《有固定转动轴物体的平衡》教学设计

《有固定转动轴物体的平衡》教学设计（精选6篇）

《有固定转动轴物体的平衡》教学设计 第1篇

教学目标

知识目标

1、理解力臂的概念，

2、理解力矩的概念，并会计算力矩

能力目标

1、通过示例，培养学生对问题的分析能力以及解决问题的能力

情感目标：

培养学生对现象的观察和探究能力，同时激发学习物理的兴趣。

教学建议

教材分析

1、教材从力有转动效果出发通过实例分析一个力的转动效果取决于力臂，力臂越长，效果越显著.教学中应明确指出，引入力矩概念是反映力的转动效果.

教法建议

1、学生难以掌握的是力臂.常出现的错误是把转轴到力的作用点的距离当作力臂.

2、力矩的平衡，大纲作为选学内容，考试说明中不作要求.可以结合初中学习过的杠杆平衡条件介绍力矩的平衡条件.为了减轻负担，教学中可以回避力矩的矢量性.

关于例题讲解时的例题导入建议

在例题讲解时，注意语言的简洁以及要点的总结，如：

1、教师总结：力对物体的转动效果，取决于力矩.力矩为力与力臂的.乘积，因此，求力对于某一固定转轴的力矩，要先明确转轴，再找力臂(转轴到力的作用线的距离)，才能求出力矩，力若沿着力的作用线滑移，力矩的大小不变.

2、例题要点：几个力作用在有固定转轴的物体上，如果使物体沿顺时针方向转动的力矩与使物体沿逆时针方向转动的力矩相等，则物体处于转动平衡状态.处于转动平衡状态的物体，或者静止，或者保持匀速转动.

教学设计示例

关于课题导入的教学设计示例

本节的关键是准确分析确定力臂.为此在导入时要尽可能的举学生熟悉的例子进行分析.如：1、同学们请闭上你的眼睛，你能想起你家大门的把手在哪吗?你骑过变速自行车吗?在打闹时，你关门不让别人进屋，你推挤门的什么位置才能有效的挤住门?(如果是农村学校，可多举些农用机械中的力矩的例子，农用工具中的力矩的例子.)

2、回忆力的三要素：大小，方向，作用点.请同学举例说明在力的大小和方向都确定的情况下，不同的作用点就有不同的作用效果.

《有固定转动轴物体的平衡》教学设计 第2篇

一、教学设想

作为初中杠杆平衡知识的延续，有固定转动轴物体的平衡问题再度被新教材选为必修内容。在掌握共点力作用下物体的平衡内容之后，正确掌握和应用有固定转轴的物体平衡条件的关键是对力矩概念的理解。

力矩是由力的概念衍生出来的一个概念，它是高中力学体系中的一个技叉知识，在调查中不难发现不少老师对力矩概念的教学未给予足够的重视，只告诉学生力矩是描写力使物体产生转动效果的物理量，它的定义是力和力臂的乘积，定义式是M=F・L，其中力臂L是转动轴到力作用线的距离。这种教法虽然能够较快地完成教学任务，但学生却感到生硬和乏味，许多学生学过力矩概念后，仍然弄不清为什么要建立力矩概念，力矩作为描写力的转动效果为什么要定义为M=F・L而不是别的形式等等，对学生来说，这些问题不解决，力矩的概念并没有在头脑里真已建立起来，有固定转动轴物体的平衡条件就没有落到实处。

为了克服以上弊端，必须突破原来的教学方案，其基本思想是：突出科学方法教育，注重知识形成过程，增强学生学习过程中的探索成分。

二、教学目标与要求

知识与技能：

认识转动物体，并能找出转轴;理解力矩的概念，知道有固定转轴物体处于平衡状态的含义和遵从的条件;运用力矩平衡解决实际问题。

过程与方法：

通过力矩概念的形成过程，使学生认识到一个概念的建立有它的必然性和不可替代性;通过实验引发问题、验证规律、培养学生观察能力和探索规律的科学方法。

情感与态度：通过亲身体验一些平衡小实验，感受身边的平衡现象，激发学习物体知识的热情。

三、教学过程

1.建立力臂的概念

教师：我们已经知道，力的作用能改变物体的形状，也能改变物体运动状态，物体的机械运动有平动和转动两种基本形式，那么，在转动物体时，力的作用效果跟那些因素有关。

学生：力的大小、方向和作用点

教师：对!这叫力的三要素，但是，科学总是力求用最简洁的语言去描写世界，对影响力转动效果的3个因素，我们能否将它进行归并，使之简化呢?

实验表明，在保持作用力不变的情况下，力的作用效果不是由力的作用点与转轴之间的距离决定的，而是由力的作用线与转轴之间的距离决定，这个距离叫力臂。

[实验1]：如图用弹簧秤以大小相等的力分别作用在教室在门的中点B和边缘A(让作用在A点的力与门夹角约30°)，结果门转动快慢一致。

教师：力臂的大小是由哪些因素决定的?力臂概念的引出有什么作用和意义?

学生：力臂的大小是由力的作用点和力的方向共同决定的，力臂概念的`引出、实际上是把力的作用点和力的方向这两个因素合二为一。

教师：试用力臂概念叙述力所产生的转动效果由哪些因素决定

学生：影响力所产生的转动效果因素是力和力臂，力越大、力臂越大力产生的转动效果就越明显。

2.力矩概念的建立

教师：在初中物理我们学过，压力作用效果既跟压力F有关，又跟受力面积S有关;用压力F和受力面积S的比值F/S可以很好地描述压力作用效果现在我们知道，力的转动效果跟力F和力臂L的大小有关，那么，力F和力臂L应当怎样组合起来才能很好地描述力的转动效果呢?能将力F和力臂L相加，即F+L来描述的转动效果吗?为什么?

学生：不能，因为F与L是两个性质不同的物理是，不能直接相加。

教师：还有什么理由可以说明这样做是不行的?

学生：当L为零时，力F不会产生转动效果，但在F+L中，即使L等于零，F+L仍不为零。可见，不可用F+L描述力的转动效果。

教师：那么，参照F/S，是否可以将力F和力臂L相除，即用F/L去描述力的转动效果呢?

学生：不行，因实验表明，L越大，力F的转动效果越明显，而 中，L越大，比值却越小。

教师：是否可以用FL，或更复杂的组合FL2、FL3、 ……等来描述力产生的转动效果呢?请猜测是哪一种。

学生：用F・L可能更好一些。

教师：这个选择是否正确，让我们用实验来检验。

[实验2]如图，横杆被水平悬挂，其左端系一物块，用弹簧杆在右段不同位置A、A2竖直向下拉横杆，使横杆恰能发生转动，记下两次弹簧秤读数F1、F2和点A1、A2与悬点0之间距离L1、L2实验表明F1L1=F2L2。

教师：上述实验表明、不同力作用在一个物体上，如果F・L相同，则力所产生转动效果相同，所以应当用F・L来描述力的转动效果，物理学中，我们用力矩(M)来作为描述力所产生的转动效果的物理量，可见，力矩的定义式应为 。

教师：也许也有同学猜想用FL2、FL3、 ……来描述力所产生的转动效果，它们都满足F・L，越大，其值也越大的特点，我们为什么偏偏选择FL呢?

学生：因为FL最简单

教师：是的，物理概念的建立遵从的主要原则之一为简单性原则：即要用最简练的语言，最少的因子，最简单的数学公式来描述和定物理概念，不仅如此，如果将产生相同转动效果的F1F2，L1L2分别代入FL2、FL3、 ……中，所得结果是不会相等的，可见它们违反了自然规律，所以力矩只能用M=FL来描述。

另外，力矩的单位是由力和力臂单位决定，在国际单位制中应该是什么单位。

学生：是牛・米，符号为N・m

教师：功的单位是焦耳，其量纲也是N・m，它们的物理意义一样吗?若不一样，有什么不同。

学生：它们的量纲虽然一样，但物理意义不同，力矩为1N・m反映的是1N的力，其力臂力1米时产生的转动效果，功为1J=1N・m反映的是1N的力使物体移动1米时对物体做的功，是一个过程量，体现出能量转化的属性。

3.力矩平衡

[实验3] 介绍实验装置：力矩盘均匀，其重心在圆盘中心，圆盘可以在竖直面内绕过中心的水平轴无摩擦地转动。(为使实验更快地进行，对课本中图4-8做一些改进，圆盘上挂两组钩码，另一组钩码用弹簧秤代替)。

学生读数、填表：

力

力臂

力矩

转动方向

学生结论：M1+M2=M3

给出力矩正负概念后，再由学生给出有固定

转轴物体的平衡条件：

M1+M2+…+…=0 即M总 =0

[实验4] 动态验证：如图，让学生猜想，保持

力盘平衡，当弹簧秤缓慢地由A→B→C过程中读数

的变化情况，再验证

[实验5] 体验平衡条件

(1)两脚左右分开(30cm)，在从双脚站立不变姿式改为单足站立行不行?让学生体验一下如何。从双足站立变为单足站立。

(2)侧身将一只臂和腿紧紧靠墙站立，保持这种姿式，将远离墙的一只脚提起，让靠墙的一只脚站立，让学生试试能否做到?并说明理由。

4.课堂练习(略)

四、教学效果

1.问卷调查

(1)在本节课的学习中你懂得哪些概念、掌握了哪些规律。

(2)关于力矩，下列说法正确的是：

A、力对物体的转动作用决定于力矩的大小;

B、力矩可以使物体向不同方向转动;

C、力矩等于零时，力对物体不产生转动作用;

D、因为1J=1N・m，因此力矩的单位“N・m”也可写成“J”。

(3)直杆OA可绕O轴转动，图中虚线与杆平行，杆的A端分别受到F1、F2、F3、F4四个力的作用，它们

与OA在同一竖直面内，比较它们对O点力矩M1、M2、M3、M4的大小关系。

(4)均质圆柱重G，半径R，障碍物高h=，今要使圆柱越过障碍物，则在圆柱体最高点作用的力中最小的力为多少?

(5)你能说出用F・L来描述力的转动效果的原因吗?

(6)本节课通过哪些方法获取了知识?

(7)如果给你一只锻炼身体的哑铃，你能够在保持双足站立姿式的基础上抬起你的一只脚吗?说明你的方法及理由。

(8)东北代木林场中，一根松木的重量大于磅秤的量程，现想称量松木的重量，你能做得到吗?请你写出你的方案。

(9)本节课探究到的知识有用吗?请你说说力矩平衡知识在生活中的应用。

(10)与直接给出定义和结论相比你喜欢本节课的教学方式吗?

2.统计数据： 问卷调查的共50位同学，时间为半小时

课程目标

知识与技能

过程与方法

情感与态度

题 号

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

回答正确或基本正确的人数

46

44

32

33

42

45

38

32

43

44

正确率

92%

88%

64%

66%

84%

90%

76%

64%

86%

88%

注：第九题只要找出生活中的力矩平衡一个事例即算正确;第十题只要说明喜欢本节课的教学方法就算正确。

3.结果分析

从调查情况看第一题、第二题的正确率较高，说明了学生已掌握了力矩的概念和有固定转轴物体的平衡条件，基本的知识技能目标已经达到，值得注意的是第三题与第四题的正确率均在70%以下，学生对力矩的演变和利用力矩平衡知识解决问题的能力不足，所以本节课后，安排一节“力矩平衡条件的应用”是必要的。

第五、六题的正确率超过80%，说明学生已感觉到知识的形成过程对获取知识的科学方法已有所体验，这或许是本节课的最重要的收获;第七、八题的正确率低于80%，说明应用知识解决实验问题的能力还是不能令人满意，尤其是第八题正确率只有64%，客观上该题有一定的难度，但学生迁移知识的能力较差也是不容回避的。

第九、十两题的高正确率体现了学生还是很乐意用所学知识解释身边的现象，注重知识形成过程、增强学习过程中的探索成份的教学方式还是很受学生欢迎的，但是第十题仍有12%的同学习惯于教师直接给出定义和结论认为那是“开门见山，直奔主题”，可见改变多年接受知识的模式也有过过程。

五、新的问题

刚体定轴转动教学中比较法的探讨 第3篇

本文具体阐述比较法在刚体定轴转动的教学过程中的应用, 利用质点力学中已有的概念和规律引出刚体定轴转动中的概念和规律, 通过和已掌握的概念和规律的对比, 使得对新概念和规律易于理解和接受, 进而能顺利地应用新概念和规律解决问题。

1 刚体定轴转动和质点力学的物理量的比较

在质点力学中, m表示质点质量, 是其惯性大小的量度, 在刚体力学中与其对应的量是刚体的转动惯量J, J是刚体转动惯性大小的量度。质点作直线运动时的线量和刚体定轴转动的角量之间的对应关系, 如质点运动速度v和加速度a与刚体定轴转动的转动角速度ω与角加速度β对应。质点运动动量p=mv与刚体定轴转动角动量zL=Jω (z轴为转轴) 对应。质点受力Fr与刚体对转轴力矩Mz对应。质点的平动动能Ek=mv2与刚体的转动动能kE=Jω2对应。学生在中学时就已熟悉质点直线运动的相关内容, 如果在学习刚体定轴转动时, 教师能够引导学生比较质点力学和刚体定轴转动的这几个物理量并发现他们之间的对应关系, 这样学生不仅轻松理解了刚体定轴转动的几个物理量, 并积极地参与到整个学习过程中, 发挥了想象力, 为后续相关的刚体转动定律, 动能定理, 角动量定理及守恒定律的内容作铺垫, 这样学生在学习这部分内容时不会感到枯燥、烦乱, 无从下手的感觉[1~3]。

2 刚体定轴转动和质点力学的定律和定理的比较

学生在掌握这些物理量的对应关系之后, 若教师在教学过程中加以启发, 可引导学生获得一些物理规律的对应关系, 同时也帮助学生对知识点之间进行联系与比较, 对教学内容的理解和把握会有很大的帮助。在刚体力学中, 刚体定轴转动的角动量变化的原因是合外力矩Mz, 同时又有成立, 因此容易获得转动定律Mz=Jβ, 不难看出转动定律与牛顿第二定律有相同的表现形式, 只是存在平动与转动之分, 并无本质的区别。由于牛顿定律作为经典力学的基石, 决定物体运动状态及其后续运动状态的预测, 因此刚体的转动定律也有相当重要的地位。这样通过比较来学习, 学生在学习比较难以接受的刚体转动的内容时, 更容易理解问题的物理内涵和本质, 进而能顺利地应用新规律解决问题。

我们知道质点的动能定理描述了合外力对质点所做的功等于质点动能的增量即, 刚体定轴转动动能定理给出了合外力矩所做的功等于刚体转动动能的增量。二者在形式上非常相似, 质点动能与刚体转动动能对应, 力的功和力矩的功对应, 在这里应引导学生注意到力的功与力矩的功本质相同, 其形式上不同之处在于力做元功, 指力与位移的标积, 而力矩做元功可表示为力矩与角位移的乘积dA=Mdθ, 即将质点运动中的线量 (位移) 用刚体转动中相应的角量 (角位移) 替换。前面已给出合外力与合外力矩在空间积累效应上的对应关系, 接下来分别看合外力与合外力矩在一段时间内的积累效应, 质点的角动量定理说明了合外力的冲量等于质点动量的增量, 即, 对刚体而言, 合外力矩的冲量矩等于刚体角动量的增量, 即, 通过对比发现质点动量定理与刚体角动量定理形式也十分相似, 也是线量和角量的对应。由此也容易看出质点动量守恒条件是合外力为零, 而刚体定轴转动时对转轴的角动量守恒条件是外力对转轴的力矩之和为零。

3 结语

通过将质点力学与刚体定轴转动的物理量, 定理和定律的比较, 找出它们的相同点与不同点, 不仅可以使学生从已有的知识, 去理解和掌握没有学过的知识, 而且还能使学生增强分析问题和解决问题的能力。总之, 在大学物理课堂教学中, 对于相似的内容, 引导学生多采用比较法, 找出它们的区别与联系, 可激发学生的学习积极性, 也容易引起学生的学习兴趣, 使其较快地接受物理新知识, 增强分析问题和解决问题的能力。实践证明, 比较法无疑是教学法中一种行之有效的好方法。合理应用比较法, 有助于发挥学生学习的主动性和积极性, 培养和提高大学生的自学能力, 改善教学效果。

参考文献

[1]赵近芳.大学物理学[M].北京:北京邮电大学出版社, 2008.

[2]张三慧.大学物理学[M].北京:清华大学出版社, 2000.

《有固定转动轴物体的平衡》教学设计 第4篇

如图1所示，O为转轴，物体受重力G和拉力F₁、F₂、F₃作用处于简称状态，因有固定转轴，所以只要式F₁L+F₂Lcosα+F₃Lcosβ-1/2GL=0成立，物体就处于平衡状态。而不论F₂、F₃和α、β之间的大小不同，平衡的稳定性也就不同。当F₃sinα＜F₃sinβ时，即物体在水平方向上受到的合力(转轴的作用力除外)方向向右，这时物体稍微离开平衡位置，因此，这种平衡属于稳定平衡；当F₂sinα＞F₃sinβ时，物体在水平方向受到的合力(转轴的作用力除外)方向向左，物体稍微离开平衡位置，水平方向的合力将使物体远离平衡位置，因此，这种平衡属于不稳平衡。

如图2，O为转轴，物体受重力G和拉力F作用，只要拉力F和重力G的大小相等，由于沿杆子方向和垂直杆子方向的合力等于0，物体在任何位置都能处于平衡状态，因此，这种平衡属于随遇平衡。

有固定转动轴物体的平衡练习题 第5篇

1.C 2.D 3.B

二、填空题

4.减小，增大，减小 5.4kg

三、计算题

7.mgcosθ(sinθ- cosθ)

《有固定转动轴物体的平衡》教学设计 第6篇

力矩的概念及物体的转动方向的确定。

四、教学方法：

实验法、归纳法、讲授法

五、教学用具：

力矩盘、钩码、弹簧秤、投影仪、投影片

六、教学步骤：

导入新课：

1：复习：前边我们共同学习了物体在共点力作用下的平衡条件及其应用，请同志们回答以下问题：

(1)什么是共点力作用下物体的平衡状态?

(2)在共点力作用下物体的平衡条件是什么?

2：引入：本节课我们来学习另外一种平衡――转动平衡

新课教学

(一)用投影片出示本节课的学习目标：

1：了解转动平衡的概念