工程力学基础教案.pdf

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1、机械基础机 械 基 础第一学年学年第第一学期学期教案编号教案编号课题名称课题名称机械基础项目 2 工程力学基础章章节节任务一 认识力的概念与基本性质1.了解力矩、力偶、力偶矩、平面力偶系的概念；教教学学目目标标能力目标能力目标情感态度情感态度价值观价值观知识目标知识目标2.理解力及力系的概念和力的基本性质；3.掌握静力学基本公理。培养学生能够解决静力学和平面力偶系问题的能力培养学生对力学的认识与学习的兴趣1力及力系的概念和力的基本性质。1.静力学基本公理2.平面力偶系的合成和平衡条件教室机械挂图、教具准备挂图、教具讲授法、讨论法教学活动设计教学活动设计总课时总课时3232课课 时时2 2教教学

2、学重点难点重点难点难点难点重点重点教学环境教学环境教学资源教学资源课前准备课前准备教法建议教法建议序号序号123主要教学内容主要教学内容一、力及力系的概念二、静力学基本公理三、力矩和力偶师生活动设计师生活动设计学生、老师互动讨论为主教师重点介绍教师重点介绍教教 学学 实实 施施 步步 骤骤教学教学环节环节提问：复习旧课知识链接知识链接一、力及力系的概念一、力及力系的概念1.1.力力力的概念是整个力学的基础，物体发生形变和物体运动教学内容及教师活动教学内容及教师活动学生活动学生活动时间时间分配分配1.机器、机构的含义？2.运动副的类型和符号？3.机械危险的主要形式和预防措施？分别找学生回答10老

3、师、学生互动4 3状态发生变化均离不开力。力是改变物体运动状态或使物体讨论变形的物体间相互的机械作用。(1)力是物体对物体的相互作用一个物体受到力的作用，一定是另一个物体对它施加这种作用。受力的物体叫受力体，施力的物体叫施力体。力不能脱离物体而单独存在，这即是力的物质性和相互性。应注意：应注意：在分析物体受力时，一定要找出施力的物体，如果没有施力体，这个力就不存在。如：正在空中向前飞行的子弹，受到重力和空气的阻力，地球和空气是施力体，子弹是受力体。有人说，因为子弹正在向前飞行，所以它还应受到一个向前的推力作用，这是不对的，因为找出不推力的施力物体。（2）力是改变物体运动状态的原因物体的运动状态

4、的改变主要是指物体的速度的变化。速度的大小发生变化；速度的方向发生变化；速度的大小和方向都变化，这三种情况均认为物体的运动状态发生了变化。当物体受到一个力的作用，或受到几个力的作用，但合力不为零时，力的作用就会使物体运动状态改变，物体将做变速直线运动或曲线运动。应注意：力不是维持物体运动状态的原因，而是改变物体运动状态的原因。(3)力的矢量性：力不但有大小，而且有方向，这种既由大小又由方向决定的量，我们叫矢量。大小相同而方向不同的两个力F1和F2分别作用在物体上，如图 1 所示，物体的运动状态变化就不同。F1老师具体讲解3 8(a)F2用挂图以图形并(b)图 1茂的形式，结合知识点进行具体的讲

5、解，(4)力的三要素影响力的作用效果的是力的大小、方向和作用点，称之并让学生思考，举例为力的三要素。说出自己平时见到过2.2.力系力系力系概念：同时作用在同一物体上的一群力。等效力系等效力系：的零件。两力系对物体的作用效应相同，则二者互为等效力系。平衡力系如果某一个力系作用到原来平衡的物体上，而物体仍然保持平衡，则此力系为平衡力系。合力与分力若一个力与一个力系等效，则称这个力为该力系的合力，而该力系中的各个力称为这个力的分力。由已知力系求合力的过程称为力的合成，反之为力的分解二、静力学基本公理二、静力学基本公理1.1.公理：二力平衡公理公理：二力平衡公理刚体：不计变形的物体，是一个理想模型。如

6、图 2-1-2（a）所示，悬挂着的电灯，受到向下的重教师重点介绍并8力 G 和电线对它的拉力 F 的作用而处于静止平衡状态。由此用挂图，以图形并茂可知，作用在刚体上的两个力，使刚体保持平衡状态的充分的形式，结合知识点和必要条件是：两个力的大小相等，方向相反，且作用在同 进行具体的讲解，并一条直线上。对于刚体，力的作用只改变其运动状态。二力平衡只适用于刚体，对于变形体，二力平衡公理只是必要条件，但不是充分条件。如图 2-1-2（b）所示绳索两端施加一对等值、反向、共线的拉力时可以平衡，但是受到一对等值、反向、共线的压力时就不能平衡了。让学生思考想一想：现实生活中存在刚体吗？只受两力作用并处于平衡

7、状态的物体称为二力构件。当构件呈现杆状时，称为二力杆。如图2-1-3 所示，二力杆 CD 处于平衡状态，根据公理 1 可知，作用在二力杆 CD 上的两个力 FC和 FD大小相等，方向相反，并在两个力作用点的连线上。2.2.公理公理 2 2：加减平衡力系公理：加减平衡力系公理在已知力系上加上火减去任一平衡力系，不改变原力系对刚体的作用效应。推论：力的可传递性原理推论：力的可传递性原理作用于刚体上某一点的力，可沿其作用线移至刚体上任一点，二不会改变原力系对刚体的作用效应。如图 2-1-5所示，力 F 作用在刚体上 A 点和作用在刚体 B 点的效果是一样的。想一想：如图 2-1-4所示，跳伞运动员和

8、伞在空中匀速直线下降，若已知人和伞的总重，你能说出他们所受的阻力吗？3.3.公理公理 3 3：力的平行四边形公理：力的平行四边形公理作用于物体上某一点的两个力的合力也作用于该点，合力 FR的大小和方向由这两个力为邻边构成的平行四边形的对角线来确定。如图 2-1-6（a）所示，作用于物体的两个力 F1和 F2的合力为 FR，也可用矢量式表示为想一想：力能否沿其作用线滑移至相邻的另一物体上？、778FR=F1+F2推论：三力平衡交汇定理刚体上受同一平面内互不平行的三个力作用而且相互平衡时，则此三个力的作用线汇交于一点，并在同一平面内。如图 2-1-6（b）所示，刚体受F1、F2、F3三个力作用处于

9、平衡状态，则 F1、F2、F3必汇交于 D 点。4.4.公理公理 4 4：作用与反作用公理：作用与反作用公理两个物体间的作用力和反作用力总是同时存在，且大小相等、方向相反、沿着同一直线（简称等值、反向、共线），分别作用在这两个物体上。如图 2-1-7 所示，将重量为 G 的物体放在水平桌面上，重物 G 对桌面有作用力（压力）N，而桌面对重物有反作用力 N,作用于桌面，桌子对重物的反作用力则作用于重物。N 与 N是作用力与反作用力的关系，两者等值，即 N=-N，而重力 G 与桌子对重物的反作用力 N构成了一对平衡力。小提示：平行四边形法则既是力的合成法则，也是力的分解法则。三力平衡汇交力系可利用

10、这个定理确定未知力的方向。三、力矩和力偶三、力矩和力偶1.1.力矩与合力矩力矩与合力矩7（1）力矩：力对点之矩，简称为力矩。想一想：一对作如图 2-1-8 所示，设螺母能绕 O 点转动，作用在扳手的用力与反作用力与一力 F 在与螺母轴线垂直的平面内，力 F 的作用线到 O 点的垂对平衡力有何区别？直距离为 d。力 F 使刚体绕某点 O 转动的效应，不仅与力 F 的大小成正比，而且与点 O 至力作用线的垂直距离 d 成正比。通常规定，力使刚体绕矩心做逆时针方向转动时，力矩为正，反之为负。离队点之矩用符号 Mo（F）表示，即 Mo（F）=Fd。在国际单位制中，力矩单位为 Nm（牛米）-+教师重点介

11、绍并用挂图，以图形并茂的形式，结合知识点进行具体的讲解，并让学生思考（2）合力矩定理平面汇交力系的合力对平面任一点的矩，等于力系中所有各分力对于该点力矩的代数和。即8nMo（F）=Mo（F1）+Mo（F2）+Mo（F3）+Mo（Fn）=i=1（Fi）2.2.力偶与力偶矩力偶与力偶矩力偶：作用在一物体上大小相等、方向相反、作用线平行而不重合的两个力所组成的力系称为力偶。如图 2-1-9所示分别为用两手指旋转水龙头、双手转动方向盘、钳工用丝锥攻螺纹，都是施加力偶的例子。想一想：力矩在什么情况下为零？力偶矩如图 2-1-10 所示，力偶中两个力之间的垂直距离 d 称为力偶臂。力偶中的力臂d 的乘积称

12、为力偶矩。对于平面力偶，力偶对物体的转动效应应完全取决于力偶矩的大小和力偶的转向，而与矩心无关。M=Fd正、负号表示力偶的转向，并规定逆时针转向为正，顺时针转向为负。单位与力矩相同73.3.平面力偶系的合成和平衡条件平面力偶系的合成和平衡条件（1）平面力偶系的合成作用在物体同一平面内的多个力偶，称为平面力偶系。平面力偶系可以合成为一个合力偶，它等于各力偶矩的代数和，即 M=M1）+M2+M3+Mn.（2）平面力偶系的平衡条件：平面力偶系平衡的条件是所有力偶矩的代数和等于零。5课后作业课后作业1、如何正确理解力的概念？哪些因素决定力的作用效果？2、“合力一定大于分力”这种说法是否正确？举例说明为

13、什么？3、比较力矩和力偶矩两者的异同。小结：课堂课堂小结小结1.力矩、力偶、力偶矩、平面力偶系的概念；2.力及力系的概念和力的基本性质；3.静力学基本公理。5认识力的概念与基本性质认识力的概念与基本性质一、力及力系的概念一、力及力系的概念1.1.力力力的定义板书板书力的三要素设计设计力矢量2.2.力系力系力系概念等效力系平衡力系合力与分力二、静力学基本公理二、静力学基本公理1.1.公理公理 1 1：二力平衡公理：二力平衡公理刚体二力平衡公理二力构件和二力杆2.2.公理公理 2 2：加减平衡力系公理：加减平衡力系公理加减平衡力系公理推论（力的可传递性原理）3.3.公理公理 3 3：力的平行四边形公理：力的平行四边形公理平行四边形公理推论（三力平衡汇交定理）平行四边形法既是力的合成法则，也是力的分解法则。4.4.公理公理 4 4：作用与反作用公理：作用与反作用公理两个物体间的作用力和反作用力总是同时存在，且大小相等、方向相反、沿着同一直线（简称等值、反向、共线），分别作用在这两个物体上。三、力矩和力偶三、力矩和力偶1.1.力矩与合力矩力矩与合力矩力矩概念合力矩定理2.2.力偶与力偶矩力偶与力偶矩力偶概念力偶矩概念3.3.平面力偶系的合成和平衡条件平面力偶系的合成和平衡条件平面力偶系的合成平面力偶系概念。平面力偶系的合成平面力偶系的平衡条件