《刚体平衡的条件》教案1.doc

刚体平衡的条件【教学课题】刚体平衡的条件【教学目标】1.知识与能力 认识刚体的平衡条件 2.过程与方法 能用刚体的平衡条件分析物体的平衡3.情感态度与价值观 培养全面分析问题的能力和推理能力【教学安排】2课时【教学重难点】重点：1、刚体的概念2、刚体平衡的条件难点：能正确运用平衡条件求解静力学问题。【教学方法】实验法、讲练法、归纳法、讲授法【教学用具】投影仪、投影片【教学内容】一、刚体平衡的条件选用不容易变形的直杆代表扁担。用弹簧测力计测出它自身的重量G，再设法测出杆的重心C。用细线拴住杆的A、B两点，把它挂在两个弹簧测力计下面，并在D处挂4个钩码（其总重量G1），如图1.5-1所示。调节测力计的高低，使杆在水平方向上平衡。分别读出两个测力计的读数F1和F2。用刻度尺分别测出A、B、C、D间的距离。分析此时杆的受力情况。画出直杆的受力分析示意图（如图1.5-2）从实验数据可以看出，F1 + F2 = G + G1 或F1 + F2 G G1 = 0 以A为转动轴，计算各力对A轴的力矩的代数和，得到F2AB GAC G1AD = 0 若以B为转动轴，计算各力对B轴的力矩的代数和，可得到GBC + G1BDF1AB = 0 刚体平衡的条件是：合力为零、合力矩为零即 F = 0 和M = 0 二、例题详解例题1.为了称重汽车的重量，把汽车的前轮压在地秤上（图1.5-3甲），测得的结果为6.7103N，汽车前后轮之间的距离是2.7m，汽车的重心距离后轮1.5m，求汽车的重量和后轮对地面的压力。分析：汽车可以看做刚体，处于平衡状态。受到重力G，地秤对前轮支持力F1和地面对后轮支持力F2的作用，如图1.5-3乙。根据刚体平衡条件，这三个力的合力为零；若将后轮与地面的接触位置作为转动轴，则汽车受到两个力矩的作用：一个是重力G的力矩，另一个是地秤对前轮支持力F1的力矩，F1的大小等于汽车前轮压地秤的力，即题中所给的测量结果6.7103N，这两个力矩的合力矩也为零。解：汽车处于平衡状态，选汽车后轮与地面接触的位置为转动轴，合力矩为Gl F1L = 0 由此可得：即汽车的重量为1.2 104N。再由合力为零，得F2 = G F1 = (1.2 104 6.7 103)N = 5.3 103N 据牛顿第三定律，后轮对地面的压力大小为5.3 103N例题2.塔式起重机如图1.5-4所示。机架重P = 700kN，重力作用线通过塔架中心。最大起重量G = 200kN，最大悬臂长为12m，轨道AB的间距为4m。平衡块重W，到机身中心线距离为6m，试问：（1）为保证起重机在满载和空载时都不致翻倒，平衡块的重量W应为多少？ （2）若平衡块重W = 180kN，当满载时轨道A、B给起重机轮子的作用力各为多少？分析：要使起重机不翻倒，应使作用在起重机上的所有力的力矩满足平衡条件。取起重机为研究对象，起重机所受的力有：被吊物体所受的重力G，机架所受的重力P，平衡块所受的重力W以及轨道A、B给起重机轮子的作用力FA和FB。解：（1）满载时，为了保证起重机不致绕B点翻倒，这些力的力矩必须满足平衡方程MB = 0，即所有外力对B点的力矩之和为零。在临界情况下，FA = 0，这时求出的W值是允许的最小值。由MB = 0得 Wmin(6 + 2) + P 2 - G (12 - 2) = 0 （1）即：空载时G = 0，为了保证起重机不致绕A点翻倒，所受力的力矩必须满足平衡方程MA = 0，即所有外力对A点的力矩之和为零。在临界情况下，FB = 0，这时求出的W值是所允许的最大值。由MA = 0 ，得Wmax(62)P2 = 0 （2）即：要使起重机不翻倒，平衡块的重量应在这两者之间。即75kN W 350kN。(2)取W = 180kN，满载时轮子轨道A、B给起重机的作用力为FA和FB。此时，起重机在力G、P、W以及FA和FB的作用下平衡。根据刚体的平衡条件：F = 0 W P G + FA + FB = 0 （3）取A点为转动轴，有MA = 0 W(6 2) P2 G(12 + 2) + FB4 = 0 （4）代入