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前旗职中前旗职中··机械基础教案机械基础教案··梁伟编写梁伟编写-1-第二章杆件的静力分析学习杆件静力分析的意义：构件的静力分析是选择构件材料、确定构件外形尺寸的基础。构件的静力分析是以刚体为研究对象。（刚体：是指受力后变形忽略不计的物体。任何力的作用下，体积和形状都不发生改变的物体叫做“刚体”(Rigidbody)。它是力学中的一个科学抽象概念，即理想模型。事实上任何物体受到外力，不可能不改变形状。实际物体都不是真正的刚体。若物体本身的变化不影响整个运动过程，为使被研究的问题简化，可将该物体当作刚体来处理而忽略物体的体积和形状，这样所得结果仍与实际情况相当符合。例如：物理天平的横梁处于平衡状态，横梁在力的作用下产生的形变很小，各力矩的大小都几乎不变。对于形变，实际是存在的，但可不予考虑。为此在研究天平横梁平衡的问题时，可将横梁当作刚体。）第一节、力的概念与基本性质【教学目标与要求教学目标与要求教学目标与要求教学目标与要求】1.熟悉力的概念、掌握力的性质；2.初步了解力的概念、性质。【教学重点教学重点教学重点教学重点】1.力的概念、性质；【教学方法教学方法教学方法教学方法】讲授法、教师与学生互动法。【教学安排教学安排教学安排教学安排】共4学时（180分钟）【教学内容】(第1课时)引：从日常生活实例入手，说明力的概念和性质。1.在生产实践中，人们利用杠杆、滑轮可以省力。2.在现代工程结构的建设过程中更是凝结了人类科学用力的智慧结晶。（如2008年北京奥运会标志性建筑——“鸟巢”。）3.物体受力平衡，才能保持正确的形式；受力不平衡，可能酿成事故。（如图P33，2-2。）本章将学习力的基本知识，讨论物体平衡的基本规律，为正确运用力学原理分析、解决生产实践中的问题打下基础。思考：当构件受到外力作用时发生什么情况呢？（有三种可能）1.构件保持平衡，（即保持静止或作匀速直线运动）；2.构件改变运动状态，（即由静变动，由动变静，或由慢到快，由快到慢，或改变运动方向）；3.物体产生变形，甚至发生破坏。（从以上三种可能，引出力的力的定义。如下：）一、力1.力的定义：力是使物体的运动状态发生变化或使物体产生变形的物体间的相互机械作用。（这种作用存在于物体与物体之间，例如：物体相互吸引的万有引力，相互接触物体之间的挤压力，以及相互接触且具有相对运动或运动趋势的物体间的摩擦力等，都是物体之间产生的相互作用。也就是说，物体的运动状态发生的变化，都是由于其他物体对该物体所施加力的作用结果。）2.力的三要素：力的大小、方向、作用点，它们统称为力的三要素。前旗职中前旗职中··机械基础教案机械基础教案··梁伟编写梁伟编写-2-如下图说明：力F的大小不同，作用点不同，方向不同，都会产生不同的效应。3.力的表示（图示）法力是一个具有大小又有方向的矢量（力是矢量）。力矢量在图上用带箭头的有向线段ＡＢ表示，线段的起点或终点表示力的作用点，箭头的指向表示力的方向，线段的长度按一定比例表示力的大小。力矢量常用黑体字母Ｆ表示。如下图：4.力的单位：在国际单位制中，力的单位是牛顿Ｎ（牛）或ｋＮ（千牛）。1N=1公斤•米/秒2（kg•m/s2)。5.名词解释矢量：在物理学中，像力这样既有大小、又要由方向来确定的物理量叫做矢量。匀速直线运动：物体在一条直线上运动，如果在相等的时间里位移相等，这种运动就叫做匀速直线运动。又简称为匀速运动。（第2课时）二、力的基本性质(静力学的四大公理)1.作用和反作用公理(公理一)（牛顿第三定律）一个物体对另一个物体有一作用力时，另一物体对该物体必有一个反作用力。（作用力与反作用力总是同时存在）。这两力的大小相等，方向相反，作用在同一直线上，且分别作用在两个物体上。举例：吊钩提升一重物Ｗ，重物对吊钩的作用力为Ｆ，吊钩通过拉索对重物产生一个反作用力Ｆ′，这两个力即为作用力与反作用力，Ｆ＝－Ｆ′。如下图：2.二力平衡公理(公理二)一个物体在受到两个力作用时，如果能保持静止或匀速直线运动状态，我们就说物体处于平衡状态。（F1+F2=F合；F1=F2）或：两个力同时作用在同一物体同一直线上，如果物体保持静止或匀速直线运动状态，则这两个力F前旗职中前旗职中··机械基础教案机械基础教案··梁伟编写梁伟编写-3-对物体运动状态的作用效果相互抵消(合力为0），我们就说这两个力平衡。二力平衡的必要条件：（通过下图说明）要使刚体在两个力作用下维持平衡状态，必须和充分条件是：这两个力大小相等、方向相反、且作用在同一直线上。二力平衡的条件简单概括来说就是同体、等大、反向、共线同体、等大、反向、共线同体、等大、反向、共线同体、等大、反向、共线。特别是““““同体同体同体同体””””和““““共线共线共线共线””””这个条件往往被初学者遗漏，而造成对二力平衡做出错误判断。思考1：能不能在曲杆的A、B两点上施加二力，使曲杆处于平衡状态？思考2：二力平衡与相互作用力的区别？相同：两个力大小相等，方向相反，作用在同一直线上。不同：二力平衡中两个力作用在同一个物体上；相互作用力作用在两个不同的物体上。二力平衡是作用在物体上；相互作用力是作用在刚体上。（第3课时）3.力平行四边形法则(公理三)作用在物体上同点的两个力，可以合成一个合力，合力的作用点仍在该点，合力的大小和方向由这两个力为边构成的平行四边形的对角线来确定。如下图（两个力的合力求法），即：矢量表达式：12RFFF=+思考：（教材P36图2-8，利用平行四边形法则求合力来解决实际问题）两人抬提包时,两手臂之间的夹角大一些还是小一些更省力?答：根据力的平行四边形法则，夹角越大，合力越小，越费力，固夹角小些省力。力的平行四边形法则作用：力的平行四边形公理作用是用来求合力和分力。（即力的合成和分解。）即：已知合力求分力的过程，称为力的分解。已知分力求合力的过程，称为力的合成。AFFFFFFFF11111111FFFFFFFF22222222FFFFFFFFRRRRRRRR前旗职中前旗职中··机械基础教案机械基础教案··梁伟编写梁伟编写-4-两种特殊合力的求法：两种特殊合力的求法：两种特殊合力的求法：两种特殊合力的求法：当两个同向力沿同一条直线作用在同一物体上时，它们合力的大小等于两个分力的大小之和。即：Ｆ＝Ｆ１＋Ｆ２如下图：当两个反向力沿同一条直线作用在同一物体上时，它们合力的大小等于两个分力的大小之差。即：Ｆ＝Ｆ１-Ｆ２如下图：两个以上的力的合力求法：两个以上的力的合力求法：两个以上的力的合力求法：两个以上的力的合力求法：可以先求出任意两个力的合力，再求出这个合力与第三个力的合力，依此类推，直到求出所有力的合力为止。如下图：思考推论（三力平衡汇交定理）：根据二力平衡与力的平行四边行法则推论如下：当刚体受三个力(F1,F2,F3)作用而处于平衡时，若其中两个力的作用线汇交于一点，则第三个力的作用线必交于同一点，且三个力的作用线在同一平面内。如图下图所示，Ｆ１、Ｆ２汇交于一点Ａ，则Ｆ３通过Ａ点。力的分解：教材P35，两个例题说明。（第4课时）力的可传性(公理四)作用于刚体上的力，其作用点可以沿作用线在该刚体内前后任意移动，而不改变它对该刚体的作用。概括总结力的基性质前旗职中前旗职中··机械基础教案机械基础教案··梁伟编写梁伟编写-5-【课后作业课后作业课后作业课后作业】(分两次作业)1.力的基本性质有那些？2.二力平衡的必要条件是什么？3.用平行四边形做图求合力。（练习册P202-73）4.平行四边形法则的作用是什么？第二节、力矩、力偶与力的平移【教学目标与要求教学目标与要求教学目标与要求教学目标与要求】1.熟悉力矩、力偶的概念；2.掌握简单的力矩计算；3.了解力向一点平稳的结果，会作力的平移。【教学重点教学重点教学重点教学重点】1.区分力矩和力偶的不同。【教学方法教学方法教学方法教学方法】讲授法、教师与学生互动法。【教学安排教学安排教学安排教学安排】共5学时（225分钟）【教学内容】(第1课时)引：实践中人们发现，单个力对刚体除了产生移动效应（形变、运动状态）外，在一定条件下力对刚体还可以产生转动效应。（如用力推门，门就绕门轴转动；用扳手拧螺母，螺母就绕螺杆转动。推门时，力作用在离门轴较远的地方，用较小的力就可以把门推开；力作用在离门轴不远的地方，就要用较大的力才能把门推开。拧螺母时，扳柄长一些，就比较容易把螺母拧紧。）可见，力使物体转动的效果，不仅跟力的大小有关，还跟力和转动轴的距离有关，力越大，力跟转动轴的距离越大，力使物体转动的作用越大。一、力矩的相关概念1.力臂：从转动轴到力的作用线的距离，叫做力臂。即，O点到力F作用线的垂直距离d称为力臂。2.力矩中心：O点就称为力矩中心，简称矩心。3.力矩：力和力臂的乘积叫做力对转动轴的力矩。即，用F与d的乘积及其转向来度量力F使物体绕O点转动的效应，称为力F对O点之矩，简称力矩，以符号Mo（F）表示。即：4.力矩的方向：逆时针为正、顺时针为负。5.力矩的单位：在国际单位制中，以牛顿米（简称牛·米）为力矩的单位，记作Ｎ·ｍ或KＮ·ｍ。（千牛·米。）6.力矩二要素：力使物体转动的效果（如扳手使螺母的转动效果），由两个因素决定:①.力的大小与力臂的乘积（即：一方面增加力的大小，更有效的办法是增加力臂的长度）。前旗职中前旗职中··机械基础教案机械基础教案··梁伟编写梁伟编写-6-②.力使物体绕Ｏ点的转动方向。思考思考思考思考：：：：（几种特殊力矩）1.力过矩心，力矩为零。2.力为零，力矩为零。3.力沿力线在刚体内移动，力矩不变。7.合力矩定理：平面汇交力系的合力对于平面内任一点之矩等于所有各力对该点之矩的代数和。例：（力矩的计算）如下图所示，扳手在力F作用下拧螺丝绕O点转动，已知作用力F=50N，d=150cm。试计算力F对O点之矩？（第2课时）力矩的计算1：讲解教材P39例2-2力矩的计算2：设电杆上端两根钢丝绳的拉力F1=120N，F2=100N。如下图所示，试计算F1与F2对电线杆下端O点之矩？（第3课时）二、力偶矩的相关概念（教学动画—力偶方向盘、攻丝）1.力偶：把作用在同一物体上大小相等、方向相反、作用线平行的一对平行力称为力偶，记作（F1,F2）。前旗职中前旗职中··机械基础教案机械基础教案··梁伟编写梁伟编写-7-例：物体受力偶作用而转动的例子十分常见。如司机双手转动方向盘、用丝锥攻螺纹、拿钥匙开锁、拧水笼头等，所施加的都是力偶。（日常生活及生产实践中，物体受力偶作用的实例很多）由实践可知：思考：1.力偶中的两个力不满足二力平衡条件。2.力偶中的两个力不能平衡也不能对物体产生移动效应。3.力偶中的两个力只能对物体产生转动效应。说明：力、力偶为静力学两个基本物理量。说明：力、力偶为静力学两个基本物理量。说明：力、力偶为静力学两个基本物理量。说明：力、力偶为静力学两个基本物理量。2.力偶臂：力偶中两个力的作用线间距离d称为力偶臂。(如上图中的d)3.力偶的作用面：两个力所在的平面称为力偶的作用面。4.力偶矩：力偶的一个力和力偶臂的乘积Fd加上正负号，作为力偶对物体转动效应的量度，这个量称为力偶矩。记作M（F1,F2）或M，即：5.力矩的方向：逆时针为正、顺时针为负。6.力偶矩单位：Ｎ·ｍ或KＮ·ｍ。（力偶矩的单位与力矩相同）思考：图中力的单位是N，长度单位是cm。试分析图示四个力偶，哪些是等效的？（第4课时）7.力偶三要素：力偶对物体的转动效应由以下三个要素决定。①.力偶矩的大小。②.力偶的转向。F1F2前旗职中前旗职中··机械基础教案机械基础教案··梁伟编写梁伟编写-8-③.力偶的作用面。其中任一要素的改变，力偶对物体的转动效应也随之发生改变。而力偶中力的大小、力偶臂的长短以及作用的位置都不是决定力偶对物体作用的独立因素，因此，只要保证力偶矩的代数值不变，任何一个力偶总是可以用同平面内另一个力偶等效替换，而不改变它对物体的作用。从而引出同平面内力偶的等效定理：（选学不讲）思考思考思考思考：：：：力偶等效只要满足（D）A、只满足力偶矩大小相等B、只满足力偶矩转向相同