固定轉(zhuǎn)動軸的物體的平衡及應(yīng)用教學設(shè)計

1、固定轉(zhuǎn)動軸的物體的平衡及應(yīng)用教學設(shè)計寧波效實中學 葉建勇【教 材】 全日制普通高級中學教科書（必修） 物理第三冊第四章第三、第四節(jié)。【教學時間】 一課時【教學目標】 1. 知識和技能u 學會通過觀察區(qū)別有固定軸轉(zhuǎn)動的物體和無固定軸轉(zhuǎn)動的物體u 知道轉(zhuǎn)動平衡狀態(tài)u 理解力臂的含義，理解力矩的概念u 掌握力矩的計算公式，掌握有固定轉(zhuǎn)動軸的物體的平衡條件u 正確應(yīng)用力矩平衡條件解答有關(guān)轉(zhuǎn)動平衡的問題u 初步掌握解決力矩平衡問題的基本思路和方法，會正確選擇轉(zhuǎn)動軸，并能畫出受力圖和分析各力矩轉(zhuǎn)動情況的影響2. 過程和方法² 觀察幾個不同的實驗，區(qū)分有固定軸的運動和無固定軸的運動² 體

2、驗觀察歸納總結(jié)區(qū)別再歸納應(yīng)用的過程【教學工具】 1.試驗儀器 門，一本平直的書，力矩板，杠桿，木棒，鉤碼，彈簧秤。 2多媒體課件 【設(shè)計理念】力矩是由力的概念衍生出來的一個概念，它是高中力學體系中的一個枝叉知識，力矩作為描寫力的轉(zhuǎn)動效果的物理量，為什么要定義為M=FL，而不是別的形式，等等對學生來說，這些問題不解決，力矩的概念并沒有在頭腦里真正地建立起來，力矩的知識實際上并沒有真正成為他們自己的知識一般我們根據(jù)定義出發(fā)直接給出概念和公式，這種教法雖然能夠較快地完成教學任務(wù)，但學生卻感到十分生硬和乏味許多學生學過力矩概念之后，仍然弄不清為什么要建立力矩的概念。為了克服以上的弊端，我將力矩概念的教

3、學方案作了重大改進，其基本思想是：突出科學方法的教育，注重知識形成的過程，增強學生學習過程中的探索成分通過力臂、力矩概念的教學，使學生理解有固定轉(zhuǎn)動軸物體的平衡狀態(tài)及平衡條件，培養(yǎng)學生實驗（觀察、分析）、物理思維（推理、抽象、理想化）及運用數(shù)學方法解決實際問題的能力。【教學過程】復(fù)習 前面我們共同學習了物體在共點力作用下的平衡條件及應(yīng)用。設(shè)問 什么是物體處于平衡狀態(tài)？要求回答 靜止或勻速直線運動。設(shè)問 在共點力作用下物體的平衡條件是什么？要求回答 物體所受的力的合力為零?！疽搿?本節(jié)可我們來學習另外一種平衡轉(zhuǎn)動平衡?！景鍟?有固定軸物體的平衡【引入】生活中，我們常見到有許多物體在力的作用下

4、轉(zhuǎn)動?，F(xiàn)在請同學們觀察以下的物體的轉(zhuǎn)動請同學們仔細觀察【演示實驗】1. 【投影自動播放字幕】轉(zhuǎn)動力矩盤 我施加一個力在盤上。2. 【投影自動播放字幕】用手翻轉(zhuǎn)書本 我用手隨意翻轉(zhuǎn)書。3. 【投影自動播放字幕】門的轉(zhuǎn)動 我對門施加一個力。4. 【投影自動播放字幕】木棒沿墻角倒下 我把一根木棒放在在“立體墻角”5. 【投影自動播放字幕】轉(zhuǎn)動杠桿 我施加一個力，轉(zhuǎn)動杠桿?！就队白帜弧繗w納（共同點和區(qū)別）【設(shè)問】剛才所發(fā)生的各種物體的轉(zhuǎn)動，有什么不同？要求回答有的繞固定軸轉(zhuǎn)動，有的沒有固定軸?！就队白帜弧?一種轉(zhuǎn)動有固定軸 門的轉(zhuǎn)動；轉(zhuǎn)動力矩板；轉(zhuǎn)動杠桿 另一種沒有固定軸 用手翻轉(zhuǎn)書本；木棒沿墻倒下【

5、演示】 若我用手施加三個差不多大的力F1、F2、F3作用于無鏈條的自行車后輪邊緣上同一點P，方向如圖3所示?！驹O(shè)問】剛才所發(fā)生的各種物體的轉(zhuǎn)動，有什么不同？【幻燈顯示】觀察、結(jié)論F1F2F3F1使車輪產(chǎn)生轉(zhuǎn)動效果顯著；F2不產(chǎn)生使車輪轉(zhuǎn)動的效果；F3使車輪產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動效果不明顯?！驹O(shè)問】 三個力大小相等，作用于同一點P，為什么產(chǎn)生不同的效果呢？【議論、回答】 力的方向不同，力的作用線的空間方位不同?！净脽麸@示】 如圖所示，軸到力的作用線的距離L1、L2、L3不同。疊映顯示力臂L1、L2、L3，以強化印象。由L1隨F1慢動作轉(zhuǎn)變位置到F3（L3）、F2（L2），但力都與力臂垂直。F1F2F3L1L

6、1L1L3=0L2F1F2F3【小結(jié) 板書】 （1）力臂（L）：從轉(zhuǎn)動軸到力的作用線的（垂直）距離?！痉治鎏釂枴?同樣的力臂（如L1），力變大（如F12F1），產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動效果會有什么變化？【小結(jié)】 力、力臂無論哪一個增大，力產(chǎn)生的使物體轉(zhuǎn)動的效果都更明顯，這種效應(yīng)的大小與力和力臂的乘積成正比，在物理學中稱：【板書】 （2）力與力臂的乘積叫力矩。M=FL，單位：Nm（與“J”不同）?！痉治觥?不同大小的力矩，使物體產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動效果不同。因此初中學過的杠桿平衡條件可敘述為：動力矩=阻力矩。【講述】 力矩的方向，可以從力使物體轉(zhuǎn)動的方向得知，如圖3沖力F1的力矩是順時針方向的?！景鍟?力矩有順時針方

7、向與逆時針方向的區(qū)別，可分別用“+”或“-”號表示。【演示】 用力F1使輪轉(zhuǎn)動起來后，撤去F1，持續(xù)觀察?！驹O(shè)問】 看到了什么現(xiàn)象？為什么會出現(xiàn)這種現(xiàn)象？【要求回答】 軸處有摩擦力和空氣阻力產(chǎn)生阻力矩?！驹O(shè)問】 阻力不存在，會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？【要求回答】 由于慣性，輪子會勻速轉(zhuǎn)動，永不停止?！驹O(shè)問】 若有阻力，能否實現(xiàn)勻速轉(zhuǎn)動？【要求回答】 施一個與阻力矩等大的反向力矩（圖5所示），如裝上鏈條，用恰當?shù)牧瓌渔湕l。【板書】 力矩是使物體產(chǎn)生加速轉(zhuǎn)動的原因，是改變物體轉(zhuǎn)動狀態(tài)的原因。（3）有固定轉(zhuǎn)動軸物體保持靜止或勻速轉(zhuǎn)動的狀態(tài)叫做處于平衡狀態(tài)?！菊f明】 平衡是一種特殊狀態(tài)，平衡是有條件的?！景鍟?/p>

8、】 （4）有固定轉(zhuǎn)動軸物體的平衡條件：為了找到平衡的條件，請同學們做下列實驗?！净脽麸@示】【講解】 用圖1裝置，在力矩盤處于平衡時，將力F1、F2、F3的值及相應(yīng)的力臂L1、L2、L3的值,我們比較一下順時針方向的力矩和與逆時針方向的力矩和存在怎樣的關(guān)系?【具體實驗操作】【幻燈顯示】【講解】屏幕上顯示的是一個力矩的計算程序,第一行需填入順時針方向的力,力臂。第二行需填入逆時針方向的力，力臂。其它的都由計算機自動計算。【操作】填入數(shù)據(jù)。【結(jié)論】 在誤差范圍內(nèi)，順時針力矩和等于逆時針力矩和，即M順=M逆；或 M0。（代數(shù)和為零）【講解】 當我們解決具體問題的時候,我們可以遵循一下步驟:（a）確定研究對象哪個物體；（b）分析狀態(tài)及受力畫示意圖；（c）列出力矩平衡方程：M=0或M順M逆；（d）解出字母表達式，代入數(shù)據(jù)；（e）作必要的討論，寫出明確的答案。例1 如圖6所示的杠桿，O為水平固定無摩擦的轉(zhuǎn)軸，OA2OB，B點處掛4.0N的物體，在A端施一個2.5N的力能否使杠桿保持平衡？討論 （組織正、反方辯論，教師掌握時間。）解 如圖7所示，桿B處受拉力TB=G，設(shè)TA與OA成角，由于杠桿靜止，M順=M逆。（或M0）。對O軸：G·OB=TA·LATA· OA&#