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2019-2020年高一物理 第四章 物體的平衡 有固定轉(zhuǎn)動(dòng)軸物體的平衡 第一課時(shí) 3 ●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］ ①用手開門 ②用扳手?jǐn)Q螺絲 ③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： ①物體在轉(zhuǎn)動(dòng) ②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). 2.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” ①物體要有固定轉(zhuǎn)動(dòng)軸 ②受到力的作用 ③保持——“持續(xù)” 3.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；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(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)］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(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. 3.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. ①F=0 ②L=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α，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=-mgl MF=-Flsinα 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. 4.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)］ ①同學(xué)獨(dú)立作答 ②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］ 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 三、小結(jié) ［學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)］ 結(jié)合給出的小結(jié)提綱. ［投影］本節(jié)提綱 1.本節(jié)學(xué)習(xí)了幾個(gè)新的物理量？其意義是什么？如何確定其大??？ 2.歸納一些典型的轉(zhuǎn)動(dòng)平衡問(wèn)題？ 3.試寫出力矩平衡條件的幾種表達(dá)形式. 四、作業(yè) 1.課后作業(yè)：練習(xí)二1、2 2.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、板書設(shè)計(jì)