2019-2020年高一物理 第四章 物體的平衡 三、有固定轉(zhuǎn)動軸物體的平衡(第一課時) 人教大綱版第一冊.doc

2019-2020年高一物理 第四章 物體的平衡 三、有固定轉(zhuǎn)動軸物體的平衡(第一課時) 人教大綱版第一冊從容說課本節(jié)是繼共點(diǎn)力力作用下物體的平衡之后學(xué)習(xí)物體另一種平衡狀態(tài)，即轉(zhuǎn)動平衡。力矩的概念應(yīng)從分析中得出，使學(xué)生知道：要使物體轉(zhuǎn)動或改變轉(zhuǎn)動的狀態(tài)，不僅跟作用力的大小有關(guān)，而且跟力的作用線離轉(zhuǎn)軸的遠(yuǎn)近有關(guān)，在此基礎(chǔ)上引出力臂的概念.建立力臂的概念之后，介紹力矩的概念就不困難了.對于力矩，沒有說明它是矢量，只是說明力矩可使物體向不同方向轉(zhuǎn)動，所以只知道力矩的大小是不夠的，但應(yīng)注意力矩的正負(fù)并不表示力矩的矢量意義，物體的轉(zhuǎn)動方向也不是力矩矢量的方向.本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)定位如下：1了解轉(zhuǎn)動平衡的概念。2理解力臂和力距的概念。3理解有固定轉(zhuǎn)動軸物體的平衡4平衡能應(yīng)用平衡條件處理有關(guān)轉(zhuǎn)動平衡問題。本節(jié)的教學(xué)重點(diǎn)是力矩平衡條件的理解.本節(jié)的教學(xué)難點(diǎn)是力臂大小的確定.本節(jié)采用實(shí)驗(yàn)法、歸納法、講授法來促使教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。本節(jié)的教學(xué)程序安排如下：CAI課件模擬，分析設(shè)疑，導(dǎo)入新課類比歸納，擰計(jì)轉(zhuǎn)動軸、轉(zhuǎn)動平衡和力臂等概念師生互動探究得到力矩的平衡條件課堂討論拓展強(qiáng)化本節(jié)知識點(diǎn)。教學(xué)目標(biāo)一、知識目標(biāo)1.知道什么是轉(zhuǎn)動軸和有固定轉(zhuǎn)動軸的物體的平衡狀態(tài).2.掌握力臂的概念，會計(jì)算力矩.3.理解有固定轉(zhuǎn)動軸的物體的平衡條件.二、能力目標(biāo)通過有固定轉(zhuǎn)動軸的物體的平衡條件的得出過程，培養(yǎng)學(xué)生的概括能力和分析推理能力.三、德育目標(biāo)培養(yǎng)學(xué)生研究物理問題的能力和興趣，了解科學(xué)方法在物理研究中的應(yīng)用.教學(xué)重點(diǎn)1.轉(zhuǎn)動平衡狀態(tài)，力矩的概念.2.有固定轉(zhuǎn)動軸的物體的平衡條件.教學(xué)難點(diǎn)力臂和力矩的概念.教學(xué)方法實(shí)驗(yàn)法、歸納法、講授法、分層教學(xué)法.教學(xué)用具投影儀、力矩盤、鉤碼、彈簧秤.課時安排1課時教學(xué)過程投影本節(jié)課學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解轉(zhuǎn)動平衡的概念.2.理解力臂和力矩的概念.3.理解有固定轉(zhuǎn)動軸的物體的平衡條件.學(xué)習(xí)目標(biāo)完成過程一、導(dǎo)入新課CAI課件模擬物體轉(zhuǎn)動實(shí)例，學(xué)生觀察、思考用手開門用扳手?jǐn)Q螺絲用撬棒撬石塊等學(xué)生活動設(shè)計(jì)討論歸納.師生互動歸納：物體在轉(zhuǎn)動力的作用效果設(shè)問引入：這類轉(zhuǎn)動問題在初中已學(xué)過，并不僅僅由力來決定轉(zhuǎn)動效果，那到底跟什么因素有關(guān)呢？二、新課教學(xué)1.轉(zhuǎn)動軸CAI課件展示門的轉(zhuǎn)動，車輪的轉(zhuǎn)動，電動機(jī)的轉(zhuǎn)動.問題思考：畫面上的各物體都在轉(zhuǎn)動，那么物體上的各點(diǎn)的運(yùn)動軌跡是什么？學(xué)生討論可得：軌跡是圓周，做圓周運(yùn)動.問題思考：圓周的中心是一個嗎？有什么特點(diǎn)？結(jié)合實(shí)例師生互動分析結(jié)論：圓周的中心在同一直線上.知識點(diǎn)認(rèn)知這條直線叫做轉(zhuǎn)動軸.思考題：研究物體的轉(zhuǎn)動時，物體能否當(dāng)作質(zhì)點(diǎn)看待？教學(xué)設(shè)計(jì)目的是讓A層次的同學(xué)對轉(zhuǎn)動軸有深入的認(rèn)識.教師點(diǎn)撥 1轉(zhuǎn)動軸有時是物體轉(zhuǎn)動的實(shí)際的軸，例如門、窗、車輪都有實(shí)際的軸，通過這個實(shí)際的軸的中心線是轉(zhuǎn)動軸 2有的情況不一定有這種實(shí)際的軸。如圖所示，用外力推一截面為圓柱的物體，使其無滑動地滾上臺階，運(yùn)動過程中輪子始終繞著它與臺階的接觸點(diǎn)A轉(zhuǎn)動，可以設(shè)想通過A點(diǎn)垂直于圓柱有一根固定的水平轉(zhuǎn)軸，把圓柱向上的滾動看成是繞著這根轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動 3處于轉(zhuǎn)動平衡狀態(tài)的物體，如果失去平衡，物體將發(fā)生非勻速轉(zhuǎn)動 4在研究物體的轉(zhuǎn)動時，物體不能當(dāng)作質(zhì)點(diǎn)看待 (二)轉(zhuǎn)動平衡 設(shè)問：有固定轉(zhuǎn)動軸的物體一定會轉(zhuǎn)動嗎? 師生結(jié)合實(shí)例分析有固定轉(zhuǎn)動軸的物體可能靜止，可能勻速轉(zhuǎn)動，還可能變速轉(zhuǎn)動指導(dǎo)學(xué)生閱讀P74第一段概念：一個有固定轉(zhuǎn)動軸的物體，在力的作用下，如果保持靜止或勻速轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)動平衡分析“關(guān)鍵之處”物體要有固定轉(zhuǎn)動軸受到力的作用保持“持續(xù)”（三）.力臂設(shè)問：有固定轉(zhuǎn)動軸的物體轉(zhuǎn)動時，轉(zhuǎn)動效果由哪些因素決定呢？學(xué)生活動設(shè)計(jì)結(jié)合已有知識猜想，先記下自己的猜想結(jié)果.演示實(shí)驗(yàn)情景1：推門時，在離轉(zhuǎn)軸較遠(yuǎn)的地方推，用比較小的力就能把門推開；在離轉(zhuǎn)軸不遠(yuǎn)的地方推，用較大的力才能把門推開.情景2：用手直接擰螺帽，擰不太緊，但是用扳手來擰，很容易就擰緊了.針對實(shí)例結(jié)合已有知識體系師生共析結(jié)論：力對物體的轉(zhuǎn)動作用效果不僅與力的大小有關(guān)，還和力到轉(zhuǎn)動軸的距離有關(guān).力越大，力到轉(zhuǎn)動軸的距離越大，力對物體的轉(zhuǎn)動作用就越大.過渡引導(dǎo)為了反映轉(zhuǎn)動效果與力到轉(zhuǎn)動軸的距離有關(guān)，要引入一個新的物理量力臂.定義：從轉(zhuǎn)動軸到力的作用線的距離.強(qiáng)調(diào)到力的作用線距離垂線思考題：力臂的大小由哪些因素決定？引入力臂的概念有什么意義？學(xué)生活動設(shè)計(jì)A.討論解釋B、C.師生共析，給出提示：從力的作用點(diǎn)和力的方向考慮.結(jié)論力臂的大小是由力的作用點(diǎn)和力的方向共同決定的；力臂概念的引入，實(shí)際上是把力的三要素中的力的作用點(diǎn)和力的方向這兩個因素歸合為一個因素.例：畫出圖中F1和F2的力臂教師介紹找出力臂的“口訣”一軸二線三垂直解釋：第一步：找到轉(zhuǎn)動軸第二步：找到畫出力的作用線第三步：從轉(zhuǎn)動軸到力的作用線作垂線，轉(zhuǎn)軸和垂足之間的距離就是力臂.（四）.力矩設(shè)問：力的轉(zhuǎn)動效果既跟力F的大小有關(guān)，又跟力臂L的大小有關(guān).為此引入一個新的物理量力矩.（1）定義：力F和力臂L的乘積叫做力對轉(zhuǎn)動軸的力矩，符號為M.(2)公式：M=FL(3)意義：描述力對物體的轉(zhuǎn)動效果（4）單位：牛米（Nm)(5)正負(fù)：力矩可以使物體向不同的方向轉(zhuǎn)動.規(guī)定：使物體向逆時針方向轉(zhuǎn)動的力矩為正力矩；使物體向順時針方向轉(zhuǎn)動的力矩為負(fù)力矩.思考題：在什么情況下，力對物體轉(zhuǎn)動沒有效果.學(xué)生活動設(shè)計(jì)簡單討論驗(yàn)證歸納.F=0L=0例：如右圖，質(zhì)量為m的均勻直棒OA可繞墻上絞點(diǎn)O自由轉(zhuǎn)動，在A端懸掛一質(zhì)量為m的物體，棒在細(xì)繩AB的作用下處于水平靜止?fàn)顟B(tài).已知棒長為l，AB與棒的夾角為，則作用于棒上的四個力的力矩分別為多少？學(xué)生活動設(shè)計(jì)獨(dú)立寫出結(jié)果.投影結(jié)果MG=mgl Mm=-mglMF=-Flsin M0=0思考題：力矩的正、負(fù)表示方向嗎？學(xué)生討論，教師強(qiáng)調(diào)力矩的正負(fù)不表力矩的方向，只說明轉(zhuǎn)動效果.（五）.力矩的平衡多媒體課件出示下圖在一力矩盤上作用三個力矩，分別是F1、F2、F3的力矩.1.這三個力的力矩大小如何求解？2.這三個力矩分別是正力矩還是負(fù)力矩？教學(xué)設(shè)計(jì)同學(xué)獨(dú)立作答師生互動分析歸納1.要求三個力的力矩，可以先找到三個力的力臂L1、L2、L3，再據(jù)M=FL分別求出它們的力矩.2.判定力矩方向的方法：先假設(shè)其余的力全消失，只剩下要判定的那個力矩，如果在該力矩作用下，物體逆時針轉(zhuǎn)，則該力矩為正；如果物體順時針轉(zhuǎn)，則該力矩為負(fù).據(jù)此判定：F1的力矩為正，F(xiàn)2、F3的力矩為負(fù)問如果上圖中的力矩盤處于靜止?fàn)顟B(tài)時，這三個力的力矩滿足什么關(guān)系呢？學(xué)生每兩人一組，按圖組裝，研究這三個力矩在力矩盤靜止時的關(guān)系教師巡回指導(dǎo)學(xué)生匯報(bào)實(shí)驗(yàn)結(jié)果當(dāng)力矩盤處于平衡狀態(tài)時，作用在力矩盤上的三個力的力矩滿足下述關(guān)系：M1=M2+M3或M1+M2+M3=0教師總結(jié)并板書有固定轉(zhuǎn)動軸的物體的平衡條件是：使物體向順時針方向轉(zhuǎn)動的力矩之和等于使物體向逆時針方向轉(zhuǎn)動的力矩之和.即：M1=M2+M3或者：有固定轉(zhuǎn)動軸的物體的平衡條件是力矩的代數(shù)和等于零.即：M1+M2+M3=0（注意：規(guī)定使物體向逆時針方向轉(zhuǎn)動的力矩為正，反之為負(fù)）強(qiáng)化訓(xùn)練如圖所示，一根均勻直棒OA可繞軸O轉(zhuǎn)動，用水平力F=10 N作用在棒的A端時直棒靜止在與豎直方向成30角的位置，直棒有多重？學(xué)生求解本題教師用投影儀展示正確的解題過程解：設(shè)直棒的長度為l，由力矩平衡條件有：Flcos30= sin30 G=34.6 N課堂討論 1力越大，力對物體的轉(zhuǎn)動作用是否就一定大? 2試用杠桿平衡條件導(dǎo)出有固定轉(zhuǎn)動軸物體的平衡條件3力矩的單位和功的單位有什么區(qū)別?4如何求解力矩? 學(xué)生活動 討論并解答上述問題 教師點(diǎn)撥 1力對物體轉(zhuǎn)動作用的大小不僅與力有關(guān)，還跟力臂有關(guān)即力對物體轉(zhuǎn)動作用的大小取決于力矩，而不單取決于力，在力臂不為零且大小一定的情況下，才能說力越大，力對物體的轉(zhuǎn)動作用越大 2如圖所示，根據(jù)杠桿平衡條件，得：F1 L1=F2L2，即M1=M2使物體向逆時針方向轉(zhuǎn)動的力矩M1，等于使物體向順時針方向轉(zhuǎn)動的力矩M2 如果規(guī)定使物體向逆時針方向轉(zhuǎn)動的力矩為正，使物體向順時針方向轉(zhuǎn)動的力矩為負(fù) 則有：M1=一M2，則Ml+M2=O 即杠桿平衡的條件為力矩的代數(shù)和為零 3力矩的單位是Nm，不能寫成J，雖然功的單位(1 J=1 Nm)與力矩的單位形式相同，但功與力矩是兩個根本不同的物理量，在功的單位中，“m”是物體在力的方向上移動的距離的單位，物體移動距離與力的方向一致；在力矩的單位中，“m”是力臂的單位，力臂與力互相垂直 4力矩的求解方法 光求出力對轉(zhuǎn)軸的力臂，再由定義式M=FL求力矩 把力沿平行于桿和垂直于桿的兩個方向分解，平行于桿的分力對桿無轉(zhuǎn)動作用。力矩為零；垂直于桿的分力的力矩為該力的大小與桿長的乘積 三、小結(jié) 投影小結(jié)思考題 1 的直線，叫轉(zhuǎn)動軸 2 叫物體處于轉(zhuǎn)動平衡狀態(tài) 3 叫力臂 4 叫力矩。定義式為 ，單位(S1)是 5 叫力矩的平衡 6 叫正力矩； 叫負(fù)力矩7有固定轉(zhuǎn)動軸的物體的平衡條件是 ，數(shù)學(xué)表達(dá)式為 四、作業(yè)1.課后作業(yè)：練習(xí)二1、22.復(fù)習(xí)初中相關(guān)知識，溫習(xí)該節(jié)內(nèi)容.3.預(yù)習(xí)第四節(jié).4.思考題：在用力矩平衡條件解題時，為什么不考慮通過轉(zhuǎn)動軸的力的力矩作用.五、板書設(shè)計(jì)六、本節(jié)優(yōu)化訓(xùn)練設(shè)計(jì)1.關(guān)于力矩的下列敘述中正確的是A.對于同一轉(zhuǎn)軸，兩個大小相等、方向不同的力，產(chǎn)生的力矩不可能是相同的B.對同一轉(zhuǎn)軸，兩個大小相等，方向相同的力，產(chǎn)生的力矩一定是相等的C.對同一轉(zhuǎn)軸，兩個大小相等，方向不同，但作用于同一點(diǎn)的力，產(chǎn)生的力矩不可能是相等的D.兩個不等的力，對同一轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生的力矩可能是相等的2.均勻桿AB，A端用光滑鉸鏈固定，處于豎直靜止?fàn)顟B(tài)，如右圖所示，現(xiàn)在B端施加一個水平方向的外力F，使桿在豎直平面內(nèi)被緩慢拉起，下列說法正確的是（ ）A.F逐漸增大，F(xiàn)對鉸鏈的力矩不斷增大B.F逐漸增大，F(xiàn)對鉸鏈的力矩不斷減小C.F逐漸減小，它對鉸鏈的力矩增大D.F逐漸減小，它對鉸鏈的力矩也逐漸減小3.上題中，若使桿稍微偏離豎直位置一點(diǎn)后，給B端施加一個方向始終水平的力F使桿緩慢抬至水平，這一過程中正確的是（ ）A.F不斷增大，MF不斷增大B.F不斷減小，MF不斷增大C.F不變，MF不斷增大D.F與MF均保持不變 4.在第2題中，若開始時有一水平力F作用于B端，使桿偏離豎直位置一個角度靜止，現(xiàn)保持不變，將F的方向在桿旋轉(zhuǎn)的平面內(nèi)由水平逐漸變化到豎直位置，如圖所示，在這一過程中，下列說法正確的是（ ）A.F不斷變大，MF不斷變小B.F先變大后變小，MF不變C.F先變小后變大，MF不變D.MF不變，F(xiàn)的變化情況無法確定 5.如圖所示，ON桿可以在豎直平面內(nèi)繞O點(diǎn)自由轉(zhuǎn)動，若在N端分別沿圖示方向施力F1、F2、F3，桿均能靜止在圖示位置上，則三力的大小關(guān)系是（ ）A.F1=F2=F3 B.F1>F2>F3C.F2>F1>F3 D.F1>F3>F2 6.一根重為G的均勻木棒，一端用繩子吊起，另一端支于木板上，設(shè)木棒與地面間的動摩擦因數(shù)為,當(dāng)懸繩豎直時，木棒處于平衡狀態(tài)，此時木棒受到地面的支持力_.參考答案1.D 2.A 3.C 4.C 5.D 6.垂直地面向上