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时间:2018-02-04
《力矩平衡条件的应用(教案28)》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在学术论文-天天文库。
1、[物理28]第四节力矩平衡条件的应用(教案28)一、教学目标1、进一步理解力矩的概念,有固定转动轴物体的平衡条件。2、能应用力矩平衡条件解答转动平衡问题。二、重点难点重点:力矩平衡条件的应用。难点:转动轴的确定,力矩的计算。三、教学方法讲练结合、总结归纳四、教学过程我们在日常生活中会接触到许多力矩平衡的问题,如杆秤、支架、吊车等,因此很好地灵活应用平衡条件便成为解决这类实际问题的关键。(一)应用力矩平衡条件解题的一般方法和步骤1、确定研究对象并选择转动轴在有的问题中并不真正存在转动轴,但为了解决问题
2、而想象存在转动轴(认为物体可以绕该轴转动),我们可以将转动轴选在该处存在未知的力但又不需要求解的地方,这样能为解题带来方便。2、分析研究对象的受力情况(转轴处可除外),确定每个力的力臂,并判断每个力的力矩的正负,在转轴处的力,其作用线一定通过该转轴,它的力矩必为零,所以在分析受力时可以不分析。3、根据力矩平衡条件列出方程求解。注意:根据力矩平衡解题不能将研究对象看成是质点。(二)一般物体的平衡条件一般物体的平衡条件:当物体处于平衡状态时,它所受的合外力为零,受到过某点为转动轴的合力矩为零。(三)例题
3、【例题1】如图:BO是一根质量均匀的横梁,重量G1=80N,BO的一端安在B点,可绕通过B点且垂直于纸面的轴转动,另一端用钢绳AO拉着,横梁保持水平,与钢绳的夹角,在横梁的O点挂一个重物,重量G2=240N,求钢绳对横梁的拉力F1。a:分析(1)本题中的横梁是一个有固定转动轴的物体;(2)分析横梁的受力:拉力F1,重力G1,拉力F2;(3)找到三个力的力臂并写出各自的力矩:F1的力矩:逆时针方向,为正3G1的力矩:顺时针方向,为负F2的力矩:顺时针方向,为负b:根据力矩平衡条件,先写出力矩的代数和,
4、进而列出力矩平衡方程由此得:【例题2】一辆汽车重1.2×104N,使它的前轮压在地秤上,测得的结果为6.7×103N,汽车前后轮之间的距离是2.7m。求汽车重心的位置。(即求前轮或后轮与地面接触点到重力作用线的距离)分析:(1)汽车可看作有固定转动轴的物体,若将后轮与地面的接触处作为转动轴,则汽车受到两个力矩的作用:一个是重力G的力矩;二是地秤对前轮支持力F的力矩,汽车在两个力矩的作用下保持平衡,利用转动平衡条件即可求出重心的位置。(2)引导学生分析:a:地秤的示数指示的是车对地秤压力的大小;b:据
5、牛顿第二定律得到车前轮受到的支持力的大小也等于地秤的示数。L(3)引导学生画出汽车受力矩的等效简图;FlG(4)引导学生写出力矩平衡方程并与课本比较;FL=Gl(5)解出最终结果并与课本比较;1.5m(6)讨论:为什么不将前轮与地秤接触处作为转动轴?将前轮与地秤接触处作为转动轴,将会使已知力的力臂等于0,而另一个力(即后轮与地秤间的作用力)又是未知的,最后无法求解。【例题3】如图所示,一自行车上连接踏脚板的连杆长R1,由踏脚板带动半径为r1的大齿盘,通过链条与半径为r2的后轮齿盘连接,带动半径为R2
6、的后轮转动。(1)设自行车在水平路面上匀速行进时,受到的平均阻力为f,人蹬踏脚板的平均作用力为F,链条中的张为为T,地面对后轮的静摩擦力为fs,通过观察,写出传动系统中有几个转动轴,分别写出对应的力矩平衡表达式:(2)设R1=20cm,R2=33cm,踏脚大齿盘与后轮齿盘的齿数分别为48与24,计算人蹬踏脚板的平均作用力F与平均阻力f之比。3(3)自行车传动系统可简化为一个等效杠杆,以R1为一力臂,画出这一杠杆示意图,标出支点、力臂尺寸和作用力方向。解析:(1)自行车传动系统中的转动轴个数为2个,如
7、图,对踏脚齿盘中心的转动轴A可列出:FR1=Tr1对后轮的转动轴B可列出:Tr2=fsR2(2)由FR1=Tr1Tr2=fsR2及∵匀速∴fs=f可得∴(3)如图所示∵自行车有前、后二个车轮∴应有FR1=2fR2(四)、课堂小结五、课外作业练习二P77(2)、(3);P79(4)、(5)3
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