物理研究性学习报告

报告人：杜婉铭 高一七班 时间：20xx年2月 主题：研究金属制品的使用寿命与回收利用

内容概述： 1.金属刀具的磨损

2．金属疲劳

3.废旧电池回收利用

前言：家庭金属制品很多。比如说：厨具，家电，晾衣架，电池，温度计等。很多是铁合金，铝合金，含镍，汞，铅。金属制品很耐用，坚固，寿命较长。但金属是非可再生资源需要我们更好的回收利用。

正文：

一．金属刀具的磨损

二．金属疲劳

注释：

应力定义：受力物体截面上内力的集度，即单位面积上的内力。

当材料在外力作用下不能产生位移时，它的几何形状和尺寸将发生变化，这种形变就称为应变（Strain）。材料发生形变时内部产生了大小相等但方向相反的反作用力抵抗外力．把分布内力在一点的集度称为应力（Stress），应力与微面积的乘积即微内力．或物体由于外因(受力、湿度变化等)而变形时，在物体内各部分之间产生相互作用的内力，以抵抗这种外因的作用，并力图使物体从变形后的位置回复到变形前的位置。

1. 金属疲劳铸成的悲剧

19xx年5月25日，一架满载乘客的美国航空公司

DG—10型三引擎巨型喷气客机，从芝加哥起飞不久，

就失去了左边一具引擎，随即着火燃烧，然后爆炸坠

地。机上273名乘客和机组人员无一幸免。这是世界

航空史上最悲惨的事件之一。

事后，有关当局对这架失事飞机的残骸进行检查

后发现，这架飞机上连接一具引擎与机翼的螺栓因金

属疲劳折断，从而导致引擎燃烧爆炸。

由于金属材料的疲劳一般难以发现，因此常常造成突然的事故。在第二次世界大战期间，美国的5000艘货船共发生1000多次破坏事故，有238艘完全报废，其中大部分要归咎于金属的疲劳。早在100多年以前，人们就发现了金属疲劳给各个方面带来的损害。但由于技术的落后，还不能查明疲劳破坏的原因。直到显微镜和电子显微镜相继出现之后，使人类在揭开金属疲劳秘密的道路上不断取得新的成果，并且有了巧妙的办法来对付这个大敌。

2.发生金属疲劳的原因

人累了会疲劳，难道金属也会疲劳吗？

稍微留点心的话，我们就会注意到：用双手将一根细铁丝拉断，这是很费力的，然而，若用双手将细铁丝来回反复弯折，那么很快就会将铁丝折断。这说明，像钢铁这类的金属在反复交变的外力作用下，它的强度要比在不变的外力作用下小得多。人们把这种现象叫做金属材料的“疲劳”。金属材料为什么会疲劳呢？当金属材料所受的外力超过一定的限度时，在材料的内部存在缺陷或者是相互间作用最强的地方，会出现极微细的肉眼看不见的裂纹。如果材料所受的外力不是变的，这些微细裂纹不会扩展，材料也就不会损坏。但若材料所受的是方向或大小不断重复变化的外力，这时候这些微细裂纹的边缘，就会时而胀开，时而相压，或者彼此研磨，使得裂纹逐渐扩大和发展，材料中能够传递应力部分也就越来越少，直至剩余部分不能继续传递负载，即：裂纹发展到一定的程度，材料被削弱到不再能承担外力时，材料就会像雪崩似地毁于一旦。另外，金属内部结构不均匀，从而造成应力传递的不平衡，有的地方会成为应力集中区。这是金属疲劳的另一原因。

3.金属抗疲劳的办法

尽量减少零件上的薄弱环节，比方说，开孔、挖槽、切口等，因为疲劳裂纹常常发生在这些地方；提高零件表面的光洁度，保护表面不受生锈腐蚀之害，加工粗糙所产生的刻划痕以及材料锈腐之处，都是容易产生微细裂纹的；对零件表面进行强化处理，比如，辗压零件的表面，使材料表面强化，从而不易产生微细裂纹。

在金属材料中添加各种“维生素”是增强金属抗疲劳的有效办法。例如，在钢铁和有色金属里，加进万分之几或千万分之几的稀土元素，就可以大大提高这些金属抗疲劳的本领，延长使用寿命。随着科学技术的发展，现已出现“金属免疫疗法”新技术，通过事先引入的办法来增强金属的疲劳强度，以抵抗疲劳损坏。此外，在金属构件上，应尽量减少薄弱环节，还可以用一些辅助性工艺增加表面光洁度，以免发生锈蚀。对产生震动的机械设备要采取防震措施，以减少金属疲劳的可能性。在必要的时候，要进行对金属内部结构的检测，对防止金属疲劳也很有好处。

4.金属疲劳妙用

金属疲劳所产生的裂纹会给人类带来灾难。然而，也有另外的妙用。现在，利用金属疲劳断裂特性制造的应力断料机已经诞生。可以对各种性能的金属和非金属在某一切口产生疲劳断裂进行加工。这个过程只需要1―2秒钟的时间，而且，越是难以切削的材料，越容易通过这种加工来满足人们的需要.

5. 金属疲劳原理

金属在一定振幅下能承受多少次的震动，超过这个次数就超过了金属的疲劳极限，就会发生变形 如果振幅很大，就直接产生变形了，如果振幅很小，次数就可打到无限次

金属疲劳 在交变应力作用下，金属材料发生的破坏现象。机械零件在交变压力作用下，经过一段时间后，在局部高应力区形成微小裂纹，再由微小裂纹逐渐扩展以致断裂。疲劳破坏具有在时间上的突发性，在位置上的局部性及对环境和缺陷的敏感性等特点，故疲劳破坏常不易被及时发现且易于造成事故。应力幅值、平均应力大小和循环次数是影响金属疲劳的三个主要因素。

三．废旧电池回收利用

1.废电池回收的发展空间

日常使用的电池种类很多。大量的碱锰干电池，镍金属氢电池和锂离子电池等,其中含有的二氧化锰是贵重的物质,加以利用是有很大价值的.汞、含镉、含铅废电池。这类电池任意丢弃会将大量重金属元素、贵金属元素废弃,是严重的资源浪费。因此，对这类电池则须给予高度重视，控制它们的生产和使用,严格回收使用后的废电池，对其中的有用物质加以再生利用。

国外发达国家对废电池的回收利用极为重视。西欧许多国家不仅在商店，而且直接在大街上都设有专门的废电池回收箱，废电池中95%的物质均可以回收，尤其是重金属回收价值很高.如国外再生铅业发展迅速，现有铅生产量的55%均来自于再生铅。而再生铅业中，废铅蓄电池的再生处理占据了很大比例。100千克废铅蓄电池可以回收50-60千克铅。对于含镉废电池的再生处理，国外已有较为成熟的技术,处理100千克含镉废电池可回收20千克左右的金属镉。

2.电池的回收方法

1．固化深埋、存放于废矿井

如法国一家工厂就从中提取镍和镉，再将镍用于炼钢，镉则重新用于生产电池。 其余的各类

废电池一般都运往专门的有毒、有害垃圾填埋场，但这种做法不仅花费太大而且还造成浪费，

因为其中尚有不少可作原料的有用物质。

2．回收利用

（1）热处理

瑞士有两家专门加工利用旧电池的工厂，巴特列克公司采取的方法是将旧电池磨碎后送往炉内加热，这时可提取挥发出的汞，温度更高时锌也蒸发，它同样是贵重金属。铁和锰熔合后成为炼钢所需的锰铁合金。该工厂一年可加工2000吨废电池，可获得780吨锰铁合金，400吨锌合金及3吨汞。另一家工厂则是直接从电池中提取铁元素，并将氧化锰、氧化锌、氧化铜和氧化镍等金属混合物作为金属废料直接出售。不过，热处理的方法花费较高，瑞士还规定向每位电池购买者收取少量废电池加工专用费。

（2）“湿处理”

马格德堡近郊区正在兴建一个“湿处理”装置，在这里除铅蓄电池外，各类电池均溶解于硫酸，然后借助离子树脂从溶液中提取各种金属，用这种方式获得的原料比热处理方法纯净，因此在市场上售价更高，而且电池中包含的各种物质有95%都能提取出来。湿处理可省去分拣环节（因为分拣是手工操作，会增加成本）。马格德堡这套装置年加工能力可达7500吨，其成本虽然比填埋方法略高，但贵重原料不致丢弃，也不会污染环境。

（3）真空热处理法

德国阿尔特公司研制的真空热处理法还要便宜，不过这首先需要在废电池中分拣出镍镉电池，废电池在真空中加热，其中汞迅速蒸发，即可将其回收，然后将剩余原料磨碎，用磁体提取金属铁，再从余下粉末中提取镍和锰。这种加工一吨废电池的成本不到1500马克。

 

第二篇：《物理研究性学习的设计与实践研究》中期报告

 《物理研究性学习的设计与实践研究》中期报告

江苏省前黄高级中学物理组

一、 研究背景

我们正在步入一个以智力资源和信息资源为主要依托的知识经济时代，步入一个以创新为灵魂的新型经济形态。以人为本，培养具有创新精神和实践能力的人才，是教育面向高技术产业化，面向知识经济时代的必然选择和历史使命。因此，“以德育为核心，以创新精神与实践能力培养为重点”的素质教育，重要的着眼点是改变学生单纯地接受教师知识传输的学习方式，帮助学生在开展接受学习的同时，形成一种对知识主动探求，并重视实际问题解决的积极的学习方式。为此，1999年修订的物理教学大纲首次提出要在普通高级中学教学中开展研究性学习活动，这是我国高中物理课程改革的一项重要举措。

20世纪90年代以来，美、英、法、日本、澳大利亚、挪威等国和我国台湾省在基础教育课程改革中，都注重开设研究型课程。我国部分地区（上海、北京）或学校，也已先期开展了研究性课程的开发与研究，进行了研究性学习探索与实践。从国内外开设研究性学习的实践来看，研究性学习是对传统的接受式学习的一种改革，是培养学生创新精神和实践能力的新教育观念在教学领域的体现。

目前，随着新教材在全国范围内的启用，如何设计、实施物理研究性学习活动已成为广大教育工作者亟待解决的新课题，为了避免研究性学习活动的盲目性，不至于使研究性学习流于形式，而是能充分发挥其优势作用和教育功能，我们有必要开展本课题研究，旨在使这种新型的学习方式取得更好的效果。我们将在借鉴国内外研究型课程设计与实施经验的基础上，开展高中物理研究性学习的设计与实施研究。

二、 研究的基本思想

（一）概念界定与研究假设

根据新的物理教学大纲，在普通教学中开展研究性学习，是指学生在教师的指导下，根据各自的兴趣、爱好和条件，从学习生活和社会生活中选择不同的研究课题，用类似科学研究的方式，主动地获取信息、并运用已学知识分析、讨论乃至解决实际问题的学习活动。物理研究性学习包括探索性物理实验、科技制作、新科技问题的研究学习、社会调查研究、物理学史研究、扩展性学习等几个类型。其目标是在研究性学习过程中全面培养学生综合运用所学知识的能力，收集和处理信息的能力，分析和解决问题的能力，语言文字表达的能力，领导、组织、管理以及团结协作等能力；培养学生独立思考的习惯，激发学生的创新意识。

1、物理研究性学习的定位

物理研究性学习活动和物理学科教学有较多不同特点，在具体设计和实施时，需要准确定位，把握好设计和实施的重点和方向。

①研究性学习主要是给学生提供一个将课堂上学到的知识和已有的经验加以综合和实践的机会，培养学生的创新精神和动手实践能力，而不是仅仅局限于课本知识的一般的理解和掌握。

②研究性学习的实施类似科学研究的过程，但不是通常意义上的科学研究。在研究性学习中，“研究”只是载体，不是目的，它只是完成教育培养目标的一个重要手段。

③研究性学习是面向全体高中学生的必修课，而不是只对少数优秀学生开设的课程。它以激发学生的主动探索的积极性，培养学生的创新精神为追求目标，鼓励学生介入学科前沿的研究，要求学生的研究结果有科学性，但并不要求每个学生的最后研究成果都必须创新。

④以学生的知识能力和经验为基础，强调研究内容和原有知识能力和经验之间的联系，并通过研究性学习的开展来推动学生的学习。

2、研究假设

（1）如果从学科为中心向学习者为中心转变，积极开展物理研究性学习，能使学生了解物理知识在现代生活、社会生产、科学技术中有广泛的应用，了解物理学与其他学科以及物理学与技术进步、社会发展的关系。

（2）如果在物理教学中实行学科综合、知识和能力的综合，积极开展物理研究性学习，能使学生受到科学方法的训练，培养学生的观察和实验能力，科学思维能力，分析问题和解决问题的能力。

（3）如果在物理教学中由“维持性学习转变为预期性、创造性学习”，开展物理研究性学习，能培养学生学习科学的志趣和树立实事求是的科学态度，培养创新意识，学会创新，以解决未知的问题。这对于他们提高科学文化素质，适应现代生活，继续学习科学技术，都是十分重要的。

（二）研究目的和价值

1、研究目的

通过对教学过程现状的分析，对教与学规律的探索，努力以先进的教育教学理念为指导，以学生能力、个性、知识协调发展为目标，构建物理研究性学习的教学模式，丰富综合实践活动课程的实施途径与方法，进一步拓宽现有研究性学习的内涵与外延，丰富研究性学习的教育教学理论，从实践的层面反映开展研究性学习的新型学习方式，揭示研究性学习与学科知识传授和知识学习之间的必然联系，推动物理学科研究性学习活动的开展，并同时为相关研究提供新的思路。

2、研究价值

研究性学习将改变学生单纯地接受教师知识传输的学习方式，帮助学生在开展接受学习的同时，形成一种对知识主动探求，并重视实际问题解决的积极的学习方式；它有利于学生的创造潜能得到充分释放，使学生的个性特长得到充分发展；有利于学生知识与能力的有机综合，理论与实践的有机结合，有利于一种新型师生关系的构建。

物理研究性学习的设计与实践有助于我们教师积极主动参与课程的开发与探索，有助于我们教师改革课堂教学策略、改革课堂教学模式，进行注重研究性学习的课堂教学实验；并能为其他学科的研究性学习的教学提供参考。

（三）研究内容和成果形式

1、研究内容

（1）理论上

①物理研究性学习目标设定的研究，②物理研究性学习内容设计的研究，③物理研究性学习实施模式构建的研究，④物理课堂教学研究性学习模式构建的研究，⑤物理研究性学习评价方案设计的研究，⑥利用信息技术开展物理研究性学习模式构建的研究。

（2）实践上

    ①当前教学过程的现状调查；②物理研究性学习类型的介绍与分析；③学生开展物理研究性学习的方法指导；④物理研究性学习的开展；⑤物理研究性学习的成果与交流。⑤物理研究性学习评价方案的研制；⑥物理研究性学习网络资源的构建。⑦物理课堂研究性学习教学模式的实践。

2、成果形式

（1）研究报告，系列论文（含调查报告等）

（2）教学课件，网站

（3）学生研究活动记录，研究论文及研究报告等。

三、研究方法与研究过程

（一）研究方法

①行动研究法：本课题研究主要运用行动，在实际的教育教学和管理工作中寻找开展物理研究性学习活动的策略、方法、途径与措施，在具体的研究工作情境中认真进行行动过程的研究，行动者参与研究，研究者参与实践，并根据研究中遇到的具体情况，边实践，边探索，边完善，使理论与实践，成果与应用有机的统一起来。

②　比 较 法：   结合物理学科研究性学习活动需要，在不同条件下，确定比较对象，比较范围，采取比较的方法来研究与研究性学习相关的内容。

③　调 查 法： 　 通过调查访问方式了解与物理研究性学习有关的信息与内容。

④　经验筛选法：　利用计算机网络进行研究资料的查找、分析与收集，探索与研究性学习有关的相关知识，在研究分析、收集前人或相关研究结论的基础上，进行理论分析，比较筛选出与本课题有关的知识与结论。

实验方法选取要注意与实验过程管理相结合，以描述性评价为主，绝对评价为辅，来对实验结果进行评价。

（二）研究过程

研究时间：20##年3月------20##年6月

①      实验准备阶段（20##年3月～20##年8月）

内容：课题组成成立，完成实验方案，开题报告及实验计划,组织课题组教师进行理论学习，完成资料收集及实验人员培训。

②   实验初步实施阶段（20##年9月～20##年12月）

内容：确定研究对象，选择实验班，合理分工，明确任务，对学生进行研究性学习的指导与培训，能初步进行研究性学习。

③   实验深入研究阶段（20##年1月～20##年12月）

内容：在前期实践研究的基础上，重点突出实验规定内容的实践与探究，并进行课题中期检查及方案调整。

④   实验总结、结题阶段（20##年1月～20##年6月）

内容：按实验方案具体要求，进行资料整理，成果收集，进行学生研究性学习成果展示的指导，完成实验报告和论文撰写及成果汇编，并做好课题的结题与鉴定工作。

四、研究结果与分析

1、研究性学习有利于改变学生的学习方式，也就是有利于改变学生在原有的教育教学条件下所形成的那种偏重于记忆和理解、立足于接受教师知识传输的学习方式，帮助他们形成一种主动探求知识，并重视解决实际问题的积极的学习方式，这是一种有利于终身学习、发展学习的方式。
    2、研究性学习目标定位于促进学生形成健全的人格以及培养学生的创新精神和实践能力。从学校、教师、学生的实际出发，对高中三年作统盘考虑，根据不同年级的培养目标，从态度、能力、方法等不同角度分别设定目标。

3、研究课题的选择与组织要基于学生的学习经验的调查和学校教育资源的重组，最好选择能贴近学生的生活或者是与社会问题、生产技术、科技动态等有直接关联而切入口较小的课题。要注意将研究课题选择的开放性与研究课题组织设计的序列化结合起来。不同地区、不同类型学校、不同学生开展研究性学习活动是有层次差异和类型区别的，因而在目标定位上可以各有侧重，在研究课题选择上也可以各有特点。

4、以小组合作学习的形式开展研究性学习与探索，既分工明确又合作探究，小组成员每人都有不同程度的收获和提高，有利于学生的个性特长发挥。在研究性学习过程中要正确处理教师与学生的关系，学生处于主体地位，指导教师是研究性学习的组织者和参与者，在课题研究的重要环节上给予及时指导与点拨。

5、对于研究性学习的活动评价采用多元评价和过程监控评价方法，定性描述和定量评价相结合的方法，真实评价和反映学生潜能及学习成就；引导学生多关注自我评价，尤其是对创新思维的思考和深层次认识，这样才能全面真实反映学生的学习水平，为教学改革提供更多有利信息，促进学生自主发展。

6、在学生教育教学时间和空间中占主要部分的基础型学科教学是研究性学习的主要渠道。我们结合物理学科教学、课堂教学的基本要求和目前课程改革的基本要求，有针对性地落实“研究性学习”的教学理念，开发了“探究教学模式”，使学生通过研究获得知识、培养了能力、开发智力，促进了学生创新能力的培养。

7、在实施研究性学习的过程中利用现代教学手段在提高研究性学习水平上具有难以替代的重要作用。这个作用主要表现在三个方面：一是指导学生利用互联网查阅相关资料；二是利用多媒体技术虚拟现实情景，为学生的探究和体验提供条件；三是利用校园网实施研究性学习课程。

 五、需要进一步思考和研究的问题
     １、关于学校与社区的关系问题

研究性学习内容的开发，注重知识和能力的综合运用和迁移创造，着眼于探索培养解决实际问题能力的育人途径。学生必然走出课堂，深入社区，找出存在的问题和解决的方法。必须处理好学校与社区的关系，开辟好社会这个大课堂。

２、关于研究性学习和其他必修课学习时间的关系问题

 我们学生参与研究性学习的积极性十分高涨，师生普遍感到时间太少，只靠每周3节课，难以高质量的完成研究性学习任务。我们必须引导学生合理安排时间，同时减少必修课作业，要求教师精选精编习题，保证学生有时间去图书馆、网络教室、实验室等地继续研究，在双休日、寒暑假尽量不布置作业，适量布置研究性学习任务。

3、关于小组合作中的有效参与与有效合作问题

在研究性学习中学生全体参与是研究“小组合作”有效性的前提，没有全体组员的有效参与，小组合作也就落空。“小组合作”是全员有效参与的优势互补、功能整合，而不是数量的简单相加。做到优势互补、功能整合的实质性的“小组合作”至少要考虑以下几个因素：共同目标的达成；个性差异的互补；组内交流，组际竞争。

六、课题组成员

参加本课题实验的教师都是工作在第一线的教学骨干，具有丰富的教学经验，对于学生的各方面情况都比较了解，同时他们都有扎实的教育教学理论功底，具有先进的教育观念，有教改的欲望和信心。

组  长：##

副组长：##

成  员：##

研究分工：

姜#华：收集理论学习材料，指导课题研究

周#建：收集背景资料，提供选题方向

蔡#东：全面负责课题研究，撰写论文

蒋#杰：负责目标设计和内容设计，撰写论文

蒋#东：负责教学模式及评价模式的设计，撰写论文

管#立：负责实施模式的设计，撰写论文

顾#富：撰写调查报告及论文

李#旺：开发网上研究性学习园地，撰写论文

杨#阳：开展网上研究性学习，撰写论文

蒋#平：负责收集与整理台帐资料，撰写论文

王#梁：开展研究性学习的实践研究，撰写论文

张#洲：开展研究性学习的实践研究，撰写论文

王#军：开展研究性学习的实践研究，撰写论文