有固定转动轴的物体的平衡的教案示例.docx
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有固定转动轴的物体的平衡的教案示例
有固定转动轴的物体的平衡的教案示例
教学目的
通过力臂、力矩概念的教学,使学生理解有固定转动轴物体的平衡状态及平衡条件,培养学生实验(观察、分析)、物理思维(推理、抽象、理想化)及运用数学方法解决实际问题的能力。
教学过程
[教具]演示实验用能自由转动的自行车后轮。
学生实验用教具:
1.力矩盘及钩码、支架、弹簧秤、直角三角板(参见图1)。
每2人一组。
2.有刻度的均匀杠杆、支架、钩码4个、悬线及弹簧秤(参见图2)。
每2人一组。
一、温故知新
[提问]1.什么叫力?
力的作用效果是什么?
对同一个质点,力的作用效果不同,可能是什么原因?
(学生回答略)
2.在共点力作用下,物体的运动可能是什么状态?
什么叫处于平衡状态?
(学生回答略)
二、提出新课题
[引入]本节课讨论“有固定转动轴的物体的平衡”问题。
(板书标题。
)
[演示]若甲、乙、丙三个小孩,用同样大的力F1、F2、F3作用于无链条的自行车后轮边缘上同一点P,方向如图3所示。
观察、结论:
F1使车轮产生转动效果显著;
F2不产生使车轮转动的效果;
F3使车轮产生的转动效果不明显。
[提问]三个力大小相等,作用于同一点P,为什么产生不同的效果呢?
[议论、回答]力的方向不同,力的作用线的空间方位不同。
[幻灯显示]如图4所示,轴到力的作用线的距离L1、L2、L3不同。
叠映显示力臂L1、L2、L3,以强化印象。
由L1随F1慢动作转变位置到F3(L3)、F2(L2),但力都与力臂垂直。
[小结板书]
(1)力臂(L):
从转动轴到力的作用线的(垂直)距离。
[分析提问]同样的力臂(如L1),力变大(如F1′=2F1),产生的转动效果会有什么变化?
[议论、观察演示、回答](略)
[小结]力、力臂无论哪一个增大,力产生的使物体转动的效果都更明显,这种效应的大小与力和力臂的乘积成正比,在物理学中称:
[板书]
(2)力与力臂的乘积叫力矩。
M=FL,单位:
Nm(与“J”不同)。
[分析]不同大小的力矩,使物体产生的转动效果不同。
因此初中学过的杠杆平衡条件可叙述为:
动力矩=阻力矩。
[讲述]力矩的方向,可以从力使物体转动的方向得知,如图3冲力F1的力矩是顺时针方向的。
[板书]力矩有顺时针方向与逆时针方向的区别,可分别用“+”或“-”号表示。
[演示]用力F1使轮转动起来后,撤去F1,持续观察。
[提问]看到了什么现象?
为什么会出现这种现象?
[回答]轴处有摩擦力和空气阻力产生阻力矩。
[提问]阻力不存在,会出现什么现象?
[回答]由于惯性,轮子会匀速转动,永不停止。
[提问]若有阻力,能否实现匀速转动?
[回答]施一个与阻力矩等大的反向力矩(图5所示),如装上链条,用恰当的力拉动链条。
[板书]力矩是使物体产生加速转动的原因,是改变物体转动状态的原因。
(3)有固定转动轴物体保持静止或匀速转动的状态叫做处于平衡状态。
[说明]平衡是一种特殊状态,平衡是有条件的。
[板书](4)有固定转动轴物体的平衡条件:
为了找到平衡的条件,请同学们做下列实验。
[实验1]用图1装置,在力矩盘处于平衡时,将力F1、F2、F3、F4、F5……的值及相应的力臂L1、L2、L3、L4、L5……的值分别记入表中。
[幻灯显示]
[结论]在误差范围内,顺时针力矩和等于逆时针力矩和,即
∑M顺=∑M逆;
或∑M=0。
(代数和为零)
[讲解板书]
(5)解决实际问题的步骤;
(a)确定研究对象——哪个物体;
(b)分析状态及受力——画示意图;
(c)列出力矩平衡方程:
∑M=0或∑M顺=∑M逆;
(d)解出字母表达式,代入数据;
(e)作必要的讨论,写出明确的答案。
[例1]如图6所示的杠杆,O为水平固定无摩擦的转轴,OA=2OB,B点处挂4.0N的物体,在A端施一个2.5N的力能否使杠杆保持平衡?
[讨论](组织正、反方辩论,教师掌握时间。
)
[实验2]做如图6的实验,验证杠杆能否平衡。
[解]如图7所示,杆B处受拉力TB=G,设TA与OA成
角,由于杠杆静止,
∑M顺=∑M逆。
(或∑M=0)。
对O轴:
G·OB=TA·LA=TA·OA·sin
又由于TA=2.5牛,故
=53°或127°。
即2.5牛的力沿与水平杠杆成53°或127°的方向拉杆的A点处,杠杆均能平衡。
[提问]TA有没有极小值?
臂最大。
[例2]如图8,重G的均匀杆上端固定在无摩擦的水平轴O上,下端A处施力F。
杆静止时,与竖直方向成α角,若β=120°,α=30°,则施力F多大?
[解]力F的逆时针力矩与杆的重力矩平衡时,杆静止。
据此画受力图9。
杆OA受力G与F,处于静止,故∑M=0。
[提问]力F有没有极值?
[回答]当α一定时,β=90°力臂最大,F有极小值,
力F增至最大,
三、回忆小结
本课要点:
1.力臂、力矩、有固定转动轴物体的平衡状态和平衡条件。
2.解决实际问题的思路、方法与步骤。
四、课后作业
(一)实验与思考
1.将实验1的砝码去掉一个或两个后,力矩盘能平衡吗?
若撤去弹簧秤,力矩盘还能平衡吗?
2.当力矩盘“偏心”(重心不在轴上)时,会出现什么现象?
如何校正?
自己动手试试。
3.小实验:
自己动手做杆秤。
(二)书面作业
1.教材(人民教育出版社1987年版高中《物理》上册)第35页练习七第
(1)—(6)题;
2.教材(同上)第45页习题(7)。
教学说明
1.充分、仔细地观察,使学生的感性认识积累到足够的数量,有了兴趣和疑问,积极思考,悟出了道理,认识产生了飞跃,达到了理性阶段。
实践——认识——再实践——再认识,是认识的必由之路。
感性知识越丰富,理性认识才更扎实。
本节课尽可能增加演示和学生实验,创设物理情景,使学生的认识过程与教学过程同步,以利于摒弃原有的错误认识(如有力矩物体才能转动),形成正确的较深刻的概念。
2.发展思维是培养学生能力必须的条件和重要任务之一,也是学生在教学过程中实践的结果。
本节安排的实验,对学生观察与思考,发现现象,形成概念,认识规律,培养推理能力都是极为必要的。
在具体处理时,通过例题剖析,使学生初步领略用数学方法处理物理问题的途径,培养了学生综合解决实际问题的能力。
对高一学生来说,跨入定量处理问题的物理阶梯是重要的和不可缺少的能力训练。
3.在教学过程中,学生的思维活动是主要的活动,教师的主导作用在于“导引思维”,即启迪并发展学生的思维。
本节课力求在巧启、善导、多发展上下功夫,效果还是较好的。
4.实践证明,不足之处在于实验仪器的灵敏、准确、方便尚欠缺,今后应更好地完善提高,力求效果更好。
5.本节教学内容以2课时为宜,作业可选择使用。
(北京市第二中学韩盛慈)