1、力矩教學(xué)課例 在高中物理中，力矩是由力的概念衍生出來(lái)的一個(gè)概念，它是高中力學(xué)體系中的一個(gè)枝叉知識(shí)在教學(xué)調(diào)查中，我們常發(fā)現(xiàn)，不少教師對(duì)力矩概念的教學(xué)并未給予足夠的重視在教學(xué)中只是告訴學(xué)生，力矩是描寫力使物體產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)效果的物理量，它的定義是力和力臂的乘積，定義式是M=FL，其中力臂L是轉(zhuǎn)動(dòng)軸到力的作用線的距離這種教法雖然能夠較快地完成教學(xué)任務(wù)，但學(xué)生卻感到十分生硬和乏味許多學(xué)生學(xué)過(guò)力矩概念之后，仍然弄不清為什么要建立力矩的概念，力矩作為描寫力的轉(zhuǎn)動(dòng)效果的物理量，為什么要定義為M=FL，而不是別的形式，等等對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)，這些問(wèn)題不解決，力矩的概念并沒(méi)有在頭腦里真正地建立起來(lái)，力矩的知識(shí)實(shí)際上并沒(méi)有真正

2、成為他們自己的知識(shí)為了克服以上的弊端，我們將力矩概念的教學(xué)方案作了重大改進(jìn)，其基本思想是：突出科學(xué)方法的教育，注重知識(shí)形成的過(guò)程，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中的探索成分教學(xué)的基本過(guò)程如下：1新課導(dǎo)入教師：我們已經(jīng)知道，力的作用能夠改變物體的形狀，也能改變物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)物體的機(jī)械運(yùn)動(dòng)有平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)兩種基本形式，力既能改變物體的平動(dòng)狀態(tài)，也能改變物體的轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)請(qǐng)大家列舉力改變物體轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)的實(shí)例學(xué)生：手開(kāi)門，用扳手旋螺絲，用撬棒撬石塊教師：在初中物理中我們學(xué)過(guò)，壓力的作用效果可以用單位面積受到的壓力去描寫，那么，力所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)效果應(yīng)當(dāng)怎樣去描寫呢？這就是本節(jié)所要解決的問(wèn)題2力臂概念的建立教師：現(xiàn)在，讓我們先考慮

3、一個(gè)相關(guān)的熟悉問(wèn)題：在轉(zhuǎn)動(dòng)物體時(shí)，力的作用效果跟哪些因素有關(guān)？學(xué)生：力的大小、方向和作用點(diǎn)教師：對(duì)！這叫力的三要素但是，科學(xué)總是力求用最簡(jiǎn)潔的語(yǔ)言去描寫世界，對(duì)影響力的轉(zhuǎn)動(dòng)效果的3個(gè)因素，我們能否將它們進(jìn)行歸并，使之得到簡(jiǎn)化呢？實(shí)驗(yàn)表明，在保持作用力不變的情況下，力的作用效果并不是由力的作用點(diǎn)與轉(zhuǎn)軸之間的距離決定的，而是由力的作用線與轉(zhuǎn)軸之間的距離決定的例如，在圖1中，大小相等的力F作用在A點(diǎn)（F的作用線與桿OA成30°夾角）和作用在OA的中點(diǎn)C（F的作用線與桿OA垂直），轉(zhuǎn)軸O到兩力的作用線的距離相等，即OA=OC，力所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)效果是相同的在物理學(xué)中，轉(zhuǎn)軸與力的作用線之間的距離叫

4、做力臂，用L表示教師：力臂的大小是由哪些因素決定的？力臂概念的引出有什么作用和意義？學(xué)生：力臂的大小是由力的作用點(diǎn)和力的方向共同決定的，力臂概念的引出，實(shí)際上是把力的作用點(diǎn)和力的方向這兩個(gè)因素歸合為一個(gè)因素教師：試用力臂概念敘述力所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)效果由哪些因素決定學(xué)生：影響力所產(chǎn)生的效果的因素是力和力臂力越大、力臂越大，力所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)效果就越明顯練習(xí)：作力臂（從略）3力矩概念的建立教師：在初中物理中我們學(xué)過(guò)，壓力的作用效果既跟壓力F的大小有關(guān)，又跟受力面積S的大小有關(guān)；用壓力F和受力面積S的比值FS可以很好地描述壓力的作用效果現(xiàn)在我們知道，力的轉(zhuǎn)動(dòng)效果既跟力F的大小有關(guān)，又跟力臂L的大小有關(guān)那么，

5、力F和力臂L應(yīng)當(dāng)怎樣組合起來(lái)才能很好地描述力的轉(zhuǎn)動(dòng)效果呢？能將力F和力臂L相加，即FL來(lái)描述力的轉(zhuǎn)動(dòng)效果嗎？為什么？學(xué)生：不能因?yàn)榱和力臂L是兩個(gè)性質(zhì)不同的物理量，它們的單位也不同，不能直接相加教師：還有什么理由可以說(shuō)明這樣做是不行的？學(xué)生：當(dāng)力臂L為零時(shí)，力F不會(huì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)的效果但在FL中，即使L等于零，F(xiàn)+L仍不為零可見(jiàn)，不可用FL描寫力的轉(zhuǎn)動(dòng)效果教師：對(duì)！那么，參照FS，是否可以將力F和力臂L相除，即用FL去描述力的轉(zhuǎn)動(dòng)效果呢？學(xué)生：用FL描述也是不行的，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)表明，L越大，力F的轉(zhuǎn)動(dòng)效果越明顯，而在上述組合中，L越大，比值卻越小教師：那么，是否可以用力F與力臂L的乘積FL，或者用F、

6、L力所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)效果呢？如果這些組合中有一種是可行的，請(qǐng)猜測(cè)可能是哪一種？學(xué)生：也許可以用FL來(lái)描述力的轉(zhuǎn)動(dòng)效果教師：有哪些同學(xué)最希望用FL來(lái)描述力的轉(zhuǎn)動(dòng)效果？請(qǐng)舉手（多數(shù)學(xué)生舉手）教師：這個(gè)猜測(cè)和選擇是否正確，讓我們用實(shí)驗(yàn)來(lái)作一次檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)：如圖2裝置，橫桿被水平懸掛，其左端系一個(gè)物塊，細(xì)線處于伸直狀態(tài)用彈簧秤在右段不同位置A、A豎直向下拉橫桿，使橫桿恰能發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)記下兩次彈簧秤的讀數(shù)F1 、F2和A、A與懸點(diǎn)O之間的距離L1、L2驗(yàn)表明，F(xiàn)1L1=F2L2教師：上述實(shí)驗(yàn)表明，不同的力作用在一個(gè)物體上，如果這些力和對(duì)應(yīng)的力臂的乘積FL相等，則力所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)效果相同這個(gè)實(shí)驗(yàn)事實(shí)告訴我們：應(yīng)當(dāng)用FL

7、來(lái)描寫力的轉(zhuǎn)動(dòng)效果物理學(xué)中，我們用力矩（M）來(lái)作為描述力所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)效果的物理量，可見(jiàn)，力矩的定義式應(yīng)是M=FL4反思教師：剛才有的同學(xué)猜測(cè)也許可以用FL來(lái)描寫力的轉(zhuǎn)動(dòng)效果，大多數(shù)同學(xué)也有這樣的愿望，這個(gè)猜測(cè)在實(shí)驗(yàn)中得到了很好地證明也就是說(shuō)，我們所得到的正是我們所希望得到的這難道是一種偶然的巧合嗎？誰(shuí)能說(shuō)說(shuō)，你為什么希望用FL，而不希望用別的，如FL2、FL3、學(xué)生：因?yàn)镕L最簡(jiǎn)單教師：不僅如此，如果將產(chǎn)生相同轉(zhuǎn)動(dòng)效果的F1、F2、L1、L2分可見(jiàn)它們違反了自然規(guī)律所以力矩只能用M=FL來(lái)描述練習(xí)：計(jì)算力矩（從略）5求力矩的另一種方法問(wèn)題：如圖3，桿OA可繞轉(zhuǎn)軸O轉(zhuǎn)動(dòng)，現(xiàn)在A點(diǎn)豎直向上作用一力F，F(xiàn)與桿之間的夾角為，桿長(zhǎng)為L(zhǎng)，試求力F的力矩學(xué)生：M=FLsin教師：如果將M=FLsin改寫成M=（Fsin）L，你能發(fā)現(xiàn)什么規(guī)律性的東西嗎？學(xué)生：如圖4所示，F(xiàn)sin是力沿垂直于桿OA方向的分力F，可見(jiàn)M=（Fsin）L=FL（分力F的力臂為零）這就給出了求力矩的另一種方法：將作用力沿兩個(gè)方向分解，使其中的一個(gè)分力（F）的力臂為零，另一個(gè)分力F的力臂最大，則作用力F的力矩就等于分力F的力矩教師：上述結(jié)論還可以進(jìn)一步推廣，即如果將作用力F向任意兩個(gè)方向分解，則合力的力矩等于各分力力矩的代數(shù)和6