高一物理教案：力矩平衡教案4.pdf

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1、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

2、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

3、：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

4、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．第1页共4页教师：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

5、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F／S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

6、效果呢？能将力F和力臂L相加，即F＋L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F＋L中，即使L等于零，F+L仍不为零．可见，不可用F＋L描写力的转动效果．教师：对！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：用F／L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

7、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

8、的距离L1、L2．验表明，F1L1=F2L2．第2页共4页教师：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=FL．4．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