工程力学基础教案

课题名称 机 械 基 础 项目2 工程力学基础 章 节 任务一 认识力的概念与基本性质 1. 了解力矩、力偶、力偶矩、平面力偶系的概念； 教 学 目 标 能力目标 情感态度 价值观 知识目标 2. 理解力及力系的概念和力的基本性质； 3. 掌握静力学基本公理。 培养学生能够解决静力学和平面力偶系问题的能力 培养学生对力学的认识与学习的兴趣 1．力及力系的概念和力的基本性质。 1.静力学基本公理 2.平面力偶系的合成和平衡条件 教 室 机械挂图、教具 准备挂图、教具 讲授法、讨论法 教学活动设计 总课时 32 课 时 2 教 学 重点难点 难点 重点 教学环境 教学资源 课前准备 教法建议 序号 1 2 3 主要教学内容 一、力及力系的概念 二、静力学基本公理 三、力矩和力偶 师生活动设计 学生、老师互动讨论为主 教师重点介绍 教师重点介绍

教 学 实 施 步 骤 教学 环节 提问： 复习 旧课 知识链接 一、力及力系的概念 1.力 力的概念是整个力学的基础，物体发生形变和物体运动教学内容及教师活动 学生活动 时间分配 1. 机器、机构的含义？ 2. 运动副的类型和符号？ 3. 机械危险的主要形式和预防措施？ 分别找学生回答 10ˊ 老师、学生互动 4’ 3’ 状态发生变化均离不开力。力是改变物体运动状态或使物体讨论 变形的物体间相互的机械作用。 (1)力是物体对物体的相互作用 一个物体受到力的作用，一定是另一个物体对它施加这种作用。受力的物体叫受力体，施力的物体叫施力体。力不能脱离物体而单独存在，这即是力的物质性和相互性。 应注意：在分析物体受力时，一定要找出施力的物体，如果没有施力体，这个力就不存在。如：正在空中向前飞行的子弹，受到重力和空气的阻力，地球和空气是施力体，子弹是受力体。有人说，因为子弹正在向前飞行，所以它还应受到一个向前的推力作用，这是不对的，因为找出不推力的施力物体。 （2）力是改变物体运动状态的原因 物体的运动状态的改变主要是指物体的速度的变化。—速度的大小发生变化；速度的方向发生变化；速度的大小和方向都变化，这三种情况均认为物体的运动状态发生了变化。 当物体受到一个力的作用，或受到几个力的作用，但合力不为零时，力的作用就会使物体运动状态改变，物体将做变速直线运动或曲线运动。 应注意：力不是维持物体运动状态的原因，而是改变物体运动状态的原因。 (3)力的矢量性：力不但有大小，而且有方向，这种既由大小又由方向决定的量，我们叫矢量。 大小相同而方向不同的两个力F1和F2分别作用在物体Ａ上，如图1所示，物体Ａ的运动状态变化就不同。 F1 老师具体讲解 3’ 8’ (a) F2 用挂图以图形并(b) 图1 茂的形式，结合知识点进行具体的讲解，(4) 力的三要素 影响力的作用效果的是力的大小、方向和作用点，称之并让学生思考，举例为力的三要素。 说出自己平时见到过 2.力系 ⑴力系概念： 同时作用在同一物体上的一群力。 ⑵等效力系等效力系： 的零件。 两力系对物体的作用效应相同，则二者互为等效力系。 ⑶平衡力系 如果某一个力系作用到原来平衡的物体上，而物体仍然保持平衡，则此力系为平衡力系。 ⑷合力与分力 若一个力与一个力系等效，则称这个力为该力系的合力，而该力系中的各个力称为这个力的分力。由已知力系求合力的过程称为力的合成，反之为力的分解 二、静力学基本公理 1.公理：二力平衡公理 刚体：不计变形的物体，是一个理想模型。 如图2-1-2（a）所示，悬挂着的电灯，受到向下的重 教师重点介绍并 8’ 力G和电线对它的拉力F的作用而处于静止平衡状态。由此用挂图，以图形并茂可知，作用在刚体上的两个力，使刚体保持平衡状态的充分的形式，结合知识点和必要条件是：两个力的大小相等，方向相反，且作用在同进行具体的讲解，并一条直线上。 对于刚体，力的作用只改变其运动状态。二力平衡只适用于刚体，对于变形体，二力平衡公理只是必要条件，但不是充分条件。如图2-1-2（b）所示绳索两端施加一对等值、反向、共线的拉力时可以平衡，但是受到一对等值、反向、共线的压力时就不能平衡了。 让学生思考 想一想：现实生活中存在刚体吗？ 只受两力作用并处于平衡状态的物体称为二力构件。当构件呈现杆状时，称为二力杆。如图2-1-3所示，二力杆CD处于平衡状态，根据公理1可知，作用在二力杆CD上的两个力FC和FD大小相等，方向相反，并在两个力作用点的连线上。 2. 公理2：加减平衡力系公理 在已知力系上加上火减去任一平衡力系，不改变原力 系对刚体的作用效应。 推论：力的可传递性原理 作用于刚体上某一点的力，可沿其作用线移至刚体上 任一点，二不会改变原力系对刚体的作用效应。如图2-1-5 所示，力F作用在刚体上A点和作用在刚体B点的效果是 一样的。 想一想：如图2-1-4所示，跳伞运动员和伞在空中匀速直线下降，若已知人和伞的总重，你能说出他们所受的阻力吗？ 3. 公理3：力的平行四边形公理 作用于物体上某一点的两个力的合力也作用于该点，合力FR的大小和方向由这两个力为邻边构成的平行四边形的对角线来确定。如图2-1-6（a）所示，作用于物体的两个力F1和F2的合力为FR，也可用矢量式表示为 想一想：力能否沿其作用线滑移至相邻的另一物体上？ 、 7’ 7’ 8’ FR =F1+F2 推论：三力平衡交汇定理 刚体上受同一平面内互不平行的三个力作用而且相互平衡时，则此三个力的作用线汇交于一点，并在同一平面内。 如图2-1-6（b）所示，刚体受F1、F2、F3三个力作用处于平衡状态，则F1、F2、F3必汇交于D点。 4. 公理4：作用与反作用公理 两个物体间的作用力和反作用力总是同时存在，且大小相等、方向相反、沿着同一直线（简称等值、反向、共线），分别作用在这两个物体上。 如图2-1-7所示，将重量为G的物体放在水平桌面上，重物G对桌面有作用力（压力）N，而桌面对重物有反作用力N’’,作用于桌面，桌子对重物的反作用力则作用于重物。N与N’是作用力与反作用力的关系，两者等值，即N=-N’，而重力G与桌子对重物的反作用力N’构成了一对平衡力。 小提示：平行四边形法则既是力的合成法则，也是力的分解法则。三力平衡汇交力系可利用这个定理确定未知力的方向。 三、力矩和力偶 1. 力矩与合力矩 7’ （1）力矩：力对点之矩，简称为力矩。 想一想：一对作 如图2-1-8所示，设螺母能绕O点转动，作用在扳手的用力与反作用力与一力F在与螺母轴线垂直的平面内，力F的作用线到O点的垂对平衡力有何区别？直距离为d。 力F使刚体绕某点O转动的效应，不仅与力F的大小成正比，而且与点O至力作用线的垂直距离d成正比。通常规定，力使刚体绕矩心做逆时针方向转动时，力矩为正，反之为负。离队点之矩用符号Mo（F）表示，即Mo（F）=±F·d。 在国际单位制中，力矩单位为N·m（牛·米） -+ 教师重点介绍并用挂图，以图形并茂的形式，结合知识点进行具体的讲解，并让学生思考 （2）合力矩定理 平面汇交力系的合力对平面任一点的矩，等于力系中所有各分力对于该点力矩的代数和。即 8’ nMo（F）= Mo（F1）+Mo（F2）+Mo（F3）+Mo（Fn）=∑i=1（Fi） 2. 力偶与力偶矩 ⑴力偶：作用在一物体上大小相等、方向相反、作用线平行而不重合的两个力所组成的力系称为力偶。如图2-1-9所示分别为用两手指旋转水龙头、双手转动方向盘、钳工用丝锥攻螺纹，都是施加力偶的例子。 想一想：力矩在什么情况下为零？ ⑵力偶矩 如图2-1-10所示，力偶中两个力之间的垂直距离d称为力偶臂。力偶中的力臂d的乘积称为力偶矩。对于平面力偶，力偶对物体的转动效应应完全取决于力偶矩的大小和力偶的转向，而与矩心无关。 M=±F·d 正、负号表示力偶的转向，并规定逆时针转向为正，顺时针转向为负。单位与力矩相同 7’ 3. 平面力偶系的合成和平衡条件 （1）平面力偶系的合成 作用在物体同一平面内的多个力偶，称为平面力偶系。平面力偶系可以合成为一个合力偶，它等于各力偶矩的代数和，即M= M1）+M2+M3+···+Mn. （2）平面力偶系的平衡条件：平面力偶系平衡的条件是所有力偶矩的代数和等于零。 5’ 课后作业 1、 如何正确理解力的概念？哪些因素决定力的作用效果？ 2、 “合力一定大于分力”这种说法是否正确？举例说明为什么？ 3、 比较力矩和力偶矩两者的异同。 小结： 课堂小结 1. 力矩、力偶、力偶矩、平面力偶系的概念； 2. 力及力系的概念和力的基本性质； 3. 静力学基本公理。 5’ 认识力的概念与基本性质 一、力及力系的概念 1.力 ⑴力的定义 板书 ⑵力的三要素 设计 ⑶力矢量 2.力系 ⑴力系概念 ⑵等效力系 ⑶平衡力系 ⑷合力与分力 二、静力学基本公理 1.公理1：二力平衡公理 ⑴刚体 ⑵二力平衡公理 ⑶二力构件和二力杆 2. 公理2：加减平衡力系公理 ⑴加减平衡力系公理 ⑵推论（力的可传递性原理） 3. 公理3：力的平行四边形公理 ⑴平行四边形公理 ⑵推论（三力平衡汇交定理） ⑶平行四边形法既是力的合成法则，也是力的分解法则。 4. 公理4：作用与反作用公理 两个物体间的作用力和反作用力总是同时存在，且大小相等、方向相反、沿着同一直线（简称等值、反向、共线），分别作用在这两个物体上。 三、力矩和力偶 1. 力矩与合力矩 ⑴力矩概念 ⑵合力矩定理 2. 力偶与力偶矩 ⑴力偶概念 ⑵力偶矩概念 3. 平面力偶系的合成和平衡条件 ⑴平面力偶系的合成 ①平面力偶系概念。 ②平面力偶系的合成 ⑵平面力偶系的平衡条件