2019-2020年高一物理 第四章 物體的平衡 三、有固定轉(zhuǎn)動(dòng)軸物體的平衡(第一課時(shí)) 人教大綱版第一冊(cè)從容說(shuō)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(dòng)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(dòng)或改變轉(zhuǎn)動(dòng)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(duì)于力矩，沒(méi)有說(shuō)明它是矢量，只是說(shuō)明力矩可使物體向不同方向轉(zhuǎn)動(dòng)，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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)平衡問(wèn)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(lái)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(dòng)軸、轉(zhuǎn)動(dòng)平衡和力臂等概念師生互動(dòng)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(shí)點(diǎn)。教學(xué)目標(biāo)一、知識(shí)目標(biāo)1.知道什么是轉(zhuǎn)動(dòng)軸和有固定轉(zhuǎn)動(dòng)軸的物體的平衡狀態(tài).2.掌握力臂的概念，會(huì)計(jì)算力矩.3.理解有固定轉(zhuǎn)動(dòng)軸的物體的平衡條件.二、能力目標(biāo)通過(guò)有固定轉(zhuǎn)動(dòng)軸的物體的平衡條件的得出過(guò)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(wèn)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(dòng)平衡狀態(tài)，力矩的概念.2.有固定轉(zhuǎn)動(dòng)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(shí)安排1課時(shí)教學(xué)過(guò)程投影本節(jié)課學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)軸的物體的平衡條件.學(xué)習(xí)目標(biāo)完成過(guò)程一、導(dǎo)入新課CAI課件模擬物體轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)例，學(xué)生觀察、思考用手開(kāi)門用扳手?jǐn)Q螺絲用撬棒撬石塊等學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)討論歸納.師生互動(dòng)歸納：物體在轉(zhuǎn)動(dòng)力的作用效果設(shè)問(wèn)引入：這類轉(zhuǎn)動(dòng)問(wèn)題在初中已學(xué)過(guò)，并不僅僅由力來(lái)決定轉(zhuǎn)動(dòng)效果，那到底跟什么因素有關(guān)呢？二、新課教學(xué)1.轉(zhuǎn)動(dòng)軸CAI課件展示門的轉(zhuǎn)動(dòng)，車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng).問(wèn)題思考：畫(huà)面上的各物體都在轉(zhuǎn)動(dòng)，那么物體上的各點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡是什么？學(xué)生討論可得：軌跡是圓周，做圓周運(yùn)動(dòng).問(wèn)題思考：圓周的中心是一個(gè)嗎？有什么特點(diǎn)？結(jié)合實(shí)例師生互動(dòng)分析結(jié)論：圓周的中心在同一直線上.知識(shí)點(diǎn)認(rèn)知這條直線叫做轉(zhuǎn)動(dòng)軸.思考題：研究物體的轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，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(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸有深入的認(rèn)識(shí).教師點(diǎn)撥 1轉(zhuǎn)動(dòng)軸有時(shí)是物體轉(zhuǎn)動(dòng)的實(shí)際的軸，例如門、窗、車輪都有實(shí)際的軸，通過(guò)這個(gè)實(shí)際的軸的中心線是轉(zhuǎn)動(dòng)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(wú)滑動(dòng)地滾上臺(tái)階，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中輪子始終繞著它與臺(tái)階的接觸點(diǎn)A轉(zhuǎn)動(dòng)，可以設(shè)想通過(guò)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(dòng)看成是繞著這根轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng) 3處于轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng) 4在研究物體的轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，物體不能當(dāng)作質(zhì)點(diǎn)看待 (二)轉(zhuǎn)動(dòng)平衡 設(shè)問(wèn)：有固定轉(zhuǎn)動(dòng)軸的物體一定會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)嗎? 師生結(jié)合實(shí)例分析有固定轉(zhuǎn)動(dòng)軸的物體可能靜止，可能勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，還可能變速轉(zhuǎn)動(dòng)指導(dǎo)學(xué)生閱讀P74第一段概念：一個(gè)有固定轉(zhuǎn)動(dòng)軸的物體，在力的作用下，如果保持靜止或勻速轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)平衡分析“關(guān)鍵之處”物體要有固定轉(zhuǎn)動(dòng)軸受到力的作用保持“持續(xù)”（三）.力臂設(shè)問(wèn)：有固定轉(zhuǎn)動(dòng)軸的物體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)效果由哪些因素決定呢？學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)結(jié)合已有知識(shí)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(shí)，在離轉(zhuǎn)軸較遠(yuǎn)的地方推，用比較小的力就能把門推開(kāi)；在離轉(zhuǎn)軸不遠(yuǎn)的地方推，用較大的力才能把門推開(kāi).情景2：用手直接擰螺帽，擰不太緊，但是用扳手來(lái)擰，很容易就擰緊了.針對(duì)實(shí)例結(jié)合已有知識(shí)體系師生共析結(jié)論：力對(duì)物體的轉(zhuǎn)動(dòng)作用效果不僅與力的大小有關(guān)，還和力到轉(zhuǎn)動(dòng)軸的距離有關(guān).力越大，力到轉(zhuǎn)動(dòng)軸的距離越大，力對(duì)物體的轉(zhuǎn)動(dòng)作用就越大.過(guò)渡引導(dǎo)為了反映轉(zhuǎn)動(dòng)效果與力到轉(zhuǎn)動(dòng)軸的距離有關(guān)，要引入一個(gè)新的物理量力臂.定義：從轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)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(gè)因素歸合為一個(gè)因素.例：畫(huà)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(dòng)軸第二步：找到畫(huà)出力的作用線第三步：從轉(zhuǎn)動(dòng)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(wèn)：力的轉(zhuǎn)動(dòng)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(gè)新的物理量力矩.（1）定義：力F和力臂L的乘積叫做力對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸的力矩，符號(hào)為M.(2)公式：M=FL(3)意義：描述力對(duì)物體的轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng).規(guī)定：使物體向逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)的力矩為正力矩；使物體向順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)的力矩為負(fù)力矩.思考題：在什么情況下，力對(duì)物體轉(zhuǎn)動(dòng)沒(méi)有效果.學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)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(dòng)，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(zhǎng)為l，AB與棒的夾角為，則作用于棒上的四個(gè)力的力矩分別為多少？學(xué)生活動(dòng)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(shuō)明轉(zhuǎn)動(dòng)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(gè)力矩，分別是F1、F2、F3的力矩.1.這三個(gè)力的力矩大小如何求解？2.這三個(gè)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(dòng)分析歸納1.要求三個(gè)力的力矩，可以先找到三個(gè)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(gè)力矩，如果在該力矩作用下，物體逆時(shí)針轉(zhuǎn)，則該力矩為正；如果物體順時(shí)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(wèn)如果上圖中的力矩盤處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，這三個(gè)力的力矩滿足什么關(guān)系呢？學(xué)生每?jī)扇艘唤M，按圖組裝，研究這三個(gè)力矩在力矩盤靜止時(shí)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(shí)，作用在力矩盤上的三個(gè)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(shū)有固定轉(zhuǎn)動(dòng)軸的物體的平衡條件是：使物體向順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)的力矩之和等于使物體向逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)的力矩之和.即：M1=M2+M3或者：有固定轉(zhuǎn)動(dòng)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(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)，用水平力F=10 N作用在棒的A端時(shí)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(guò)程解：設(shè)直棒的長(zhǎng)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(duì)物體的轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)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(dòng) 討論并解答上述問(wèn)題 教師點(diǎn)撥 1力對(duì)物體轉(zhuǎn)動(dòng)作用的大小不僅與力有關(guān)，還跟力臂有關(guān)即力對(duì)物體轉(zhuǎn)動(dòng)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(shuō)力越大，力對(duì)物體的轉(zhuǎn)動(dòng)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(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)的力矩M1，等于使物體向順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)的力矩M2 如果規(guī)定使物體向逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)的力矩為正，使物體向順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)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(gè)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(dòng)的距離的單位，物體移動(dòng)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(duì)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(gè)方向分解，平行于桿的分力對(duì)桿無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng)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(zhǎng)的乘積 三、小結(jié) 投影小結(jié)思考題 1 的直線，叫轉(zhuǎn)動(dòng)軸 2 叫物體處于轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)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(shí)，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(shí)，為什么不考慮通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)軸的力的力矩作用.五、板書(shū)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(duì)于同一轉(zhuǎn)軸，兩個(gè)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(duì)同一轉(zhuǎn)軸，兩個(gè)大小相等，方向相同的力，產(chǎn)生的力矩一定是相等的C.對(duì)同一轉(zhuǎn)軸，兩個(gè)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(gè)不等的力，對(duì)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(gè)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(shuō)法正確的是（ ）A.F逐漸增大，F(xiàn)對(duì)鉸鏈的力矩不斷增大B.F逐漸增大，F(xiàn)對(duì)鉸鏈的力矩不斷減小C.F逐漸減小，它對(duì)鉸鏈的力矩增大D.F逐漸減小，它對(duì)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(gè)方向始終水平的力F使桿緩慢抬至水平，這一過(guò)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(kāi)始時(shí)有一水平力F作用于B端，使桿偏離豎直位置一個(gè)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(guò)程中，下列說(shuō)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(wú)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(dòng)，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(dòng)摩擦因數(shù)為,當(dāng)懸繩豎直時(shí)，木棒處于平衡狀態(tài)，此時(shí)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