教师:是否可以用FL,或更复杂的组合FL2、FL3、 ……等来描述力产生的转动效果呢?请猜测是哪一种。
学生:用F·L可能更好一些。
教师:这个选择是否正确,让我们用实验来检验。
[实验2]如图,横杆被水平悬挂,其左端系一物块,用弹簧杆在右段不同位置A、A2竖直向下拉横杆,使横杆恰能发生转动,记下两次弹簧秤读数F1、F2和点A1、A2与悬点0之间距离L1、L2实验表明F1L1=F2L2。
教师:上述实验表明、不同力作用在一个物体上,如果F·L相同,则力所产生转动效果相同,所以应当用F·L来描述力的转动效果,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,力矩的定义式应为 。
教师:也许也有同学猜想用FL2、FL3、 ……来描述力所产生的转动效果,它们都满足F·L,越大,其值也越大的特点,我们为什么偏偏选择FL呢?
学生:因为FL最简单
教师:是的,物理概念的建立遵从的主要原则之一为简单性原则:即要用最简练的语言,最少的因子,最简单的数学公式来描述和定物理概念,不仅如此,如果将产生相同转动效果的F1F2,L1L2分别代入FL2、FL3、 ……中,所得结果是不会相等的,可见它们违反了自然规律,所以力矩只能用M=FL来描述。
另外,力矩的单位是由力和力臂单位决定,在国际单位制中应该是什么单位。
学生:是牛·米,符号为N·m
教师:功的单位是焦耳,其量纲也是N·m,它们的物理意义一样吗?若不一样,有什么不同。
学生:它们的量纲虽然一样,但物理意义不同,力矩为1N·m反映的是1N的力,其力臂力1米时产生的转动效果,功为1J=1N·m反映的是1N的力使物体移动1米时对物体做的功,是一个过程量,体现出能量转化的属性。
不错哦 3.力矩平衡
[实验3] 介绍实验装置:力矩盘均匀,其重心在圆盘中心,圆盘可以在竖直面内绕过中心的水平轴无摩擦地转动。(为使实验更快地进行,对课本中图4-8做一些改进,圆盘上挂两组钩码,另一组钩码用弹簧秤代替)。
学生读数、填表:
力
力臂
力矩
转动方向
转轴物体的平衡条件:
M1+M2+…+…=0 即M总 =0
[实验4] 动态验证:如图,让学生猜想,保持
力盘平衡,当弹簧秤缓慢地由A→B→C过程中读数
的变化情况,再验证
[实验5] 体验平衡条件
(1)两脚左右分开(30cm),在从双脚站立不变姿式改为单足站立行不行?让学生体验一下如何。从双足站立变为单足站立。
(2)侧身将一只臂和腿紧紧靠墙站立,保持这种姿式,将远离墙的一只脚提起,让靠墙的一只脚站立,让学生试试能否做到?并说明理由。
4.课堂练习(略)
四、教学效果
1.问卷调查
(1)在本节课的学习中你懂得哪些概念、掌握了哪些规律。
(2)关于力矩,下列说法正确的是:
A、力对物体的转动作用决定于力矩的大小;
B、力矩可以使物体向不同方向转动;
C、力矩等于零时,力对物体不产生转动作用;
D、因为1J=1N·m,因此力矩的单位“N·m”也可写成“J”。
(3)直杆OA可绕O轴转动,图中虚线与杆平行,杆的A端分别受到F1、F2、F3、F4四个力的作用,它们
与OA在同一竖直面内,比较它们对O点力矩M1、M2、M3、M4的大小关系。
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