工程力学01.doc

一、教案头 编号：工程力学01授课班级11材料本科1班11汽服本科2班授课日期3月4日3.4节3月5日3.4节本次课标题：1.1力和力矩1.2力偶及其性质教学目标能力（技能）目标知识目标1、掌握力的概念、力矩的方向和计算2、掌握力偶的计算1、掌握力的基本性质和表示方法2、掌握力系3、掌握力偶的计算能力训练任务及案例参考资料1、 范钦珊工程力学教程北京：高等教育出版社，19982、 范钦珊，等工程力学北京：高等教育出版社，19893、 范钦珊理论力学北京：高等教育出版社，20004、 范钦珊材料力学北京：高等教育出版社，19895、 范钦珊材料力学教程（）北京：高等教育出版社，1995二、教学设计步 骤教 学 内 容教学方法教学手段学生活动时间分配告知 (教学内容、目的）本章首先介绍工程静力学的基本概念，包括力和力矩的概念、力系与力偶的概念、约束与约束力的概念。在此基础上，介绍受力分析的基本方法，包括隔离体的选取与受力图的画法。 讲授多媒体学生倾听2分钟引入 （任务项目）力使物体改变运动状态，称为力的运动效应；力使物体发生变形，称为力的变形效应。本书第一篇工程静力学主要涉及力的运动效应；第二篇材料力学则主要涉及变形效应。讲授多媒体学生倾听5分钟操练 （掌握初步或基本能力）刚体：在外力作用下，大小和形状保持不变的物体。静力学中研究的物体均可视为刚体公理1 二力平衡公理 作用在刚体上的两个力，使刚体保持平衡的必要和充分条件是：这两个力大小相等，方向相反，且作用在同一条直线上。 对于变形体而言，二力平衡公理只是必要条件，但不是充分条件。 个别辅导讲解学生练习3分钟深化 （加深对基本能力的体会）公理2 加减平衡力系公理：在已知力系上加上或者减去任意平衡力系，并不改变原力系对刚体的作用。 推论1 力的可传性原理 作用在刚体上某点的力，可以沿着它的作用线移动到刚体内任意一点，并不改变该力对刚体的作用效应。（如图） 讲授多媒体学生倾听5分钟归纳 （知识和能力）一、 学习静力学和材料力学的意义二、 注意讲清几个概念：1、 力学：研究机械运动的科学；机械运动：物体在空间的位置随时间的变化，包括变形和流动；静力学：研究物体平衡的一般规律；平衡：物体对惯性参考系保持静止，或作匀速直线运动；静力学的研究对象：质点、质点系、刚体（实际物体经过抽象或理想化后的物理模型）。2、 力的性质a) 力的概念：相互机械作用，其结果为：运动状态发生改变（外效应）或变形（内效应）。b) 力的三要素（大小、方向、作用点）：用力矢表示。力的表示方法3、力系的性质c) 力系的概念：(，)d) 等效力系：作用在同一刚体而效应相同的力系e) 平衡力系：保持平衡状态的力系f) 力的合成与分解合力：一个力与某力系等效分力：某力系与一个力等效几个概念：通过举例的办法引入力偶在实际生产和生活中的应用，1、工厂的钳工套丝、攻丝；2、汽车驾驶时方向盘的操控力偶力偶作用面力偶臂力偶系一、 力对点的矩矢1、概念l （如右图所示）转动效应取决于：1、转动的效应的强度取决于力的大小F和力臂h的乘积Fh；2、转轴的方位由右手定则确定；3、转向l 上述要素可以使用一个矢量来表示，即力对点的矩矢，2、力对点的矩矢的矢量积表示式和解析式（1） 力对点的矩矢的矢量积表示式l 矢量积的模 请同学们复习一下有关矢量代数的知识。l 矢量表示式（2）力对点的矩矢的解析表示式力对点O的矩矢为 力对点的矩矢在坐标轴的投影式：3、 对点的矩矢的基本性l 基本性质：作用于物体上的二力对物体产生任一点的转动效应，应用该点的一个矩矢来度量，这个矩矢等于二力分别对该点的矩矢的矢量和。即几何意义见右图l 对于力系，则有4、 力矩定理为力系的合力，则有 即力系合力对任一点的矩矢，等于诸力对同一点力的矩矢的矢量和，称之为合力矩定理。上述问题如果为平面问题，则可以转化为代数问题，即力系中各力的作用线在同一平面内。二、力对轴的矩1、 概念在研究力对刚体所产生的绕某轴转动的效应，则涉及到此方面的问题，如开门和关门等。如P27图27的转动曲轴，可以将空间任意力分解为、，其中前者平行于Z 轴，后者垂直于Z，只有后者才能产生转动效应，前者是不会产生转动效应的。这个转动效应可以有对点A的矩来度量，并称之为力对轴OZ之矩，记作，即力对轴之矩等于力在垂直于该轴平面上的投影对该轴与平面交点之矩。为代数式，不是矢量式，注意与力对点子矩的区别2、 力对坐标轴之矩如图所示，根据力对坐标的矩矢，可以得出以下表达式：3、 力对点之矩与力对轴之矩的关系 三、力偶矩矢如图所示，有从上述式子中可以看出，力偶矩矢与O点的位置无关，因此力偶矩矢是自由矢量。l 矢量式：l 解析式四、力偶的等效条件和性质1、 力偶的等效条件条件：力偶矩矢相等。2 力偶的性质性质一 力偶不能与一个力等效（即力偶无合力，力偶对刚体只产生转动效应，而力对刚体产生平移或移动效应，显然二者作用效应不同，不能互相平衡，即力偶只能由力偶来平衡），因此也不能与一个力平衡。性质二 力偶可在作用面内任意转动，或平移到另一平行平面，而不改变对刚体的作用效应。性质三 保持力偶的转向和力偶矩的大小不变，力偶中的力和力臂的大小可以改变，而不会改变对刚体的作用效应。五、力偶系的合成如图所示，讲清力偶合成的思路其作用效果完全等效，根据力偶矩的定义，有可见，两个力偶合成的结果得到一个合力偶，合力偶的力偶矩矢的等于此二力偶的力偶矩矢的矢量和。同样可将上述结论推而广之，可以得到力偶系的合成结论，即矢量式：解析式：讲授演示多媒体学生倾听65分钟训练 巩固拓展检验推论2 三力平衡汇交原理：作用在刚体上三个相互平衡的