高一物理《力矩平衡條件的應(yīng)用》的教學(xué)設(shè)計(jì)
高一物理《力矩平衡條件的應(yīng)用》的教學(xué)設(shè)計(jì)
教學(xué)目標(biāo)
知識(shí)目標(biāo)
1、理解力臂的概念，
2、理解力矩的概念，并會(huì)計(jì)算力矩
能力目標(biāo)
1、通過示例，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)問題的分析能力以及解決問題的能力
情感目標(biāo)：
培養(yǎng)學(xué)生對(duì)現(xiàn)象的觀察和探究能力，同時(shí)激發(fā)學(xué)習(xí)物理的興趣。
典型例題
關(guān)于殘缺圓盤重心的分析
例1 一個(gè)均勻圓盤，半徑為，現(xiàn)在在園盤靠著邊緣挖去一個(gè)半徑為的圓孔，試分析說明挖去圓孔后，圓盤的重心在何處．
解析：由于圓盤均勻，設(shè)圓盤的單位面積的重力為，
為了思考問題的方便，我們?cè)O(shè)想在大圓盤的另一側(cè)對(duì)稱地再挖去一個(gè)半徑等于的小圓，如圖所示，我們要求的是紅色的小圓盤與灰色部分的重心位置，根據(jù)對(duì)稱性，一定是大圓圓心與小圓圓心連線上，設(shè)，則．
如果我們用手指支撐在點(diǎn)，則這個(gè)物體會(huì)保持平衡，這兩部分的重心對(duì)點(diǎn)的力矩滿足平衡條件．這兩部分的重力分別是及．
可列出力矩平衡方程
解方程，得出：．
關(guān)于一端抬起的木桿重力問題
例2 一個(gè)不均勻的長木桿，平放在地面上，當(dāng)我們抬起它的一端（另一端支在地面上），需要用500N的力；如果抬另一端，發(fā)現(xiàn)這回需要用800N才能抬起．請(qǐng)分析說明這根木桿的重力是多少？
解析：設(shè)木桿長為，重力為，已知抬起端時(shí)用力為500N，抬起端時(shí)用力大小為800N．可以假設(shè)木桿的重心距端為，距端為．
抬端時(shí)，以端點(diǎn)為軸 由力矩平衡條件可得
抬端時(shí)，以端點(diǎn)為軸 由力矩平衡條件可得
聯(lián)立上面的兩方程式可得
關(guān)于圓柱體滾臺(tái)階的問題
例3 如圖所示，若使圓柱體滾上臺(tái)階，要使作用力最小，試分析作用力的作用點(diǎn)應(yīng)作用在圓柱體截面的什么位置？
解析：根據(jù)題意：
在圓柱體滾上臺(tái)階的過程中，圓柱體與臺(tái)階相接處為轉(zhuǎn)動(dòng)軸．
由固定轉(zhuǎn)動(dòng)軸物體的平衡條件可知：在勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)圓柱體的重力的力矩應(yīng)與作用力的力矩相等．又因?yàn)閳A柱體的重力和它對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸的力臂是確定的，所以要使作用力最小其力臂一定最長，又因?yàn)檗D(zhuǎn)動(dòng)軸在圓柱體的邊緣上，作用力的作用點(diǎn)也要在圓柱體的邊緣上，要想作用力的力臂最長就只有圓柱體截面的直徑，如圖；作用力的方向是垂直圓柱體截面直徑向上，如圖所示：
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