- 相關(guān)推薦
課題： 有固定轉(zhuǎn)動軸物體的平衡
課題： 有固定轉(zhuǎn)動軸物體的平衡一、教學(xué)設(shè)想
作為初中杠桿平衡知識的延續(xù)，有固定轉(zhuǎn)動軸物體的平衡問題再度被新教材選為必修內(nèi)容。在掌握共點力作用下物體的平衡內(nèi)容之后，正確掌握和應(yīng)用有固定轉(zhuǎn)軸的物體平衡條件的關(guān)鍵是對力矩概念的理解。
力矩是由力的概念衍生出來的一個概念，它是高中力學(xué)體系中的一個技叉知識，在調(diào)查中不難發(fā)現(xiàn)不少老師對力矩概念的教學(xué)未給予足夠的重視，只告訴學(xué)生力矩是描寫力使物體產(chǎn)生轉(zhuǎn)動效果的物理量，它的定義是力和力臂的乘積，定義式是M=F·L，其中力臂L是轉(zhuǎn)動軸到力作用線的距離。這種教法雖然能夠較快地完成教學(xué)任務(wù)，但學(xué)生卻感到生硬和乏味，許多學(xué)生學(xué)過力矩概念后，仍然弄不清為什么要建立力矩概念，力矩作為描寫力的轉(zhuǎn)動效果為什么要定義為M=F·L而不是別的形式等等，對學(xué)生來說，這些問題不解決，力矩的概念并沒有在頭腦里真已建立起來，有固定轉(zhuǎn)動軸物體的平衡條件就沒有落到實處。
為了克服以上弊端，必須突破原來的教學(xué)方案，其基本思想是：突出科學(xué)方法教育，注重知識形成過程，增強學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的探索成分。
二、教學(xué)目標 與要求
知識與技能：
認識轉(zhuǎn)動物體，并能找出轉(zhuǎn)軸；理解力矩的概念，知道有固定轉(zhuǎn)軸物體處于平衡狀態(tài)的含義和遵從的條件；運用力矩平衡解決實際問題。
過程與方法：
通過力矩概念的形成過程，使學(xué)生認識到一個概念的建立有它的必然性和不可替代性；通過實驗引發(fā)問題、驗證規(guī)律、培養(yǎng)學(xué)生觀察能力和探索規(guī)律的科學(xué)方法。
情感與態(tài)度：通過親身體驗一些平衡小實驗，感受身邊的平衡現(xiàn)象，激發(fā)學(xué)習(xí)物體知識的熱情。
三、教學(xué)過程
1．建立力臂的概念
教師：我們已經(jīng)知道，力的作用能改變物體的形狀，也能改變物體運動狀態(tài)，物體的機械運動有平動和轉(zhuǎn)動兩種基本形式，那么，在轉(zhuǎn)動物體時，力的作用效果跟那些因素有關(guān)。
學(xué)生：力的大小、方向和作用點
教師：對！這叫力的三要素，但是，科學(xué)總是力求用最簡潔的語言去描寫世界，對影響力轉(zhuǎn)動效果的3個因素，我們能否將它進行歸并，使之簡化呢？
實驗表明，在保持作用力不變的情況下，力的作用效果不是由力的作用點與轉(zhuǎn)軸之間的距離決定的，而是由力的作用線與轉(zhuǎn)軸之間的距離決定，這個距離叫力臂。
[實驗1]：如圖用彈簧秤以大小相等的力分別作用在教室在門的中點B和邊緣A（讓作用在A點的力與門夾角約30°），結(jié)果門轉(zhuǎn)動快慢一致。
教師：力臂的大小是由哪些因素決定的？力臂概念的引出有什么作用和意義？
學(xué)生：力臂的大小是由力的作用點和力的方向共同決定的，力臂概念的引出、實際上是把力的作用點和力的方向這兩個因素合二為一。
教師：試用力臂概念敘述力所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動效果由哪些因素決定
學(xué)生：影響力所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動效果因素是力和力臂，力越大、力臂越大力產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動效果就越明顯。
2．力矩概念的建立
教師：在初中物理我們學(xué)過，壓力作用效果既跟壓力F有關(guān)，又跟受力面積S有關(guān)；用壓力F和受力面積S的比值F/S可以很好地描述壓力作用效果現(xiàn)在我們知道，力的轉(zhuǎn)動效果跟力F和力臂L的大小有關(guān)，那么，力F和力臂L應(yīng)當(dāng)怎樣組合起來才能很好地描述力的轉(zhuǎn)動效果呢？能將力F和力臂L相加，即F+L來描述的轉(zhuǎn)動效果嗎？為什么？
學(xué)生：不能，因為F與L是兩個性質(zhì)不同的物理是，不能直接相加。
教師：還有什么理由可以說明這樣做是不行的？
學(xué)生：當(dāng)L為零時，力F不會產(chǎn)生轉(zhuǎn)動效果，但在F+L中，即使L等于零，F(xiàn)+L仍不為零。可見，不可用F+L描述力的轉(zhuǎn)動效果。
教師：那么，參照F/S，是否可以將力F和力臂L相除，即用F/L去描述力的轉(zhuǎn)動效果呢？
學(xué)生：不行，因?qū)嶒灡砻鳎琇越大，力F的轉(zhuǎn)動效果越明顯，而 中，L越大，比值卻越小。
教師：是否可以用FL，或更復(fù)雜的組合FL2、FL3、 ……等來描述力產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動效果呢？請猜測是哪一種。
學(xué)生：用F·L可能更好一些。
教師：這個選擇是否正確，讓我們用實驗來檢驗。
[實驗2]如圖，橫桿被水平懸掛，其左端系一物塊，用彈簧桿在右段不同位置A、A2豎直向下拉橫桿，使橫桿恰能發(fā)生轉(zhuǎn)動，記下兩次彈簧秤讀數(shù)F1、F2和點A1、A2與懸點0之間距離L1、L2實驗表明F1L1=F2L2。
教師：上述實驗表明、不同力作用在一個物體上，如果F·L相同，則力所產(chǎn)生轉(zhuǎn)動效果相同，所以應(yīng)當(dāng)用F·L來描述力的轉(zhuǎn)動效果，物理學(xué)中，我們用力矩（M）來作為描述力所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動效果的物理量，可見，力矩的定義式應(yīng)為 。
教師：也許也有同學(xué)猜想用FL2、FL3、 ……來描述力所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動效果，它們都滿足F·L，越大，其值也越大的特點，我們?yōu)槭裁雌x擇FL呢？
學(xué)生：因為FL最簡單
教師：是的，物理概念的建立遵從的主要原則之一為簡單性原則：即要用最簡練的語言，最少的因子，最簡單的數(shù)學(xué)公式來描述和定物理概念，不僅如此，如果將產(chǎn)生相同轉(zhuǎn)動效果的F1F2，L1L2分別代入FL2、FL3、 ……中，所得結(jié)果是不會相等的，可見它們違反了自然規(guī)律，所以力矩只能用M=FL來描述。
另外，力矩的單位是由力和力臂單位決定，在國際單位制中應(yīng)該是什么單位。
學(xué)生：是�！っ�，符號為N·m
教師：功的單位是焦耳，其量綱也是N·m，它們的物理意義一樣嗎？若不一樣，有什么不同。
學(xué)生：它們的量綱雖然一樣，但物理意義不同，力矩為1N·m反映的是1N的力，其力臂力1米時產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動效果，功為1J=1N·m反映的是1N的力使物體移動1米時對物體做的功，是一個過程量，體現(xiàn)出能量轉(zhuǎn)化的屬性。
3．力矩平衡
[實驗3] 介紹實驗裝置：力矩盤均勻，其重心在圓盤中心，圓盤可以在豎直面內(nèi)繞過中心的水平軸無摩擦地轉(zhuǎn)動。（為使實驗更快地進行，對課本中圖4-8做一些改進，圓盤上掛兩組鉤碼，另一組鉤碼用彈簧秤代替）。
學(xué)生讀數(shù)、填表：
力
力臂
力矩
轉(zhuǎn)動方向
學(xué)生結(jié)論：M1+M2=M3
給出力矩正負概念后，再由學(xué)生給出有固定
轉(zhuǎn)軸物體的平衡條件：
M1+M2+…+…=0 即M總 =0
[實驗4] 動態(tài)驗證：如圖，讓學(xué)生猜想，保持
力盤平衡，當(dāng)彈簧秤緩慢地由A→B→C過程中讀數(shù)
的變化情況，再驗證
[實驗5] 體驗平衡條件
（1）兩腳左右分開（30cm），在從雙腳站立不變姿式改為單足站立行不行？讓學(xué)生體驗一下如何。從雙足站立變?yōu)閱巫阏玖ⅰ?/p>
（2）側(cè)身將一只臂和腿緊緊靠墻站立，保持這種姿式，將遠離墻的一只腳提起，讓靠墻的一只腳站立，讓學(xué)生試試能否做到？并說明理由。
4．課堂練習(xí)（略）
四、教學(xué)效果
1．問卷調(diào)查
（1）在本節(jié)課的學(xué)習(xí)中你懂得哪些概念、掌握了哪些規(guī)律。
（2）關(guān)于力矩，下列說法正確的是：
A、力對物體的轉(zhuǎn)動作用決定于力矩的大��；
B、力矩可以使物體向不同方向轉(zhuǎn)動；
C、力矩等于零時，力對物體不產(chǎn)生轉(zhuǎn)動作用；
D、因為1J=1N·m，因此力矩的單位“N·m”也可寫成“J”。
（3）直桿OA可繞O軸轉(zhuǎn)動，圖中虛線與桿平行，桿的A端分別受到F1、F2、F3、F4四個力的作用，它們
與OA在同一豎直面內(nèi)，比較它們對O點力矩M1、M2、M3、M4的大小關(guān)系。
（4）均質(zhì)圓柱重G，半徑R，障礙物高h=，今要使圓柱越過障礙物，則在圓柱體最高點作用的力中最小的力為多少？
（5）你能說出用F·L來描述力的轉(zhuǎn)動效果的原因嗎？
（6）本節(jié)課通過哪些方法獲取了知識？
（7）如果給你一只鍛煉身體的啞鈴，你能夠在保持雙足站立姿式的基礎(chǔ)上抬起你的一只腳嗎？說明你的方法及理由。
（8）東北代木林場中，一根松木的重量大于磅秤的量程，現(xiàn)想稱量松木的重量，你能做得到嗎？請你寫出你的方案。
（9）本節(jié)課探究到的知識有用嗎？請你說說力矩平衡知識在生活中的應(yīng)用。
（10）與直接給出定義和結(jié)論相比你喜歡本節(jié)課的教學(xué)方式嗎？
2．統(tǒng)計數(shù)據(jù)： 問卷調(diào)查的共50位同學(xué)，時間為半小時
課程目標
知識與技能
過程與方法
情感與態(tài)度
題 號
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
回答正確或基本正確的人數(shù)
46
44
32
33
42
45
38
32
43
44
正確率
92%
88%
64%
66%
84%
90%
76%
64%
86%
88%
注：第九題只要找出生活中的力矩平衡一個事例即算正確；第十題只要說明喜歡本節(jié)課的教學(xué)方法就算正確。
3．結(jié)果分析
從調(diào)查情況看第一題、第二題的正確率較高，說明了學(xué)生已掌握了力矩的概念和有固定轉(zhuǎn)軸物體的平衡條件，基本的知識技能目標已經(jīng)達到，值得注意的是第三題與第四題的正確率均在70%以下，學(xué)生對力矩的演變和利用力矩平衡知識解決問題的能力不足，所以本節(jié)課后，安排一節(jié)“力矩平衡條件的應(yīng)用”是必要的。
第五、六題的正確率超過80%，說明學(xué)生已感覺到知識的形成過程對獲取知識的科學(xué)方法已有所體驗，這或許是本節(jié)課的最重要的收獲；第七、八題的正確率低于80%，說明應(yīng)用知識解決實驗問題的能力還是不能令人滿意，尤其是第八題正確率只有64%，客觀上該題有一定的難度，但學(xué)生遷移知識的能力較差也是不容回避的。
第九、十兩題的高正確率體現(xiàn)了學(xué)生還是很樂意用所學(xué)知識解釋身邊的現(xiàn)象，注重知識形成過程、增強學(xué)習(xí)過程中的探索成份的教學(xué)方式還是很受學(xué)生歡迎的，但是第十題仍有12%的同學(xué)習(xí)慣于教師直接給出定義和結(jié)論認為那是“開門見山，直奔主題”，可見改變多年接受知識的模式也有過過程。
五、新的問題
本節(jié)課著力于力矩概念的引入過程，實際操作中感到時間有些倉促，雖然解決了力矩的概念傳授，但力矩平衡的實驗論證顯得不夠充分，有待在“力矩平衡條件的應(yīng)用”中強化。
課題： 有固定轉(zhuǎn)動軸物體的平衡
【課題： 有固定轉(zhuǎn)動軸物體的平衡】相關(guān)文章：
有固定轉(zhuǎn)動軸物體的平衡練習(xí)題04-28
人教版第一冊(必修)4.3 有固定轉(zhuǎn)動軸物體的平衡 教案05-01
有彈性的物體的科學(xué)活動教案02-16
用遺傳算法解決固定需求交通平衡分配問題05-02
2011年高考物理一輪復(fù)習(xí)力與物體的平衡教案04-25
大班科學(xué)有彈性的物體教案02-28
打破平衡中的平衡04-30
大班科學(xué)教案：有彈性的物體01-18
平衡04-29