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机械原理及设计知识点介绍：机械原理和设计是机械工程领域中的重要组成部分，它涵盖了机械工程师必备的核心知识。
本文将介绍机械原理和设计的一些基本知识点，帮助读者了解和掌握这一领域的重要概念和技术。
第一部分：力学基础在机械原理和设计中，力学是一门基础学科。
它涉及了力的产生、传递和作用等方面的内容。
以下是一些力学基础知识点：1. 力的定义和单位：力是物体之间相互作用的结果，它的单位是牛顿(N)。
常见的力单位还包括千牛顿(kN)和兆牛顿(MN)等。
2. 力的合成和分解：当多个力同时作用在物体上时，可以通过合成力和分解力的方法来求解其合力和分力。
3. 牛顿第一定律：也称为惯性定律，指出物体在不受外力作用时将保持静止或匀速直线运动。
4. 牛顿第二定律：描述物体的加速度与作用力和物体质量的关系，力等于质量乘以加速度。
5. 牛顿第三定律：也称为作用-反作用定律，指出对于任何作用力，都存在一个与之大小相等、方向相反的反作用力。
第二部分：运动学运动学是研究物体运动的学科，它在机械原理和设计中扮演着重要角色。
以下是一些与运动学相关的知识点：1. 位移、速度和加速度：位移描述了物体在一段时间内从一个位置到另一个位置的变化，速度是位移对时间的导数，而加速度是速度对时间的导数。
2. 直线运动和曲线运动：物体可以沿直线或曲线路径移动，对于不同类型的运动，可以使用不同的数学表达式和运动方程。
3. 匀速运动和变速运动：如果物体在等时间间隔内位移相等，则称其为匀速运动；如果位移到不同时刻的位移不相等，则称其为变速运动。
4. 动能和动能定理：动能是物体由于运动而具有的能量，它等于物体质量乘以速度的平方的一半。
动能定理规定了物体的动能与其所受的净外力和位移之间的关系。
第三部分：静力学静力学是研究物体静止状态下的力学学科，它在机械设计中扮演着重要的角色。
以下是一些与静力学相关的知识点：1. 浮力和压力：浮力是液体或气体中物体受到的向上的力，与所浸泡的液体或气体的体积有关。
第一章 热力学的基本规律热力学的研究对象——由大量微观粒子（分子、原子或其它粒子）组成的宏观物质系统。
外界——与系统发生相互作用的其它物体。
孤立系——与其它物体没有任何相互作用的系统。
闭系——与外界有能量交换，但无物质交换的系统。
开系——与外界既有能量交换，又有物质交换的系统。
孤立系是一种理想的极限，为了研究系统的主要热学特点，若全部相互作用考虑，则可能无法研究。
当系统的各种宏观性质在长时间内不发生任何变化时，我们说系统处于热力学平衡态。
一个孤立系，不论其初态如何复杂，经过足够长的时间后，将达到热力学平衡。
热力学平衡态是一种动态平衡。
因为此时系统的宏观性质虽不随时间而变，但组成系统的大量微观粒子仍在不断运动，只是这些微观粒子运动的统计平均效果不变而已。
系统的宏观性质是微观量的统计平均。
平衡态下，系统的各种宏观量有确定值，这些宏观量之间有一定的关系（函数关系）。
根据问题的性质和处理问题的方便，可以选其中几个作为自变量，称为状态参量，其它的量为状态参量的函数，称为状态函数。
理想气体PV nRT =，P 、V 、T 中可任选二个作为自变量（状态参量），另一个作为函数（状态函数）描述系统几何形状的参量称为几何参量，如体积、面积、长度等描述系统力学性质的参量称为力学参量，如压强，弹力等描述系统电磁性质的参量称为电磁参量，如电场强度、磁场强度、极化强度、磁化强度等。
描述系统化学性质的参量称为化学参量，如组成系统的各种化学组成的数量（质量、mol .数）。
均匀系——各部分的性质完全一样的系统。
热力学第零定律热平衡——两个物体在只有交换热量后，最后各自的状态不变，此时两个物体处于热平衡。
第零定律：两个物体处于热平衡时，有相同的温度。
引入热力学温标T()()0273.15t C T K =-物态方程在平衡态下，热力学系统存在一个状态函数温度，它是状态参量的函数。
这种函数方程称为物态方程。
对于一个由P 、V 、T 描述的系统，物态方程可写为(),,0f P V T =，f 的具体形式随物质不同而不同。
《理论力学》复习指南第一部分静力学第1章．静力学基本概念和物体的受力分析1．静力学基本概念力是物体间相互的机械作用，这种作用使物体运动状态发生变化或使物体产生变形。
前者称为力的运动效应，后者称为力的变形效应。
力对物体的作用决定力的三要素：大小、方向、作用点。
力是一定位矢量。
刚体是在力作用下不变形的物体，它是实际物体抽象化的力学模型。
等效若两力系对物体的作用效应相同，称两力系等效。
用一简单力系等效地替代一复杂力系称为力系的简化或合成。
2．静力学基本公理力的平行四边形法则给出了力系简化的一个基本方法，是力的合成法则,也是一个力分解成两个力的分解法则。
二力平衡公理是最简单的力系平衡条件。
加减平衡力系公理是研究力系等效变换的主要依据。
作用与反作用定律概括了物体间相互作用的关系。
刚化公理给出了变形体可看作刚体的条件。
3. 约束类型及其约束力限制非自由体位移的周围物体称为约束。
工程中常见的几种约束类型及其约束力4. 受力分析对研究对象进行受力分析、画受力图时，应先解除约束、取分离体，并画出分离体所受的全部已知载荷及约束力。
画受力图的要点第2章．平面力系[例]桁架结构0力杆（习题2-55）第3章．空间任意力系1. 物体的重心重心是物体重力的合力作用点。
均质物体的重心与几何中心――形心重合。
重心坐标的一般公式是⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎬⎫∆=∆=∆=∑∑∑P z P z P y P y P x P x i i C i i C ii C ; 对于均质物体⎪⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎪⎬⎫⋅=⋅=⋅=⎰⎰⎰V dV z z V dV y y V dV x x VC V C V C第4章摩擦1.基本概念动滑动摩擦、静滑动摩擦 自锁当物体处于临界平衡状态时，静摩擦力的大小F 与相互接触物体之间的正压力大小与正比。
2.基本计算动滑动摩擦、静滑动摩擦的计算【例】物A 重100KN ，物B 重25KN ，A 物与地面 的摩擦系数为0.2，滑轮处摩擦不计。
第一章流体力学基础知识本章先介绍流体力学的基本任务，研究方向和流体力学及空气动力学的发展概述。
然后介绍流体介质，气动力系数，矢量积分知识。
最后引入控制体，流体微团及物质导数的概念。
为流体力学及飞行器空气动力学具体知识的学习做准备。
1.1流体力学的基本任务和研究方法1.1.1流体力学的基本任务流体力学是研究流体和物体之间相对运动（物体在流体中运动或者物体不动而流体流过物体）时流体运动的基本规律以及流体与物体之间的作用力。
而空气动力学则是一门研究运动空气的科学。
众所周知，空气动力学是和飞机的发生，发展联系在一起的。
在这个意义上，这门科学还要涉及到飞机的飞行性能，稳定性和操纵性能问题。
事实上，空气动力学研究的对象还不限于飞机。
空气相对物体的运动，可以在物体的外部进行，像空气流过飞机表面，导弹表面和螺旋浆等；也可以在物体的内部进行，像空气在风洞内部和进气道内部的流动。
在这些外部或内部流动中，尽管空气的具体运动和研究运动的目的有所不同，但它们都发生一些共同的流动现象和遵循一些共同的流动规律，例如质量守恒，牛顿第二定律，能量守恒和热力学第一定律，第二定律等。
研究空气动力学的基本任务，不仅是认识这些流动所发生现象的基本实质，要找出这些共同性的基本规律在空气动力学中的表达，并且研究如何应用这些规律能动地解决飞行器的空气动力学问题和与之相关的工程技术问题，并对流动的新情况、新进展加以预测。
1.1.2空气动力学的研究方法空气动力学研究是航空科学技术研究的重要组成部分，是飞行器研究的“先行官”。
其研究方法，如同物理学各个分支的研究方法一样，有实验研究、理论分析和数值计算三种方法。
这些不同的方法不是相互排斥，而是相互补充的。
通过这些方法以寻求最好的飞行器气动布局形式，确定整个飞行范围作用在飞行器的力和力矩，以得到其最终性能，并保证飞行器操纵的稳定性。
实验研究方法在空气动力学中有广泛的应用，其主要手段是依靠风洞、水洞、激波管以及测试设备进行模拟实验或飞行实验。
第一部分力学一、测量的初步知识简单的运动【习题1】一把钢尺在20℃时是准确的，如果在O℃时用它测量物体的长度，则测量的长度数值比实际长度( )(条件开放)A．大 B．小 C．相等 D．无法确定【答案】因为钢尺的温度降低，尺收缩，所以测量值比真实值大，应选A。
【习题2】想测一枚一元硬币的直径，请设计出两种不同性质的方法来测量，分别需要甩什么器材?(策略开放)【分析】本题可用等效法和曲直互化法解答。
【答案】方法一：需白纸一张、铅笔、刻度尺。
在白纸上画一条直线，让硬币沿此直线滚一周，用刻度尺量出直线的起、始点的长度即是硬币的周长，将此值除以π，则得直径。
方法二：需三角尺两个、刻度尺一只。
按图所示，用直尺测出两直角边间的距离d，即是硬币的直径。
【习题3】要测量出一只圆形空碗的碗口边缘的长度，你能设计几种测量方法?(策略开放)【分析】本题可利用各种辅助工具进行等效法和曲直互化法测量解答。
【答案】 (1)在白纸上画一条直线，在碗的边缘某点作一记号，从这一点起沿直线的一端滚动一周，记下滚到的位置，用刻度尺测量直线上起点到滚到位置的长度，即是碗口边缘的长度。
(2)取一条弹性不大的细软棉线，绕过碗口一周，用刻度尺测出这段棉线长度即是碗口边缘的长度。
【习题4】如图1—2 a所示，一个瓶内装有体积为V的酒，现给你一把直尺，如何测出酒瓶的容积大约是多少?(条件开放)【分析】利用液体的形状可改变的性质来解决这个问题。
【答案】先用直尺量出瓶底到液面的高L1(图 a)，即装酒部分的高度，然后将酒瓶倒置，再用直尺量出液面到瓶底的高度L2(图b)，即瓶内空余部分的高度。
设瓶的容积为V'，瓶底的面积为S，酒的体积为V，则：故酒瓶的容积为：V'=V+L2s=V+L2×V/L1【习题5】在学校举行的运动会上，适合跳远项目测量用的刻度尺是( )(条件开放)A．分度值为1mm、量程为1m的刻度尺B．分度值为1m、量程为10m的刻度尺C．分度值为1cm、量程为10m的刻度尺D．分度值为1dm、量程为1m的刻度尺【分析】考查学生对测量工具的选择和使用情况，A、D两选项的量程1m太小了，不合要求；B选项的分度值是1m，相对于跳远来说不易测量精确。
【答案】应选C。
【习题6】有一卷粗细均匀的裸铜线。
为了粗测这卷铜线的总长度，小明想出了一种方法(见下表中的方法一)。
现请你另外设计两种不同的实验方法，在不拉开这卷铜线但可以截取一段铜线的情况下，粗测这卷铜线的总长度。
(所用器材不限)(策略开放) 实验的简要步骤和所需测量的物理量用测得量估算铜线总长度L的表达式L=Nl0/m0方法(1)测出这卷铜线的总质量M；(2)测出一段铜线的质量m0；(3)测出这一段铜线的长度l0方法方法【答案】方法二：这类问题通常和密度知识相关联。
(1)测出这卷铜线的总质量M；(2)取一段铜线在圆铅笔上密绕几圈，测出线圈长度l，求得铜线直径，D=l/n，则铜线的横截面积s=πr2=；(3)方法三：(1)用排水法测出体积V=V0—V1；(2)再用方法二的方法测出直D，求出L。
方法四：(1)取一段铜线在圆铅笔上密绕几圈，测出线圈的长度l，求得直径D=；(2)计算出铜线的横截面积s=兀r2；(3)查出横截面积为对应数值的铜线的电阻率ρ的值，用伏安法测出这卷铜线的电阻R，则这卷铜线的总长度L=。
【习题7】用两种方法，测量一空啤酒瓶圆柱体部分的直径。
(策略开放)【分析】某些需要测量的长度，有的很长，有的很短，有的是弯曲的……，用常规的刻度尺不能直接测量，需用到特殊的测量方法，如：等效法、加倍法、曲直互化法等，本题可用等效法和曲直互化法。
【答案】方法一：(1)用两只直角三角板的直角边，卡在瓶的两边，且保持两边平行：(2)用直尺测出两直角边间的距离d，即是酒瓶圆柱体部分的直径。
方法二：用一纸条在圆柱体部分绕一周，在重叠处扎一小孔，伸直后用刻度尺测出两小孔间的距离l，再除以丌得d=l/π即是直径。
【习题8】甲、乙两卷粗细不同的细铜线，甲卷铜线标签上注明直径是0．8 mm，乙卷的标签已经模糊不清了。
不用刻度尺，你用什么简易办法可以求出乙卷铜线的直径?(条件开放)【分析】如改用刻度尺测量就简单多了。
办法是：在圆铅笔杆上紧密缠绕金属线N 匝，再用刻度尺量出缠绕的长度L，则金属线的直径D=L／N。
但此题要求不用刻度尺求乙卷铜线的直径，那么可用已知直径的甲铜线代替刻度尺。
【答案】先在一根圆铅笔杆上紧密缠绕甲铜线若干匝(如M匝)，再在另一根相同的铅笔上紧密缠绕乙铜线若干匝(如N匝)，并使两组缠绕的长度相等，则长度N×D=M×0．8 mm，D=。
【习题9】小明家买了一套新房，他觉得客厅的窗户看上去高度^似乎比宽度a长，在没有刻度尺的情况下，试设计一个比较h和a长短的方法。
(简述所用器材和操作方法)(策略开放)【分析】因为目测并不可靠，所以要用工具测量，又因为只是比较长和宽，所以可使用刻度尺或其他辅助工具。
【答案】①用一根细线测量；②用足够长的木棍测量；③用钢卷尺测量长和宽。
(利用其他辅助工具测量)【习题10】观察图中的小旗，说出船相对岸上楼房的运动情况可能有哪几种，并简要说明其中的道理。
(结论开放)【分析】由图中楼上小旗摆动方向可知，风是由左向右刮的。
【答案】 (1)因两小旗摆动方向相同，故船相对于楼房有静止和向左运动两种可能。
(2)若船航行的速度小于风速，当船向右航行时，船上小旗摆动方向仍有可能如图所示，故船也有向右运动的可能。
【习题11】 1999年5月17日下午3时，深圳华强路和深南路口街头的行人突然拼命往北边和西边奔跑。
受此影响，附近商场、店铺以及单位的人员也随之急跑，汽车慌不择路地开，数分钟后秩序恢复正常。
据了解，当天天气晴朗，风大，在飞逝的云朵背景中，行人拼命奔跑，此情景发生原因之一，从物理学的角度来讲是呼叫者对__________的相对性缺乏了解。
(条件开放)【分析】参照物不同，物体的运动状态不同。
以云为参照物，楼房在运动，这样看起来高大的楼房就像要倒塌一样。
【答案】运动与静止。
【习题12】福州距厦门约300 km，汽车在行驶过程中，速度表的指针始终在图中所指的刻度两侧等幅摆动，问：从福州开到厦门需要多少小时?(条件开放)【分析】根据题目叙述及图的提示，汽车的平均车速大约为60 km／h。
【答案】 v=s/t t=5 h此车从福州开到厦门需5 h。
【习题13】写出粗略地测出一台手扶拖拉机速度的方法。
(策略开放)【分析】该题与实际联系较紧，测量方法很多，答案不确定，要求出速度，必须设法测得距离和时间。
【答案】方法一：(1)在公路上选择两根电线杆分别作为起点和终点，然后量出两根电线杆的距离s(可用“走步”方法或用皮尺测得)。
(2)用手表或秒表测得拖拉机经过两根电线杆的时间t。
(3)用公式v=s/t求出拖拉机的速度。
方法二：使一个有速度计的汽车和拖拉机保持同一速度行驶一段距离，就可知道拖拉机的速度。
【习题14】郑州与上海间铁路长1000 km，列车要运行16 h。
已知郑州与南京间铁路长700 km(如图所示)，若车速保持不变，则从郑州开出的列车需要多长时间才能到达南京?(策略开放)【分析】列车从郑州到南京和南京到上海之间运行时，行驶的速度一样。
【答案】需11．2 h到达南京。
【习题15】同学们坐火车到外地旅游，在火车上，老师提出了一个问题：利用火车上现有的条件，设计一个简易可行的方法测出火车行驶的平均速度。
(策略开放) 【分析】根据速度计算公式v=s/t，只要想办法知道火车在一段时间内通过的路程即可求得答案。
【答案】方法一：通过查看列车运行时刻表，查出火车在两站之间铁路线的长度及火车在两站间运行所用的时间，就可以计算出火车在这段路程中运行的平均速度。
方法二：还有其他的办法粗测火车的平均速度。
坐火车时如果我们注意观察就会发现，铁路旁边每隔1km立有一块不太大的里程碑，利用这些里程碑可以很方便地测出火车运行的平均速度。
当火车经过某一里程碑时，利用手表开始计时，计下经过几个里程碑(可以知道火车运行的路程)所用的时间，就可以很方便地求出这段时间内火车运行的平均速度。
方法三：测出火车轮经过铁轨接缝时接连发生N次碰撞的时间t，若每根铁轨长为L，则火车速度v=(N-1)L／t。
(我国铁路钢轨长有12．5 m和25 m两种标准)二、质量和密度【习题16】一列长100 m的队伍在前进，队尾的通讯员接到命令，立即快速赶到队首，然后以同样的速度返回队尾。
当通讯员回到队尾时，这列队伍又前进了100 m的路程。
如果通讯员和队伍在这段时间内各自的速度大小不变，问通讯员一共走了多少路程?(策略开放)解得：s=(1+2)×100≈242m实心物块，如图所示。
利用上述条件，你能想出哪些与物块有关的物理量，并用已知条件表达出来?(结论开放)【分析】根据题设条件，联想所学的物理知识，可计算出物块的体积、质量、重力、物块对桌面的压力、桌面对物块的支持力、物块对桌面的压强、桌面对物块的压强、大气对物体上表面产生的压力等物理量。
【答案】 (1)物块的体积：V=a3(2)物块对桌面的压力：F=G=pa3g(3)物块的质量：m=ρa3(4)桌面对物块的支持力：N=G-pa3g(5)物块的重力：G=pa3 g(6)物块对桌面的压强：P=ρag【习题20】 1m3水结冰后体积有多大?(策略开放)【分析】质量不随状态改变而改变是解答此题的关键，可直接利用密度公式求冰的体积，也可利用质量不变的等量关系来求解。
【答案】1．1m3【习题2l】在一药品说明书上标有如下内容：硝酸异山梨酯片(消心痛)5 mg×100片，用法：病情发作时舌下含化，一次5～1．O mg，一日2--3次。
请问病人一次服用多少片。
(条件开放)【分析】隐含条件为每片药的质量为5 mg。
【答案】病人一次服用1～2片。
【习题22】甲、乙两个实心球，已知甲的体积大于乙的体积。
有关甲、乙两球的质量和密度的关系，可能存在哪些情况?(综合开放)【答案】①ρ甲>ρ乙，m甲>m乙；②ρ甲=ρ乙，m甲>m乙；③ρ甲<ρ乙，m甲<m乙；(D ρ甲<ρ乙，m甲=m乙；⑤ρ甲<ρ乙，m甲> m乙。
【习题23】有一个形状不规则的铁块，请设计三种原理不同的方案，测出铁块的体积。
要求写出步骤并直接写出计算铁块体积的表达式。
(器材自选)(策略开放) 【分析】可用量筒、水测量体积，也可根据质量、密度、体积的关系或浮力的关系测量。
【答案】方法一：需量筒、铁块、水。
步骤：①在量筒中注入适量的水，记下水面对应的体积刻度V1；②将铁块用细线系好浸没在水中，记下水面所对的刻度值V2，则V铁=V2-V1。
