剛體平衡的條件

1、第五節(jié) 剛體平衡的條件 沈陽市私立科匯高級中學(xué) 于欣禾 教材 ：人教版物理選修 2-2第一章：物體的平衡教學(xué)目標(biāo) ：一、知識技能1、知道剛體的概念。2、理解剛體平衡的條件。3、結(jié)合生活實例，掌握解決剛體平衡問題的步驟。二、過程與方法同時受到幾個非共點力作用的剛體平衡條件的探究過程， 培養(yǎng)學(xué)生的動手操作能力， 概 括能力和分析推理能力。三、情感態(tài)度與價值觀 通過探究剛體平衡條件的實驗過程， 培養(yǎng)學(xué)生實事求是的科學(xué)態(tài)度， 團隊合作精神和創(chuàng) 新意識。通過剛體平衡條件的應(yīng)用培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際的能力。教學(xué)重點：1、什么是剛體2、掌握剛體平衡的條件3、學(xué)會解決剛體平衡條件問題的步驟教學(xué)難點：1、探究剛體

2、平衡條件的設(shè)計實驗2、解決剛體平衡問題的條件的步驟與實際應(yīng)用教學(xué)方法：實驗法、轉(zhuǎn)換法、講練法、歸納法教學(xué)用具： 刻度尺、彈簧測力計、鉤碼、鐵架臺、細(xì)線、多媒體 教學(xué)過程：一、復(fù)習(xí)通過前幾節(jié)課的學(xué)習(xí)， 我們已經(jīng)知道力可以改變物體的運動狀態(tài)， 還可以改變物體的轉(zhuǎn) 動狀態(tài)，為了描述力對物體的轉(zhuǎn)動作用效果，我們引入了力矩這個概念。1、什么叫做力矩？ 學(xué)生：力和力臂的乘積叫做力對轉(zhuǎn)動軸的力矩。2、力矩的定義式？ 學(xué)生： M=F L3、力矩的方向？ 順時針力矩：使物體順時針轉(zhuǎn)動的力矩（ M 順 ） 逆時針力矩：使物體逆時針轉(zhuǎn)動的力矩（ M 逆 ） 一般規(guī)定逆時針力矩為正，順時針力矩為負(fù)。4、什么是力偶？

3、學(xué)生：大小相等，方向相反，不共線的兩個平行力組成的系統(tǒng)，叫做力偶。5、對于一個有固定轉(zhuǎn)動軸的物體，力矩的平衡條件是什么？學(xué)生：有固定轉(zhuǎn)動軸的物體的平衡條件是力矩的代數(shù)和為零。M1+M2+M3=0 或M 合 =0。二、導(dǎo)入新課1、概念導(dǎo)入（1）我們來思考一下，物體受共點力的平衡條件什么？學(xué)生答：F 合=0（ 2）當(dāng)物體受共點力作用時，我們可以把物體看成什么？學(xué)生答：質(zhì)點。 當(dāng)物體受非共點力作用時， 我們就不能把物體看成質(zhì)點。 所以在力的作用下， 我們就要 考慮形變， 但在正常情況下， 很多物體的形變都非常微小， 可忽略不計。（引出剛體的概念） 所以我們定義：在任何外力作用下，大小和形狀不變的物體

4、，我們稱為剛體。與質(zhì)點一樣， 剛體也是一種理想化模型。（3）如果剛體 F 合=0 ，一定處于平衡狀態(tài)嗎？ （引導(dǎo)學(xué)生回答：當(dāng)剛體受到力偶的作用時， 就會加速轉(zhuǎn)動， 并不平衡。例如生活中的 汽車方向盤。 ）那么怎樣才能使剛體處于平衡狀態(tài)呢？這就是我們本節(jié)課要探究學(xué)習(xí)的內(nèi)容。2、新課引入：本節(jié)課我們來探究第一章第五節(jié)剛體平衡的條件。三、新課教學(xué)1、引入： 圖片上所顯示的是生活中常見的剛體模型， 我們以扁擔(dān)挑水為例， 用實驗?zāi)M扁擔(dān)挑水， 探究扁擔(dān)同時受到幾個非共點力的作用，而處于平衡狀態(tài)，需要滿足什么條件呢？2、實驗探究（ 1）構(gòu)建剛體模型 首先我們要構(gòu)造一個剛體模型， 選用一個不容易變形的刻度尺

5、， 兩個彈簧測力計模擬人 對扁擔(dān)的作用力，鉤碼模擬水桶對扁擔(dān)的作用力。（2）實驗設(shè)計分析 我們都知道最簡單的平衡狀態(tài)是靜止，要保證刻度尺處于靜止?fàn)顟B(tài)（如圖1 ），需要測量哪些物理量呢？學(xué)生：力和力臂。測量力時， 就要對物體進行受力分析，分析刻度尺自身的重力，找到重心位置，為了實驗方便，老師選取了質(zhì)量分布均勻， 形狀規(guī)則的刻度尺， 那它的重心在哪里？C點。（如圖2） 為什么要保持刻度尺水平呢？ 學(xué)生：為了方便測量力臂。 根據(jù)桌子上有的實驗器材，設(shè)計實驗，設(shè)計表格，探究剛體平衡的條件。（ 3）實驗器材 刻度尺，彈簧測力計，鉤碼，鐵架臺，細(xì)線（ 4）實驗步驟及注意事項a、 先用彈簧測力計測出刻度尺自

6、身重量G,b、細(xì)線拴住刻度尺 A、B兩點，把它掛在兩個彈簧測力計下面，用鐵架臺固定彈簧 測力計的上端。c、 在D處掛幾個鉤碼（測出不同的總重量用G1表示）d、調(diào)節(jié)測力計的高低，使刻度尺在水平方向上平衡。（注意： 為了最終使刻度尺保持水平， 可再用兩個豎直的刻度尺分別測量水平刻度尺左 右兩端所處高度是否一致。減小實驗誤差）e、 分別讀出兩個彈簧測力計的讀數(shù)F1和F2,同時分別測出A、B、C、D間的距離。f、記錄設(shè)計表格的實驗數(shù)據(jù)圖1圖2從實驗數(shù)據(jù)可以看出：F1 + F2 = G + G1或F1 + F2 - G - G1 = 0以A為轉(zhuǎn)動軸，計算各力對 A軸的力矩代數(shù)和，得到 F2X AB GX

7、 AC -G1X AD = 0 ,若 以B為轉(zhuǎn)動軸，計算各力對 B軸的力矩代數(shù)和，可得到 GXBC + G1 XBD-F1 XAB = 0。3、實驗結(jié)論剛體平衡的條件是合力為零、合力矩為零。即F = 0 和 3M = 0。4、習(xí)題引言：我們已經(jīng)得出了剛體平衡的條件，那怎么來解決生活中的實際問題呢？我們來看一下習(xí)題。為了稱重汽車的重量，把汽車的前輪壓在地秤上，測得的結(jié)果為6.7 X 103N,汽車前后輪之間的距離是 2.7m，汽車的重心距離后輪 1.5m，求汽車的重量和后輪對地面的壓解：對汽車進行受力分析，受到汽車自身的重力，地秤分別給前輪和后輪豎直向上的 支持力把汽車看成剛體，處于平衡狀態(tài)選汽

8、車后輪與地面接觸的位置為轉(zhuǎn)動軸： 做出G力臂為I，前輪力臂L4G的大小1.2 X10 N合力矩為GX - F1XL = 0,帶入數(shù)據(jù)得出3再由合力為零，F(xiàn)2 = G - F1得出F2的大小為5.3 X10 N3 據(jù)牛頓第三定律，后輪對地面的壓力大小為5.3 X10 N。引入：同學(xué)們能不能根據(jù)這道例題，總結(jié)一下解決剛體平衡問題的步驟5、解決平衡問題的步驟（1）確定研究對象（2）找到轉(zhuǎn)動軸（3）找到各力力臂（4）合力矩平衡方程（5）合力平衡方程四、課堂小結(jié)1、 在任何外力作用下，大小和形狀不變的物體，稱為剛體（rigid body）。2、剛體平衡的條件是合力為零，合力矩為零。3、解決剛體平衡問題的

9、步驟（1）確定研究對象（2）找到轉(zhuǎn)動軸（3）找到各力力臂（4）合力矩平衡方程（5）合力平衡方程五、隨堂練習(xí)1、如圖所示，將長為 1.2m的輕質(zhì)木棒平放在水平方形臺面上，左右兩端點分別為A、B,它們距臺面邊緣處的距離均為 0.3m。在A端掛一個重為30N的物體，在B端掛一個重 為G的物體。（1） 若G=30N，臺面受到木棒的壓力為（）N。（2） 若要使木棒右端下沉，B端掛的物體至少要大于（）N（3） 若B端掛物體后，木 N棒仍在水平臺面上靜止，則G的取值范圍（）N。2、如圖所示，兩個等高的托盤秤甲、乙放在同一水平地面上，質(zhì)量分布不均勻的木條AB重24N，A、B是木條兩端， 0、C是木條上的兩個點， AO=B0，AC=0C . A端放在托 盤秤甲上，B端放在托盤秤乙上，托盤秤甲的示數(shù)是6N 現(xiàn)移動托盤秤甲，讓 C點放在托盤秤