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    一套力学竞赛试题及其指导思想
    作者:査有梁    文章来源:给学生的20把钥匙    点击数:    更新时间:2010-5-12

    原载:《给学生的20把钥匙》第四章第1

    一、四川省第一届中学生力学竞赛试题[1]

    1980年,四川省力学学会成立后,第一届我选为理事,且担任“教育科普委员会”的副主任。理事长康振黄教授,希望我们组织中学生参加“四川省力学竞赛”。经大家推选,我义不容辞承担了为“四川省第一届中学生力学竞赛”出竞赛试题。出力学竞赛题,对于教师是一个挑战。

    物理学是自然科学的基础,力学又是物理学的基础,所以,力学是自然科学的“基础的基础”。一个人出整套力学竞赛题,对于我来说,比出高考题还要难。因为,出高考题是有一个班子,至少几个人。以下,就是我思考几乎一周之后,所出的试题。高中学生,如果有兴趣,不妨自己再做一做,看一看自己的水平。

    我出的竞赛试题如下

    1. 先阅读以下几段我国著名力学科学家周培源、钱学森、钱伟长、钱令希、谈镐生等教授的论述,然后完成后面的选择题。

    (1) “力学具有很强的基础性,又有极为广泛的应用性。两者相反相成,互相促进。所以,力学既是基础科学,又是应用科学。这和数学、物理学、化学、生物学等门科学,并没有什么两样的地方”。

    (2) “力学跟物理叫物理力学,力学跟数学叫数学力学,力学跟生物叫生物力学,力学跟地学叫地学力学,力学跟天文叫天文力学,力学跟化学叫化学力学,这就是说,力学可以为数、理、化、天、地、生服务,反过来,它们也可以为力学服务,这样,力学与自然科学的发展结合起来了。应用力学作为一门技术科学,本来是从基础科学物理发展出来的,但这门技术科学又反过来向作为基础科学的物理、数学、生物学、地学、天文、化学‘反馈’了,这不是很有意义吗?”

    (3) “力学研究的对象随着经济、工程技术的发展而变化。由于力学科学发展的原动力来源于生产,因此应首先面向生产。我们力学工作者的任务就是要改善生产与设计水平。例如1910-1930年期间,在航空、航天方面,那时是生产水平高出于力学水平。以后在三十年代后期,慢慢地使力学水平满足了航空工业的要求,那时的航空工业就有了飞跃的发展­——从螺旋浆开始发展成喷气发动机,以后又有火箭、航天。这样一个过程,总是工业技术发展在前,当力学水平基本达到工业的要求后,生产则向更高的水平继续前进。

    “可是,现在什么是生产中最重要的?从全世界的情况分析出发,可归纳为两个问题,一是能源问题,另一是环境问题。能源问题,我们国内已感到,就像钱学森同志所说,海洋工程向我们提出来了,可是海洋工程中什么是属于我们的力学问题,我们还没有弄得很清楚。他们面临的是重重困难,而这些问题中有些不是我们的力学问题,有些则肯定是,正像航空工业发展时重重困难,但后来解决了。今天,我们面临的是能源这样一个大海洋。我们必须跳下去,否则就不会发现问题。

    “环境问题也是如此,我们人民生活的环境与工业发展愈来愈矛盾。如北京的噪音、空气、水的污染的问题都是相当严重的,北京的用水都是靠地下水供应的。这些问题明明存在,我们力学工作者尚未参加分析。如果要战胜这些问题,就要求我们跳下去,理解它,分析它,利用我们自己特有的一套方法,去解决问题。”

    (4) “现代化的工程,结构越来越复杂,要考虑的因素也越来越多,对力学的要求也就越来越高,近一、二十年来,结构力学发生了非常深刻的变化。在各种因素中,电子计算技术的作用是最为突出的,现在被称作‘计算结构力学’,实际就是计算机化的结构力学。”

    (5) “现在简单谈一下所谓‘基础力学’的内容——确切地说,也就是力学‘基础研究’的内容,或者说,‘科学力学’的内容。去年学位委员会力学专业组的同志讨论了力学的二级学科问题,确认了一般力学,固体力学,流体力学,气功力学,爆炸力学,岩土力学,结构力学,计算力学,实验力学等等。剩下的像天体物理力学,地球物理力学,生物物理力学怎么办?等离子体力学怎么办?目前还在发展中的物理力学怎么办?当前国际上搞得很热闹的理性力学怎么办?这一大堆当时我们决定把它们统统往一个口袋里送,这就叫做‘基础力学’”。

    (6) “断裂力学是研究含裂纹型缺陷的材料和结构的强度及裂纹扩展规律的学科,它是近二十年以来固体力学的一个新发展的分支。

    “断裂力学是研究材料中裂纹扩展的规律,它与强度理论有密切的联系,因此它是一个具有基础理论性质的学科。断裂力学的研究,与材料科学、能源发展有密切的关系,而且又广泛应用于航空和宇航、核能工程、机械制造、容器管道、造船……等工程部门。近年来更渗透到生物医学工程、地震与工程地质等方面。所以,断裂力学又是一门有着广泛工程应用意义的应用技术学科。”

    (7) “从力学观点对生理现象进行研究已经有很长的历史了。但是近十多年来,这方面的研究才蓬勃开展起来,形成了力学与生物学、医学相结合的一个新的学科分支——生物力学。目前这门学科尚处于基础研究阶段,但被认为是很有发展前途的,因此应当引起重视。

    “目前,这门学科的研究领域大体包括人体运动学,骨骼的力学性质,各种软组织及血液等的流变性质,血液在血管和微血管中的流动规律,脉搏的传输规律,心、肺、肾和头颅的力学模型等。另外,还有人研究植物根、茎中水分和养料的输送问题。这个研究领域的开发需要力学与生物学、医学工作者的密切配合。”

    从以下叙述选出正确的说法:

    A. 力学既是基础科学,又是应用科学;B. 力学可以同其它学科交叉而形成交叉科学;C. 力学不可能对能源问题和环境问题作出贡献;D. “基础力学”包括流体力学、计算力学、一般力学;E. 断裂力学在航空、航天中没有什么应用;F. 生物力学可以对医学做出贡献;G. 生物力学不可能对农业生产做出贡献;H. 力学研究的对象是物体的运动;所以力学研究的对象是不会变化的;I. 生产是力学发展的动力;J. 力学的发展需要有效地使用电子计算机。

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