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工程力学基础教案

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机械基础 机 械 基 础 第一学年 第一学期 教案编号

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

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