工程力学基础教案.docx
《工程力学基础教案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《工程力学基础教案.docx（17页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
工程力学基础教案
机械基础机械基础第一学年第一学期教案编号
课题名称
机械基础
课时
2
章节
项目2工程力学基础
任务一认识力的概念与基本性质
总课时
32
教
学
目
标
知识目标
1.了解力矩、力偶、力偶矩、平面力偶系的概念；
2.理解力及力系的概念和力的基本性质；
3.掌握静力学基本公理。
能力目标
培养学生能够解决静力学和平面力偶系问题的能力
情感态度
价值观
培养学生对力学的认识与学习的兴趣
教学
重点难点
重点
1．力及力系的概念和力的基本性质。
难点
1.静力学基本公理
2.平面力偶系的合成和平衡条件
教学环境
教室
教学资源
机械挂图、教具
课前准备
准备挂图、教具
教法建议
讲授法、讨论法
教学活动设计
序号
主要教学内容
师生活动设计
1
一、力及力系的概念
学生、老师互动讨论为主
2
二、静力学基本公理
教师重点介绍
3
三、力矩和力偶
教师重点介绍
教学实施步骤
教学
环节
教学内容及教师活动
学生活动
时间分配
复习
旧课
提问：
1.机器、机构的含义？
2.运动副的类型和符号？
3.机械危险的主要形式和预防措施？
分别找学生回答
10ˊ
知识链接
一、力及力系的概念
1.力
力的概念是整个力学的基础，物体发生形变和物体运动状态发生变化均离不开力。
力是改变物体运动状态或使物体变形的物体间相互的机械作用。
（1）力是物体对物体的相互作用
一个物体受到力的作用，一定是另一个物体对它施加这种作用。
受力的物体叫受力体，施力的物体叫施力体。
力不能脱离物体而单独存在，这即是力的物质性和相互性。
应注意：
在分析物体受力时，一定要找出施力的物体，如果没有施力体，这个力就不存在。
如：
正在空中向前飞行的子弹，受到重力和空气的阻力，地球和空气是施力体，子弹是受力体。
有人说，因为子弹正在向前飞行，所以它还应受到一个向前的推力作用，这是不对的，因为找出不推力的施力物体。
（2）力是改变物体运动状态的原因
物体的运动状态的改变主要是指物体的速度的变化。
—速度的大小发生变化；速度的方向发生变化；速度的大小和方向都变化，这三种情况均认为物体的运动状态发生了变化。
当物体受到一个力的作用，或受到几个力的作用，但合力不为零时，力的作用就会使物体运动状态改变，物体将做变速直线运动或曲线运动。
应注意：
力不是维持物体运动状态的原因，而是改变物体运动状态的原因。
（3）力的矢量性：
力不但有大小，而且有方向，这种既由大小又由方向决定的量，我们叫矢量。
大小相同而方向不同的两个力
分别作用在物体Ａ上，如图1所示，物体Ａ的运动状态变化就不同。
图1
（4）力的三要素
影响力的作用效果的是力的大小、方向和作用点，称之为力的三要素。
2.力系
⑴力系概念：
同时作用在同一物体上的一群力。
⑵等效力系等效力系：
两力系对物体的作用效应相同，则二者互为等效力系。
⑶平衡力系
如果某一个力系作用到原来平衡的物体上，而物体仍然保持平衡，则此力系为平衡力系。
⑷合力与分力
若一个力与一个力系等效，则称这个力为该力系的合力，而该力系中的各个力称为这个力的分力。
由已知力系求合力的过程称为力的合成，反之为力的分解
二、静力学基本公理
1.公理：
二力平衡公理
刚体：
不计变形的物体，是一个理想模型。
如图2-1-2（a）所示，悬挂着的电灯，受到向下的重力G和电线对它的拉力F的作用而处于静止平衡状态。
由此可知，作用在刚体上的两个力，使刚体保持平衡状态的充分和必要条件是：
两个力的大小相等，方向相反，且作用在同一条直线上。
对于刚体，力的作用只改变其运动状态。
二力平衡只适用于刚体，对于变形体，二力平衡公理只是必要条件，但不是充分条件。
如图2-1-2（b）所示绳索两端施加一对等值、反向、共线的拉力时可以平衡，但是受到一对等值、反向、共线的压力时就不能平衡了。
只受两力作用并处于平衡状态的物体称为二力构件。
当构件呈现杆状时，称为二力杆。
如图2-1-3所示，二力杆CD处于平衡状态，根据公理1可知，作用在二力杆CD上的两个力FC和FD大小相等，方向相反，并在两个力作用点的连线上。
2.公理2：
加减平衡力系公理
在已知力系上加上火减去任一平衡力系，不改变原力
系对刚体的作用效应。
推论：
力的可传递性原理
作用于刚体上某一点的力，可沿其作用线移至刚体上任一点，二不会改变原力系对刚体的作用效应。
如图2-1-5所示，力F作用在刚体上A点和作用在刚体B点的效果是一样的。
3.公理3：
力的平行四边形公理
作用于物体上某一点的两个力的合力也作用于该点，合力FR的大小和方向由这两个力为邻边构成的平行四边形的对角线来确定。
如图2-1-6（a）所示，作用于物体的两个力F1和F2的合力为FR，也可用矢量式表示为
FR=F1+F2
推论：
三力平衡交汇定理
刚体上受同一平面内互不平行的三个力作用而且相互平衡时，则此三个力的作用线汇交于一点，并在同一平面内。
如图2-1-6（b）所示，刚体受F1、F2、F3三个力作用处于平衡状态，则F1、F2、F3必汇交于D点。
4.公理4：
作用与反作用公理
两个物体间的作用力和反作用力总是同时存在，且大小相等、方向相反、沿着同一直线（简称等值、反向、共线），分别作用在这两个物体上。
如图2-1-7所示，将重量为G的物体放在水平桌面上，重物G对桌面有作用力（压力）N，而桌面对重物有反作用力N’’,作用于桌面，桌子对重物的反作用力则作用于重物。
N与N’是作用力与反作用力的关系，两者等值，即N=-N’，而重力G与桌子对重物的反作用力N’构成了一对平衡力。
三、力矩和力偶
1.力矩与合力矩
（1）力矩：
力对点之矩，简称为力矩。
如图2-1-8所示，设螺母能绕O点转动，作用在扳手的力F在与螺母轴线垂直的平面内，力F的作用线到O点的垂直距离为d。
力F使刚体绕某点O转动的效应，不仅与力F的大小成正比，而且与点O至力作用线的垂直距离d成正比。
通常规定，力使刚体绕矩心做逆时针方向转动时，力矩为正，反之为负。
离队点之矩用符号Mo（F）表示，即Mo（F）=±F·d。
在国际单位制中，力矩单位为N·m（牛·米）
（2）合力矩定理
平面汇交力系的合力对平面任一点的矩，等于力系中所有各分力对于该点力矩的代数和。
即
Mo（F）=Mo（F1）+Mo（F2）+Mo（F3）+Mo（Fn）=∑i=1n（Fi）
2.力偶与力偶矩
⑴力偶：
作用在一物体上大小相等、方向相反、作用线平行而不重合的两个力所组成的力系称为力偶。
如图2-1-9所示分别为用两手指旋转水龙头、双手转动方向盘、钳工用丝锥攻螺纹，都是施加力偶的例子。
⑵力偶矩
如图2-1-10所示，力偶中两个力之间的垂直距离d称为力偶臂。
力偶中的力臂d的乘积称为力偶矩。
对于平面力偶，力偶对物体的转动效应应完全取决于力偶矩的大小和力偶的转向，而与矩心无关。
M=±F·d
正、负号表示力偶的转向，并规定逆时针转向为正，顺时针转向为负。
单位与力矩相同
3.平面力偶系的合成和平衡条件
（1）平面力偶系的合成
作用在物体同一平面内的多个力偶，称为平面力偶系。
平面力偶系可以合成为一个合力偶，它等于各力偶矩的代数和，即M=M1）+M2+M3+···+Mn.
（2）平面力偶系的平衡条件：
平面力偶系平衡的条件是所有力偶矩的代数和等于零。
课后作业
1、如何正确理解力的概念？
哪些因素决定力的作用效果？
2、“合力一定大于分力”这种说法是否正确？
举例说明为什么？
3、比较力矩和力偶矩两者的异同。
老师、学生互动讨论
老师具体讲解
用挂图以图形并茂的形式，结合知识点进行具体的讲解，并让学生思考，举例说出自己平时见到过的零件。
教师重点介绍并用挂图，以图形并茂的形式，结合知识点进行具体的讲解，并让学生思考
想一想：
现实生活中存在刚体吗？
想一想：
如图2-1-4所示，跳伞运动员和伞在空中匀速直线下降，若已知人和伞的总重，你能说出他们所受的阻力吗？
想一想：
力能否沿其作用线滑移至相邻的另一物体上？
、
小提示：
平行四边形法则既是力的合成法则，也是力的分解法则。
三力平衡汇交力系可利用这个定理确定未知力的方向。
想一想：
一对作用力与反作用力与一对平衡力有何区别？
-+
教师重点介绍并用挂图，以图形并茂的形式，结合知识点进行具体的讲解，并让学生思考
想一想：
力矩在什么情况下为零？
4’
3’
3’
8’
8’
7’
7’
8’
7’
8’
7’
5’
课堂小结
小结：
1.力矩、力偶、力偶矩、平面力偶系的概念；
2.力及力系的概念和力的基本性质；
3.静力学基本公理。
5’
板书设计
认识力的概念与基本性质
一、力及力系的概念
1.力
⑴力的定义
⑵力的三要素
⑶力矢量
2.力系
⑴力系概念
⑵等效力系
⑶平衡力系
⑷合力与分力
二、静力学基本公理
1.公理1：
二力平衡公理
⑴刚体
⑵二力平衡公理
⑶二力构件和二力杆
2.公理2：
加减平衡力系公理
⑴加减平衡力系公理
⑵推论（力的可传递性原理）
3.公理3：
力的平行四边形公理
⑴平行四边形公理
⑵推论（三力平衡汇交定理）
⑶平行四边形法既是力的合成法则，也是力的分解法则。
4.公理4：
作用与反作用公理
两个物体间的作用力和反作用力总是同时存在，且大小相等、方向相反、沿着同一直线（简称等值、反向、共线），分别作用在这两个物体上。
三、力矩和力偶
1.力矩与合力矩
⑴力矩概念
⑵合力矩定理
2.力偶与力偶矩
⑴力偶概念
⑵力偶矩概念
3.平面力偶系的合成和平衡条件
⑴平面力偶系的合成
①平面力偶系概念。
②平面力偶系的合成
⑵平面力偶系的平衡条件
升级会员 