实验物理学的核心是确定与特定物理现象相关的变量之间的权力关系。流动的水使涡轮机旋转产生的电力与单位时间内移动的水体积的立方成正比。对于温度恒定、质量固定的气体,绝对压强和体积成反比。从点源发出的光的强度与到光源距离的平方成反比。沿着小钕磁体轴线测量的磁场与到磁铁的距离的立方成反比。这些都是学生在物理实验室中经常发现的权力关系的例子。

理查德·伯恩(北伊利诺伊大学)开发了一个很棒的实验室游标结构和材料测试仪.在这次调查中,他概述了学生进行探究活动的方法,以确定影响两端支承的中心加载梁挠度的因素之间的关系。模拟这些因素的方程是:

δ=压裂{FL ^ {3}} {48 ei}

为梁跨中弹性位移,F是加载,l是跨度长度,E弹性模量,和是面积转动惯量。如果我们考虑一个长度为实心的矩形梁l、基础b和高度h,则面积转动惯量为黑洞3./12,方程变成

δ=压裂{FL ^{3}}{《探索黑洞》4 ^ {3}}

这个方程为物理专业的学生提供了一个通过实验研究功率关系的绝佳机会。学生很可能在最少的指导下就能识别出影响这种偏转的因素。从这一点出发,学生可以在不知道这个方程的情况下,设计实验来确定弹性位移与荷载成正比,与梁长的立方成正比,与梁底成反比,与梁高的立方成反比。物理专业的学生将参与NGSS科学和工程实践,包括:

  • 提出问题和定义问题
  • 开发和使用模型
  • 策划和执行调查
  • 分析和解释数据
  • 运用数学和计算思维
  • 构建解释和设计解决方案
  • 根据证据进行论证的
  • 获取、评估和交流信息

对量纲分析的讨论将是一个适当的总结活动。

下载两端支承中心荷载梁挠度影响因素研究