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2019-2020年高一物理 第四章 物體的平衡 有固定轉(zhuǎn)動軸物體的平衡 第一課時 3 ●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 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 力臂和力矩的概念. ●教學(xué)方法 實驗法、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)動實例，學(xué)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(xué)生活動設(shè)計］ 討論歸納. ［師生互動］歸納： ①物體在轉(zhuǎn)動 ②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，那么物體上的各點的運動軌跡是什么？ 學(xué)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(jié)合實例師生互動分析］ 結(jié)論：圓周的中心在同一直線上. ［知識點認知］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)點看待？ ［教學(xué)設(shè)計］目的是讓A層次的同學(xué)對轉(zhuǎn)動軸有深入的認識. 2.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” ①物體要有固定轉(zhuǎn)動軸 ②受到力的作用 ③保持——“持續(xù)” 3.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］ 結(jié)合已有知識猜想，先記下自己的猜想結(jié)果. 演示實驗 情景1：推門時，在離轉(zhuǎn)軸較遠的地方推，用比較小的力就能把門推開；在離轉(zhuǎn)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(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)生活動設(shè)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(jié)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(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. 3.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：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］ 簡單討論驗證歸納. 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O自由轉(zhuǎn)動，在A端懸掛一質(zhì)量為m的物體，棒在細繩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α，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］ 獨立寫出結(jié)果. ［投影結(jié)果］ MG=mgl Mm=-mgl MF=-Flsinα M0=0 思考題：力矩的正、負表示方向嗎？ ［學(xué)生討論，教師強調(diào)］ 力矩的正負不表力矩的方向，只說明轉(zhuǎn)動效果. 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(xué)設(shè)計］ ①同學(xué)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(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. 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?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)生匯報實驗結(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） ［強化訓(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 三、小結(jié) ［學(xué)生活動設(shè)計］ 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)動平衡問題？ 3.試寫出力矩平衡條件的幾種表達形式. 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，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