高中物理人教版必修1教案《力的分解》19

111力矩教学课例 在高中物理中，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枝叉知识在教学调查中，我们常发现，不少教师对力矩概念的教学并未给予足够的重视在教学中只是告诉学生，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=FL，其中力臂L是转动轴到力的作用线的距离这种教法虽然能够较快地完成教学任务，但学生却感到十分生硬和乏味许多学生学过力矩概念之后，仍然弄不清为什么要建立力矩的概念，力矩作为描写力的转动效果的物理量，为什么要定义为M=FL，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正地建立起来，力矩的知识实际上并没有真正成为他们自己的知识为了克服以上的弊端，我们将力矩概念的教学方案作了重大改进，其基本思想是：突出科学方法的教育，注重知识形成的过程，增强学生学习过程中的探索成分教学的基本过程如下：1新课导入教师：我们已经知道，力的作用能够改变物体的形状，也能改变物体的运动状态物体的机械运动有平动和转动两种基本形式，力既能改变物体的平动状态，也能改变物体的转动状态请大家列举力改变物体转动状态的实例学生：手开门，用扳手旋螺丝，用撬棒撬石块教师：在初中物理中我们学过，压力的作用效果可以用单位面积受到的压力去描写，那么，力所产生的转动效果应当怎样去描写呢？这就是本节所要解决的问题2力臂概念的建立教师：现在，让我们先考虑一个相关的熟悉问题：在转动物体时，力的作用效果跟哪些因素有关？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，对影响力的转动效果的3个因素，我们能否将它们进行归并，使之得到简化呢？实验表明，在保持作用力不变的情况下，力的作用效果并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的例如，在图1中，大小相等的力F作用在A点（F的作用线与杆OA成30夹角）和作用在OA的中点C（F的作用线与杆OA垂直），转轴O到两力的作用线的距离相等，即OA=OC，力所产生的转动效果是相同的在物理学中，转轴与力的作用线之间的距离叫做力臂，用L表示教师：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归合为一个因素教师：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：影响力所产生的效果的因素是力和力臂力越大、力臂越大，力所产生的转动效果就越明显练习：作力臂（从略）3力矩概念的建立教师：在初中物理中我们学过，压力的作用效果既跟压力F的大小有关，又跟受力面积S的大小有关；用压力F和受力面积S的比值FS可以很好地描述压力的作用效果现在我们知道，力的转动效果既跟力F的大小有关，又跟力臂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FL来描述力的转动效果吗？为什么？学生：不能因为力F和力臂L是两个性质不同的物理量，它们的单位也不同，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：当力臂L为零时，力F不会产生转动的效果但在FL中，即使L等于零，F+L仍不为零可见，不可用FL描写力的转动效果教师：对！那么，参照FS，是否可以将力F和力臂L相除，即用FL去描述力的转动效果呢？学生：用FL描述也是不行的，因为实验表明，L越大，力F的转动效果越明显，而在上述组合中，L越大，比值却越小教师：那么，是否可以用力F与力臂L的乘积FL，或者用F、L力所产生的转动效果呢？如果这些组合中有一种是可行的，请猜测可能是哪一种？学生：也许可以用FL来描述力的转动效果教师：有哪些同学最希望用FL来描述力的转动效果？请举手（多数学生举手）教师：这个猜测和选择是否正确，让我们用实验来作一次检验实验：如图2装置，横杆被水平悬挂，其左端系一个物块，细线处于伸直状态用弹簧秤在右段不同位置A、A竖直向下拉横杆，使横杆恰能发生转动记下两次弹簧秤的读数F1 、F2和A、A与悬点O之间的距离L1、L2验表明，F1L1=F2L2教师：上述实验表明，不同的力作用在一个物体上，如果这些力和对应的力臂的乘积FL相等，则力所产生的转动效果相同这个实验事实告诉我们：应当用FL来描写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，力矩的定义式应是M=FL4反思教师：刚才有的同学猜测也许可以用FL来描写力的转动效果，大多数同学也有这样的愿望，这个猜测在实验中得到了很好地证明也就是说，我们所得到的正是我们所希望得到的这难道是一种偶然的巧合吗？谁能说说，你为什么希望用FL，而不希望用别的，如FL2、FL3、学生：因为FL最简单教师：不仅如此，如果将产生相同转动效果的F1、F2、L1、L2分可见它们违反了自然规律所以力矩只能用M=FL来描述练习：计算力矩（从略）5求力矩的另一种方法问题：如图3，杆OA可绕转轴O转动，现在A点竖直向上作用一力F，F与杆之间的夹角为，杆长为L，试求力F的力矩学生：M=FLsin教师：如果将M=FLsin改写成M=（Fsin）L，你能发现什么规律性的东西吗？学生：如图4所示，Fsin是力沿垂直于杆OA方向的分力F，可见M=（Fsin）L=FL（分力F的力臂为零）这就给出了求力矩的另一种方法：将作用力沿两个方向分解，使其中的一个分力（F）的力臂为零，另一个分力F的力臂最大，则作用力F的力矩就等于分力F的力矩教师：上述结论还可以进一步推广，即如果将作用力F向任意两个方向分解，则合力的力矩等于各分力力矩的代数和6巩固练习如图5所示，杆OA可绕O转动，现在A点依次作用力F1、F2由图可见，力F1、F2的力矩M1、M2相比较：AM1M2BM1=M2 CM1M2（提示：本题应转化为求分力F的力矩）7小结：（从略）（浙江省玉环县教委教研室 郑青岳 317600）111