橡膠，其中的順丁橡膠，由于它的優(yōu)異性能，到20世紀80年代產(chǎn)量已上升到僅次于丁苯橡膠的第二位。此后又有熱塑性橡膠、粉末橡膠和液體橡膠等問世，進一步滿足了尖端科技發(fā)展的需要。
回顧過去，展望未來，在新世紀里新技術將更加迅猛發(fā)展，與此同時，作為技術革命物質基礎的，以合成高分子為代表的新材料的研制和開發(fā)，也將越來越起著重要作用。
參考文獻
近幾年，我借助地理材料，通過設問引導學生從材料中去獲取有效信息，增長新的知識。實踐證明，這種 題型可引導學生跳出死記硬背的狹小天地，利于培養(yǎng)學生能力。
常見的地理材料分析有以下幾類。
(1)運用地理材料，考查學生對新知識的理解能力。如“熱島效應”，一般教學中未講，但學生掌握了一定 的地理技能后，便可以獨立分析，拓寬知識?？蛇@樣設題：
材料1：在一些發(fā)達的工業(yè)區(qū)和大城市，由于人口集中，大量消耗能源，除對大氣造成污染外，還要釋放大 量“廢熱”進入大氣。這種人為釋放的熱，使城市的年平均氣溫比郊區(qū)可高出0.5～3℃，或者更高一些。在人 口密度大，工業(yè)發(fā)達的城市尤為明顯。如1979年12月13日20時，上海市中心的氣溫為8.5℃，近郊為4℃，遠郊 僅為3℃。這樣，城市在溫度的空間分布上，猶如一個溫暖的島嶼，稱為“熱島效應”或“火爐效應”。在這種 熱島效應的影響下，城市上空的霧、云增加，城市上空的風、降水也發(fā)生異常。（摘自《新華文摘》1993年8期 ）
閱讀以上材料回答：
①產(chǎn)生“熱島效應”的根本原因是什么？（城市工業(yè)發(fā)達，人口集中。）
②根據(jù)材料內(nèi)容，在下列方框中繪出城市和郊區(qū)之間的大氣環(huán)流，并回答：為何熱島效應會導致城市上空 多云？（圖略。城市上空氣溫高，空氣中又多塵埃，上升氣流使水汽凝結，故常多云。）
（附圖 {圖}）
(2)運用材料設問，考查學生對材料中蘊含的地理知識的理解能力。如：
材料2：索菲亞·安蒂波斯技術開發(fā)區(qū)，位于法國“藍色海岸”之濱，在這里設立的950家公司共有來自50 個國家的職員1.5萬多人，每年向該地區(qū)的經(jīng)濟注入28億美元。開發(fā)區(qū)建立至今已發(fā)生明顯變化，當初索菲亞開 發(fā)區(qū)專門吸引大的公司參與，且以美國公司為主，主要開發(fā)信息技術，為擴大經(jīng)濟增長，開發(fā)區(qū)積極開拓新的 項目。目前共有202家信息和通信技術公司、49家衛(wèi)生設備公司、18家能源公司、64家研究和教育機構和617家 服務性公司。
法國硅谷的經(jīng)驗表明，一個科技開發(fā)區(qū)需要有一個大學作基礎。尼斯大學是法國最新的大學，迄今只有29 年的歷史，但是今天已發(fā)展成設有許多尖端科目，并擁有2.4萬名學生的學校。
索菲亞開發(fā)區(qū)有法國第二大機場和通向意大利的高速公路。去年春天在這里慶祝該開發(fā)區(qū)建立25周年，“ 索菲亞”已成為法國濱海地區(qū)的一大景觀。（選自《地理文摘》1995年第4期）
閱讀以上材料回答：
①開發(fā)區(qū)內(nèi)外籍職員比例較大，反映了法國什么國情？（法國人口增長緩慢，勞動力不足，資源得不到充 分開發(fā)，須引進外籍工人。）
②該開發(fā)區(qū)實現(xiàn)經(jīng)濟增長的措施是什么？（引進外資；開拓新項目）
③該開發(fā)區(qū)在位置分布上反映的要求是(A、D)
A、環(huán)境潔凈優(yōu)美 B、接近消費市場
C、當?shù)貏趧恿Y源豐富 D、接近高等教育區(qū)
④該開發(fā)區(qū)工業(yè)部門特點是(B、D)
A、以“勞動密集型”工業(yè)為主
B、以“知識密集型”工業(yè)為主
C、具有“臨海型”布局特點
D、具有“臨空型”布局特點
(3)運用地理材料，考查學生對所學地理知識的運用能力。如：
材料3：被譽為“江南明珠”的太湖，即將被藻類所占據(jù)。目前太湖的藻類比十年前增長了5倍，部分監(jiān)測 點的藻類數(shù)量已超過每升1億個，整個湖面已有2/3的面積達到中富至富營養(yǎng)化過渡狀態(tài)。如不加治理，太湖將 面臨因全部富營養(yǎng)化而窒息死亡。
目前，太湖沿岸每年農(nóng)業(yè)中化肥使用量達200～300萬噸，農(nóng)藥5～8萬噸，其中約有50%的化肥和農(nóng)藥隨雨水 流入湖泊河道，僅農(nóng)業(yè)和生活污水足以使太湖水中含氮量超過三類水指標。太湖沿岸工業(yè)區(qū)多，每年有近10億 噸未經(jīng)處理的工業(yè)污水排入江河，使每個中小城市周圍的地面水都受到嚴重污染，形成黑水帶，并隨河網(wǎng)擴散 而影響太湖。此外，太湖還以博大的胸懷容納著養(yǎng)魚、水運和旅游業(yè)帶來的污染。人們在呼喚：救救太湖?。?摘自《地理教學》1994年第5期）
閱讀上述材料回答。
①文中提到太湖可能窒息衰亡的依據(jù)是什么？（水中富營養(yǎng)化現(xiàn)象）
②為什么說太湖可能窒息衰亡？（水中營養(yǎng)元素增加，引起藻類過度生長，促使浮游生物的過度繁殖，這 樣大量積累了有機物質。隨著有機物分解和藻類生長，水中氧氣被大量消耗，使太湖出現(xiàn)缺氧狀態(tài)而窒息衰亡 ）
③文中所列太湖營養(yǎng)元素的積累來自哪些污染方式？（農(nóng)業(yè)和生活污水；工業(yè)污水和養(yǎng)魚、水運、旅游業(yè) 污染）
④太湖水體汛染給沿岸居民帶來哪些不利影響？（使居民飲用水質變壞，危害人體健康。若有有害金屬元 素污染物，通過食物進入人體，會導致“公害病”發(fā)生。另外，給養(yǎng)魚、旅游帶來不利影響，影響居民經(jīng)濟收 入。）
(4)通過2～3段相關地理材料的考查，培養(yǎng)學生綜合比較、分析的能力。如：
材料4：在一般情況下，天然降水都是偏酸性的。這是因為大氣中的CO[,2]溶于雨水，部分形成碳酸的緣故 。所謂酸雨，指的是PH值小于5.6的酸性降水，其形成原因是：人為排放的SO[,2]進入大氣后，造成局部地區(qū)大 氣中SO[,2]富集，在水汽凝結過程中溶于水形成亞硫酸、硫酸，然后隨雨降落形成酸雨。（摘自人民教育出版 社《地理》下冊教學參考書）
材料5：調查表明，我國酸雨地理分布的總趨勢是由北向南逐漸增加，長江以南已形成相當范圍的酸雨帶， 而且明顯地分為三個酸雨片區(qū)：西南酸雨區(qū)（包括重慶和貴陽周圍地區(qū)）、華東酸雨區(qū)（包括上海、蘇杭地區(qū) ）、中南酸雨區(qū)（包括長沙、廣州、南寧地區(qū)）……當前，酸雨比較集中且危害較重的是四川省。（摘自郝志 功主編《當代環(huán)境問題導論》）
材料6：據(jù)1993年環(huán)境臨測結果表明，重慶的酸雨頻率為80%，全年酸雨PH值平均為4.38，最低為2.8。在這 里不僅雨水受到酸化，霧水，露水和雪水也受到嚴重污染，特別是1994年以來重慶連續(xù)4次出現(xiàn)酸性“黑雨”現(xiàn) 象，尤其是1994年元月上旬的一場“黑雨”，PH值為3.92，與家用食醋相當?。ㄕ浴兜乩泶笥^園》1993年總 第50期）
閱讀以上材料回答：
①“酸雨”與自然界的酸性降水在成因上的根本區(qū)別是什么？（前者是人為原因造成，后者是自然原因所 致）
②根據(jù)酸雨形成原因分析，我國酸雨地理分布的總趨勢為什么呈現(xiàn)由北向南逐漸增加的現(xiàn)象？（一是北方 地勢平坦、開闊，冬季風強，不利于SO[,2]等酸性氣體富集，二是北方降水頻率較南方小，空氣干燥使酸雨出 現(xiàn)機會少，而南方相反。）
③根據(jù)酸雨形成原因分析，四川?。ㄌ貏e是重慶地區(qū)）為什么酸雨頻率高？（四川省大部位于盆地中，盆 地內(nèi)工業(yè)大量排放硫氧化合物、氮氧化合物等大氣污染物，加之盆地濕度大，靜風頻率高，大氣擴散條件差， 利于酸性氣體污染富集，在多雨、多霧的盆地內(nèi)容易形成酸雨。）
材料分析題類型多樣，也可與圖形結合起來分析，僅舉4例，借以拋磚引玉。在設計材料分析題時應注意兩 點：
1凝聚態(tài)物理學與材料概述
凝聚態(tài)物理學，是指研究凝聚態(tài)物質的物理性質、微觀結構等之間的關系。簡而言之，通過對構成凝聚態(tài)物質電子、離子等運行形態(tài)、規(guī)律進行探索，充分認識物質的物理性質。隨著研究不斷深入，針對凝聚態(tài)物理學的研究已經(jīng)由初級層面朝著高級層面發(fā)展。如有固體形態(tài)向外拓展上升至液氮、熔鹽等液態(tài)物質，甚至還有氣態(tài)物質。另外，隨著技術的發(fā)展，一些全新的概念體系逐漸滲透，產(chǎn)生了更多新的研究成果，賦予材料新特點，在很大程度上幫助學者解決疑難問題提供了極大的支持。
就廣義角度來看，材料是幫助人類生產(chǎn)和生活，制造有用器件的物質。隨著人類社會發(fā)展，自然資源和能源日益減少，對于材料概念的理解也發(fā)生了變化，因此材料是人類社會能夠接受、且經(jīng)濟性地創(chuàng)造有用器件的物質，更加強調資源、環(huán)境等因素。從實用層面來劃分，材料分為金屬、無機及有機3種。
2凝聚態(tài)物理學與材料研究前沿問題分析
2.1表面與界面方面
表面與界面作為物理學與材料學交叉的重要領域，很多相互作用都建立在材料表面和界面基礎之上。物體自身狀態(tài)直接決定材料熱力學效應。作為重點研究領域，界面與表面是當今該領域研究的一大難點。凝聚態(tài)物理學研究成果，在很大程度上為材料界面與表面理論發(fā)展提供了支持，如離子束的提出，使得人們自20世紀60年代開始運用離子束，注入到材料表面，對材料表面特性進行優(yōu)化和調整，使其在具體實踐中能夠更好地發(fā)揮積極作用，為人們生產(chǎn)和生活提供便利。
催化和腐蝕是表面控制的2個主要過程。截止到今天，催化和腐蝕機理尚未得到完善的研究成果。此外，薄膜功能材料的提出，也成為該領域研究的重點。如光的干涉效應能夠引起透射和反射。表面與界面在為電子學方面也具有非常重要的作用，如半導體和金屬界面等，能夠對器件性能的發(fā)揮產(chǎn)生不同程度的影響。綜合來看，表面和界面的研究處于前沿地位，且每個關鍵問題的有效解決都能夠給相關領域帶來巨大的經(jīng)濟價值。
2.2微結構方面
凝聚態(tài)物理學很多基本理論，如固體能帶理論、元級法理論等都是建立在粒子數(shù)無限大基礎之上。這些理論證明了銅、鋁具有導電性，為實踐生產(chǎn)奠定了理論基礎。現(xiàn)如今，運用能帶理論，能夠對晶體的參量進行計算，并獲取準確的結果。由于該項理論非常成熟，要想進一步突破難度非常大。對此要想發(fā)現(xiàn)全新的結果，需要從不同的道路著手。正如R.Feynman曾指出當我們得以對細微尺度的事物進行操控，將會在很大程度上拓展我們獲得的范圍，其所要強調的是未來新材料的發(fā)展和研究動向，即通過設計和控制材料在細節(jié)上的差異性，從而在現(xiàn)有材料中探索出意想不到的物理性能。
2.3理論與模型方面
理論與模型對材料科學貢獻較大。計算物理學是材料科學家運用的主要工具，定量模型的發(fā)展是物理學與材料科學交叉的產(chǎn)物，通過構建模型能夠對物品的物理性質等進行分析和了解。目前，很多物理學概念在材料研究中應用較廣。如相變、裂變等，與之相對應的儀器設備也層出不窮。如今空間分辨率能夠在特定環(huán)境下觀察到單個原子，因此可以說，沒有這些研究成果，材料科學就不能夠獲得更大的進步。但是微結構的定量描述始終是材料科學的主要課題，也是物理學家和材料學家合作的重點方向。
2.4材料方面
凝聚態(tài)理論日漸完善，使得我們能夠更加明確材料的物理特性，但是隨著人類社會的發(fā)展，仍然面臨著很多疑難問題。如強關聯(lián)體系中的材料寶藏。電子關聯(lián)，是電子之間形成的庫侖作用。就現(xiàn)有理論研究成果來看，處理固體電子系統(tǒng)時，需要適當忽略電子之間的相互作用，在理想條件下進行研究。但得出的結論依舊不能夠掩蓋這一缺陷，且不能夠適用于實踐當中?？梢?，電子之間的庫倫作用關聯(lián)重要性受到了廣泛關注。
通常來說，強關聯(lián)物質存在于特定范圍當中，如金屬與絕緣體界限附近，即電子處于完全離域化拓展狀態(tài)。因此要想實現(xiàn)對電子具體狀態(tài)的有效判斷，研究人員需要從其他方面入手，分析各個元素之間的關系，然后對其形態(tài)進行排序，最后獲取到相應的規(guī)則。值得關注的是，現(xiàn)階段，我們針對強關聯(lián)體系的認知水平處于初級階段，無論是理論、還是實踐方面都有待進一步深入。而從材料方面來說，多元復雜結構的氧化物尚未得到開發(fā)和研究，因此，可以將此作為未來全新的研究課題，并利用強關聯(lián)理論，進而實現(xiàn)對新材料的勘探和開發(fā)，為人類社會進一步發(fā)展提供更多支持和參考。
2.5工藝方面
凝聚態(tài)物理學發(fā)展建立在新技術及傳統(tǒng)工藝優(yōu)化進程當中。如上文提到的離子束技術，能夠對材料表面的相互作用進行分析。針對處于溫度較低的條件下，能夠建設成為不同的材料。因此可以廣泛應用于高性能、功能豐富的薄膜當中，從而形成全新的材料。另外，激光技術的提出為科學研究帶來了諸多發(fā)展契機。如激光拉曼光譜與XRD技術的有機整合，能夠幫助我們重新認識晶體結構，進而為半導體的進一步探索提供相應的技術支持。外延作為一種制作單晶薄膜的技術，其之所以能夠發(fā)展起來，究其根本是在凝聚態(tài)物理學的支持存在密不可分的聯(lián)系。隨著社會進步，人們對技術將會提出更高要求。因此還應加大對全新工藝的研究，與此同時，加大對現(xiàn)有工藝不足和缺陷的優(yōu)化和改正，進而為實踐研究做好充分的準備。
