固定转动轴的物体的平衡及应用教学设计

1、固定转动轴的物体的平衡及应用教学设计宁波效实中学 叶建勇【教 材】 全日制普通高级中学教科书（必修） 物理第三册第四章第三、第四节。【教学时间】 一课时【教学目标】 1. 知识和技能u 学会通过观察区别有固定轴转动的物体和无固定轴转动的物体u 知道转动平衡状态u 理解力臂的含义，理解力矩的概念u 掌握力矩的计算公式，掌握有固定转动轴的物体的平衡条件u 正确应用力矩平衡条件解答有关转动平衡的问题u 初步掌握解决力矩平衡问题的基本思路和方法，会正确选择转动轴，并能画出受力图和分析各力矩转动情况的影响2. 过程和方法² 观察几个不同的实验，区分有固定轴的运动和无固定轴的运动² 体

2、验观察归纳总结区别再归纳应用的过程【教学工具】 1.试验仪器 门，一本平直的书，力矩板，杠杆，木棒，钩码，弹簧秤。 2多媒体课件 【设计理念】力矩是由力的概念衍生出来的一个概念，它是高中力学体系中的一个枝叉知识，力矩作为描写力的转动效果的物理量，为什么要定义为M=FL，而不是别的形式，等等对学生来说，这些问题不解决，力矩的概念并没有在头脑里真正地建立起来，力矩的知识实际上并没有真正成为他们自己的知识一般我们根据定义出发直接给出概念和公式，这种教法虽然能够较快地完成教学任务，但学生却感到十分生硬和乏味许多学生学过力矩概念之后，仍然弄不清为什么要建立力矩的概念。为了克服以上的弊端，我将力矩概念的教

3、学方案作了重大改进，其基本思想是：突出科学方法的教育，注重知识形成的过程，增强学生学习过程中的探索成分通过力臂、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】复习 前面我们共同学习了物体在共点力作用下的平衡条件及应用。设问 什么是物体处于平衡状态？要求回答 静止或匀速直线运动。设问 在共点力作用下物体的平衡条件是什么？要求回答 物体所受的力的合力为零。【引入】 本节可我们来学习另外一种平衡转动平衡。【板书】 有固定轴物体的平衡【引入】生活中，我们常见到有许多物体在力的作用下

4、转动。现在请同学们观察以下的物体的转动请同学们仔细观察【演示实验】1. 【投影自动播放字幕】转动力矩盘 我施加一个力在盘上。2. 【投影自动播放字幕】用手翻转书本 我用手随意翻转书。3. 【投影自动播放字幕】门的转动 我对门施加一个力。4. 【投影自动播放字幕】木棒沿墙角倒下 我把一根木棒放在在“立体墙角”5. 【投影自动播放字幕】转动杠杆 我施加一个力，转动杠杆。【投影字幕】归纳（共同点和区别）【设问】刚才所发生的各种物体的转动，有什么不同？要求回答有的绕固定轴转动，有的没有固定轴。【投影字幕】 一种转动有固定轴 门的转动；转动力矩板；转动杠杆 另一种没有固定轴 用手翻转书本；木棒沿墙倒下【

5、演示】 若我用手施加三个差不多大的力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。【设问】刚才所发生的各种物体的转动，有什么不同？【幻灯显示】观察、结论F1F2F3F1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。【设问】 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。F1F2F3L1L

6、1L1L3=0L2F1F2F3【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F12F1），产生的转动效果会有什么变化？【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

7、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。【设问】 看到了什么现象？为什么会出现这种现象？【要求回答】 轴处有摩擦力和空气阻力产生阻力矩。【设问】 阻力不存在，会出现什么现象？【要求回答】 由于惯性，轮子会匀速转动，永不停止。【设问】 若有阻力，能否实现匀速转动？【要求回答】 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

8、】 （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。【幻灯显示】【讲解】 用图1装置，在力矩盘处于平衡时，将力F1、F2、F3的值及相应的力臂L1、L2、L3的值,我们比较一下顺时针方向的力矩和与逆时针方向的力矩和存在怎样的关系?【具体实验操作】【幻灯显示】【讲解】屏幕上显示的是一个力矩的计算程序,第一行需填入顺时针方向的力,力臂。第二行需填入逆时针方向的力，力臂。其它的都由计算机自动计算。【操作】填入数据。【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 M0。（代数和为零）【讲解】 当我们解决具体问题的时候,我们可以遵循一下步骤:（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，OA2OB，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。）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M0）。对O轴：G·OB=TA·LATA· OA&#