有固定轉(zhuǎn)動(dòng)軸的物體的平衡的教案示例

1、 有固定轉(zhuǎn)動(dòng)軸的物體的平衡的教案示例 教學(xué)目的通過(guò)力臂、力矩概念的教學(xué)，使學(xué)生理解有固定轉(zhuǎn)動(dòng)軸物體的平衡狀態(tài)及平衡條件，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)（觀(guān)察、分析）、物理思維（推理、抽象、理想化）及運(yùn)用數(shù)學(xué)方法解決實(shí)際問(wèn)題的能力。教學(xué)過(guò)程教具演示實(shí)驗(yàn)用能自由轉(zhuǎn)動(dòng)的自行車(chē)后輪。學(xué)生實(shí)驗(yàn)用教具：1力矩盤(pán)及鉤碼、支架、彈簧秤、直角三角板（參見(jiàn)圖1）。每2人一組。2有刻度的均勻杠桿、支架、鉤碼4個(gè)、懸線(xiàn)及彈簧秤（參見(jiàn)圖2）。每2人一組。 一、溫故知新 提問(wèn) 1什么叫力？力的作用效果是什么？對(duì)同一個(gè)質(zhì)點(diǎn)，力的作用效果不同，可能是什么原因？（學(xué)生回答略）2在共點(diǎn)力作用下，物體的運(yùn)動(dòng)可能是什么狀態(tài)？什么叫處于平衡狀態(tài)？（學(xué)生

2、回答略） 二、提出新課題 引入 本節(jié)課討論“有固定轉(zhuǎn)動(dòng)軸的物體的平衡”問(wèn)題。（板書(shū)標(biāo)題。）演示 若甲、乙、丙三個(gè)小孩，用同樣大的力F1、F2、F3作用于無(wú)鏈條的自行車(chē)后輪邊緣上同一點(diǎn)P，方向如圖3所示。觀(guān)察、結(jié)論： F1使車(chē)輪產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)效果顯著； F2不產(chǎn)生使車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)的效果； F3使車(chē)輪產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)效果不明顯。提問(wèn) 三個(gè)力大小相等，作用于同一點(diǎn)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(xiàn)的空間方位不同?；脽麸@示 如圖4所示，軸到力的作用線(xiàn)的距離L1、L2、L3不同。疊映顯示力臂L1、L2、L3，以強(qiáng)化印象。由L1隨F1慢動(dòng)作轉(zhuǎn)變位置到F3（L3）、F2（L2），但力都與力臂垂直

3、。小結(jié) 板書(shū) （1）力臂（L）：從轉(zhuǎn)動(dòng)軸到力的作用線(xiàn)的（垂直）距離。分析提問(wèn) 同樣的力臂（如L1），力變大（如F12F1），產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)效果會(huì)有什么變化？議論、觀(guān)察演示、回答 （略）小結(jié) 力、力臂無(wú)論哪一個(gè)增大，力產(chǎn)生的使物體轉(zhuǎn)動(dòng)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(xué)中稱(chēng)：板書(shū) （2）力與力臂的乘積叫力矩。M=FL，單位：Nm（與“J”不同）。分析 不同大小的力矩，使物體產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)效果不同。因此初中學(xué)過(guò)的杠桿平衡條件可敘述為： 動(dòng)力矩=阻力矩。講述 力矩的方向，可以從力使物體轉(zhuǎn)動(dòng)的方向得知，如圖3沖力F1的力矩是順時(shí)針?lè)较虻?。板?shū) 力矩有順時(shí)針?lè)较蚺c逆時(shí)針?lè)较虻膮^(qū)別，可分

4、別用“+”或“-”號(hào)表示。演示 用力F1使輪轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)后，撤去F1，持續(xù)觀(guān)察。提問(wèn) 看到了什么現(xiàn)象？為什么會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象？回答 軸處有摩擦力和空氣阻力產(chǎn)生阻力矩。提問(wèn) 阻力不存在，會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？回答 由于慣性，輪子會(huì)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，永不停止。提問(wèn) 若有阻力，能否實(shí)現(xiàn)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)？回答 施一個(gè)與阻力矩等大的反向力矩（圖5所示），如裝上鏈條，用恰當(dāng)?shù)牧瓌?dòng)鏈條。板書(shū) 力矩是使物體產(chǎn)生加速轉(zhuǎn)動(dòng)的原因，是改變物體轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)的原因。 （3）有固定轉(zhuǎn)動(dòng)軸物體保持靜止或勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的狀態(tài)叫做處于平衡狀態(tài)。說(shuō)明 平衡是一種特殊狀態(tài)，平衡是有條件的。板書(shū) （4）有固定轉(zhuǎn)動(dòng)軸物體的平衡條件：為了找到平衡的條件，請(qǐng)同學(xué)們做下列實(shí)驗(yàn)

5、。實(shí)驗(yàn)1 用圖1裝置，在力矩盤(pán)處于平衡時(shí)，將力F1、F2、F3、F4、F5的值及相應(yīng)的力臂L1、L2、L3、L4、L5的值分別記入表中?；脽麸@示結(jié)論 在誤差范圍內(nèi)，順時(shí)針力矩和等于逆時(shí)針力矩和，即M順=M逆；或 M0。（代數(shù)和為零）講解 板書(shū)（5）解決實(shí)際問(wèn)題的步驟；（a）確定研究對(duì)象哪個(gè)物體；（b）分析狀態(tài)及受力畫(huà)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(dá)式，代入數(shù)據(jù)；（e）作必要的討論，寫(xiě)出明確的答案。例1 如圖6所示的杠桿，O為水平固定無(wú)摩擦的轉(zhuǎn)軸，OA2OB，B點(diǎn)處掛4.0N的物體，在A端施一個(gè)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

6、時(shí)間。）實(shí)驗(yàn)2 做如圖6的實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證杠桿能否平衡。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(duì)O軸：G·OB=TA·LATA· OA·sin又由于TA=2.5牛，故=53°或127°。即2.5牛的力沿與水平杠桿成53°或127°的方向拉桿的A點(diǎn)處，杠桿均能平衡。提問(wèn) TA有沒(méi)有極小值？臂最大。例2 如圖8，重G的均勻桿上端固定在無(wú)摩擦的水平軸O上，下端A處施力F。桿靜止時(shí)，與豎直方向成角，若=120°，=30°，則施力F多大？解力F的逆時(shí)針力矩

7、與桿的重力矩平衡時(shí)，桿靜止。據(jù)此畫(huà)受力圖9。桿OA受力G與F，處于靜止，故M=0。提問(wèn) 力F有沒(méi)有極值？回答 當(dāng)一定時(shí)，90°力臂最大，F(xiàn)有極小值， 力F增至最大， 三、回憶小結(jié) 本課要點(diǎn)：1力臂、力矩、有固定轉(zhuǎn)動(dòng)軸物體的平衡狀態(tài)和平衡條件。2解決實(shí)際問(wèn)題的思路、方法與步驟。 四、課后作業(yè) （一）實(shí)驗(yàn)與思考1將實(shí)驗(yàn)1的砝碼去掉一個(gè)或兩個(gè)后，力矩盤(pán)能平衡嗎？若撤去彈簧秤，力矩盤(pán)還能平衡嗎？2當(dāng)力矩盤(pán)“偏心”（重心不在軸上）時(shí)，會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？如何校正？自己動(dòng)手試試。3小實(shí)驗(yàn)：自己動(dòng)手做桿秤。（二）書(shū)面作業(yè)1教材（人民教育出版社1987年版高中物理上冊(cè)）第35頁(yè)練習(xí)七第（1）（6）題；2

8、教材（同上）第45頁(yè)習(xí)題（7）。教學(xué)說(shuō)明1充分、仔細(xì)地觀(guān)察，使學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)積累到足夠的數(shù)量，有了興趣和疑問(wèn)，積極思考，悟出了道理，認(rèn)識(shí)產(chǎn)生了飛躍，達(dá)到了理性階段。實(shí)踐認(rèn)識(shí)再實(shí)踐再認(rèn)識(shí)，是認(rèn)識(shí)的必由之路。感性知識(shí)越豐富，理性認(rèn)識(shí)才更扎實(shí)。本節(jié)課盡可能增加演示和學(xué)生實(shí)驗(yàn)，創(chuàng)設(shè)物理情景，使學(xué)生的認(rèn)識(shí)過(guò)程與教學(xué)過(guò)程同步，以利于摒棄原有的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)（如有力矩物體才能轉(zhuǎn)動(dòng)），形成正確的較深刻的概念。2發(fā)展思維是培養(yǎng)學(xué)生能力必須的條件和重要任務(wù)之一，也是學(xué)生在教學(xué)過(guò)程中實(shí)踐的結(jié)果。本節(jié)安排的實(shí)驗(yàn)，對(duì)學(xué)生觀(guān)察與思考，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)象，形成概念，認(rèn)識(shí)規(guī)律，培養(yǎng)推理能力都是極為必要的。在具體處理時(shí)，通過(guò)例題剖析，使學(xué)生初步領(lǐng)略用數(shù)學(xué)方法處理物理問(wèn)題的途徑，培養(yǎng)了學(xué)生綜合解決實(shí)際問(wèn)題的能力。對(duì)高一學(xué)生來(lái)說(shuō)，跨入定量處理問(wèn)題的物理階梯是重要的和不可缺少的能力訓(xùn)練。3在教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生的思維活動(dòng)是主要的活動(dòng)，教師的主導(dǎo)作用在于