2019-2020年高一物理 第四章 物體的平衡 三、有固定轉動軸物體的平衡(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、有固定轉動軸物體的平衡(第一課時) 人教大綱版第一冊.doc》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《2019-2020年高一物理 第四章 物體的平衡 三、有固定轉動軸物體的平衡(第一課時) 人教大綱版第一冊.doc（7頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

2019-2020年高一物理 第四章 物體的平衡 三、有固定轉動軸物體的平衡(第一課時) 人教大綱版第一冊 ●從容說課 本節(jié)是繼共點力力作用下物體的平衡之后學習物體另一種平衡狀態(tài)，即轉動平衡。 力矩的概念應從分析中得出，使學生知道：要使物體轉動或改變轉動的狀態(tài)，不僅跟作用力的大小有關，而且跟力的作用線離轉軸的遠近有關，在此基礎上引出力臂的概念.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動，所以只知道力矩的大小是不夠的，但應注意力矩的正負并不表示力矩的矢量意義，物體的轉動方向也不是力矩矢量的方向. 本節(jié)課的教學目標定位如下： 1．了解轉動平衡的概念。 2．理解力臂和力距的概念。 3．理解有固定轉動軸物體的平衡 4．平衡能應用平衡條件處理有關轉動平衡問題。 本節(jié)的教學重點是力矩平衡條件的理解. 本節(jié)的教學難點是力臂大小的確定. 本節(jié)采用實驗法、歸納法、講授法來促使教學目標的實現(xiàn)。 本節(jié)的教學程序安排如下： CAI課件模擬，分析設疑，導入新課→類比歸納，擰計轉動軸、轉動平衡和力臂等概念→師生互動探究得到力矩的平衡條件→課堂討論拓展強化本節(jié)知識點。 ●教學目標 一、知識目標 1.知道什么是轉動軸和有固定轉動軸的物體的平衡狀態(tài). 2.掌握力臂的概念，會計算力矩. 3.理解有固定轉動軸的物體的平衡條件. 二、能力目標 通過有固定轉動軸的物體的平衡條件的得出過程，培養(yǎng)學生的概括能力和分析推理能力. 三、德育目標 培養(yǎng)學生研究物理問題的能力和興趣，了解科學方法在物理研究中的應用. ●教學重點 1.轉動平衡狀態(tài)，力矩的概念. 2.有固定轉動軸的物體的平衡條件. ●教學難點 力臂和力矩的概念. ●教學方法 實驗法、歸納法、講授法、 分層教學法. ●教學用具 投影儀、力矩盤、鉤碼、彈簧秤. ●課時安排 1課時 ●教學過程 ［投影本節(jié)課學習目標］ 1.了解轉動平衡的概念. 2.理解力臂和力矩的概念. 3.理解有固定轉動軸的物體的平衡條件. [學習目標完成過程] 一、導入新課 ［CAI課件模擬物體轉動實例，學生觀察、思考］ ①用手開門 ②用扳手擰螺絲 ③用撬棒撬石塊等 ［學生活動設計］ 討論歸納. ［師生互動］歸納： ①物體在轉動 ②力的作用效果 設問引入：這類轉動問題在初中已學過，并不僅僅由力來決定轉動效果，那到底跟什么因素有關呢？ 二、新課教學 1.轉動軸 ［CAI課件展示］ 門的轉動，車輪的轉動，電動機的轉動. 問題思考： 畫面上的各物體都在轉動，那么物體上的各點的運動軌跡是什么？ 學生討論可得： 軌跡是圓周，做圓周運動. 問題思考： 圓周的中心是一個嗎？有什么特點？ ［結合實例師生互動分析］ 結論：圓周的中心在同一直線上. ［知識點認知］這條直線叫做轉動軸. 思考題： 研究物體的轉動時，物體能否當作質點看待？ ［教學設計］目的是讓A層次的同學對轉動軸有深入的認識. [教師點撥] 1．轉動軸有時是物體轉動的實際的軸，例如門、窗、車輪都有實際的軸，通過這個實際的軸的中心線是轉動軸． 2．有的情況不一定有這種實際的軸。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，運動過程中輪子始終繞著它與臺階的接觸點A轉動，可以設想通過A點垂直于圓柱有一根固定的水平轉軸，把圓柱向上的滾動看成是繞著這根轉軸的轉動． 3．處于轉動平衡狀態(tài)的物體，如果失去平衡，物體將發(fā)生非勻速轉動． 4．在研究物體的轉動時，物體不能當作質點看待． (二)轉動平衡 設問：有固定轉動軸的物體一定會轉動嗎? [師生結合實例分析] 有固定轉動軸的物體可能靜止，可能勻速轉動，還可能變速轉動． ［指導學生閱讀P74第一段］ 概念：一個有固定轉動軸的物體，在力的作用下，如果保持靜止或勻速轉動——轉動平衡 分析“關鍵之處” ①物體要有固定轉動軸 ②受到力的作用 ③保持——“持續(xù)” （三）.力臂 設問：有固定轉動軸的物體轉動時，轉動效果由哪些因素決定呢？ ［學生活動設計］ 結合已有知識猜想，先記下自己的猜想結果. 演示實驗 情景1：推門時，在離轉軸較遠的地方推，用比較小的力就能把門推開；在離轉軸不遠的地方推，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. ［針對實例結合已有知識體系師生共析］ 結論：力對物體的轉動作用效果不僅與力的大小有關，還和力到轉動軸的距離有關.力越大，力到轉動軸的距離越大，力對物體的轉動作用就越大. ［過渡引導］為了反映轉動效果與力到轉動軸的距離有關，要引入一個新的物理量——力臂. 定義：從轉動軸到力的作用線的距離. ［強調］①到力的作用線 ②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？ ［學生活動設計］ A.討論解釋 B、C.師生共析，給出提示： 從力的作用點和力的方向考慮. ［結論］力臂的大小是由力的作用點和力的方向共同決定的；力臂概念的引入，實際上是把力的三要素中的力的作用點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：找到轉動軸 第二步：找到畫出力的作用線 第三步：從轉動軸到力的作用線作垂線，轉軸和垂足之間的距離就是力臂. （四）.力矩 設問：力的轉動效果既跟力F的大小有關，又跟力臂L的大小有關.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：描述力對物體的轉動效果 （4）單位：牛米（Nm) (5)正負：力矩可以使物體向不同的方向轉動.規(guī)定：使物體向逆時針方向轉動的力矩為正力矩；使物體向順時針方向轉動的力矩為負力矩. 思考題： 在什么情況下，力對物體轉動沒有效果. ［學生活動設計］ 簡單討論驗證歸納. ①F=0 ②L=0 例：如右圖，質量為m的均勻直棒OA可繞墻上絞點O自由轉動，在A端懸掛一質量為m的物體，棒在細繩AB的作用下處于水平靜止狀態(tài).已知棒長為l，AB與棒的夾角為α，則作用于棒上的四個力的力矩分別為多少？ ［學生活動設計］ 獨立寫出結果. ［投影結果］ MG=mgl Mm=-mgl MF=-Flsinα M0=0 思考題：力矩的正、負表示方向嗎？ ［學生討論，教師強調］ 力矩的正負不表力矩的方向，只說明轉動效果. （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力矩？ ［教學設計］ ①同學獨立作答 ②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，則該力矩為正；如果物體順時針轉，則該力矩為負. 據(jù)此判定：F1的力矩為正，F(xiàn)2、F3的力矩為負 ［問］如果上圖中的力矩盤處于靜止狀態(tài)時，這三個力的力矩滿足什么關系呢？ ［學生每兩人一組，按圖組裝，研究這三個力矩在力矩盤靜止時的關系］ ［教師巡回指導］ ［學生匯報實驗結果］ 當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系： M1=M2+M3或M1+M2+M3=0 ［教師總結并板書］ 有固定轉動軸的物體的平衡條件是： 使物體向順時針方向轉動的力矩之和等于使物體向逆時針方向轉動的力矩之和.即： M1=M2+M3 或者：有固定轉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動的力矩為正，反之為負） ［強化訓練］ 如圖所示，一根均勻直棒OA可繞軸O轉動，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？ ［學生求解本題］ ［教師用投影儀展示正確的解題過程］ 解：設直棒的長度為l，由力矩平衡條件有： Flcos30= sin30 G==34.6 N [課堂討論] 1．力越大，力對物體的轉動作用是否就一定大? 2．試用杠桿平衡條件導出有固定轉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? [學生活動] 討論并解答上述問題． [教師點撥] 1．力對物體轉動作用的大小不僅與力有關，還跟力臂有關．即力對物體轉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動的力矩M1，等于使物體向順時針方向轉動的力矩M2． 如果規(guī)定使物體向逆時針方向轉動的力矩為正，使物體向順時針方向轉動的力矩為負． 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． ①光求出力對轉軸的力臂，再由定義式M=FL求力矩． ②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 [投影小結思考題] 1． 的直線，叫轉動軸． 2． 叫物體處于轉動平衡狀態(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； 叫負力矩． 7．有固定轉動軸的物體的平衡條件是 ，數(shù)學表達式為 ． 四、作業(yè) 1.課后作業(yè)：練習二1、2 2.復習初中相關知識，溫習該節(jié)內容. 3.預習第四節(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動軸的力的力矩作用. 五、板書設計 六、本節(jié)優(yōu)化訓練設計 1.關于力矩的下列敘述中正確的是 A.對于同一轉軸，兩個大小相等、方向不同的力，產生的力矩不可能是相同的 B.對同一轉軸，兩個大小相等，方向相同的力，產生的力矩一定是相等的 C.對同一轉軸，兩個大小相等，方向不同，但作用于同一點的力，產生的力矩不可能是相等的 D.兩個不等的力，對同一轉軸產生的力矩可能是相等的 2.均勻桿AB，A端用光滑鉸鏈固定，處于豎直靜止狀態(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θ靜止，現(xiàn)保持θ不變，將F的方向在桿旋轉的平面內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繞O點自由轉動，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，則三力的大小關系是（ ） A.F1=F2=F3 B.F1>F2>F3 C.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，設木棒與地面間的動摩擦因數(shù)為μ,當懸繩豎直時，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