机械基础第二章教案

第二章构件的静力学分析§2-1 力的基本性质教学目标：1、熟悉力的概念、性质；2、理解约束类型，掌握约束反力方向的确定。

熟练绘制受力图3、能把工程实际结构转换成力学模型，培养分析问题和解决问题的能力。

4、、了解约束类型及约束反力方向的确定。

5、能准确判断出约束类型并确定约束反力方向，有一定的分析问题和解决问题的能力。

教学重点：1、力的概念、性质；2、约束类型，约束反力方向的确定。

3、画受力图教学难点：约束反力方向的确定。

授课类型：新课教学方法：教学方法：讲练法、演示法、讨论法、归纳法。

教具：教室里边的桌子，电杠，扫帚等教学安排：教学步骤：讲授与演示交叉进行、讲授中穿插讨论、讲授中穿插练习与设问，最后进行归纳。

教学过程：一、导入新课：构件的静力分析是选择构件材料、确定构件外形尺寸的基础。

构件的静力分析是以刚体为研究对象。

刚体是指受力后变形忽略不计的物体。

二、新课教学：一、力的概念1.力的定义力是物体相互间的机械作用，其作用结果使物体的形状和运动状态发生改变。

说明：力的效应分外效应—改变物体运动状态的效应。

内效应—引起物体变形的效应。

2.力的三要素力的大小、方向、作用点（线）。

3.力的表示法力是矢量，用数学上的矢量记号来表示。

4.力的单位在国际单位制中，力的单位是牛顿(N)1 N= 1公斤•米/秒2（kg •m/s2 )。

❖ 启发教学： 2020F NF N==哪一种正确？ 注意区别矢量与标量。

二、力的基本性质公理一(二力平衡公理)要使刚体在两个力作用下维持平衡状态，必须也只须这两个力大小相等、方向相反、沿同一直线作用。

二力构件—不计自重只在两点受力而处于平衡的构件。

与构件形状无关。

❖ 设问：能不能在曲杆的A 、B 两点上施加二力，使曲杆处于平衡状态。

公理二(力平行四边形公理)作用于物体上任一点的两个力可合成为作用于同一点的一个力，即合力。

合力的矢由原两力的矢为邻边而作出的力平行四边形的对角矢来表示。

矢量表达式： 12R F F F =+❖ 课堂讨论：分析下列哪种表达式正确？12R F F F =+ 12R F F F =+公理三(加减平衡力系公理)可以在作用于刚体的任何一个力系上加上或去掉几个互成平衡的力，而不改变原力系对刚体的作用。

推论 (力在刚体上的可传性)作用于刚体上的力，其作用点可以沿作用线在该刚体内前后任意移动，而不改变它对该刚体的作用。

F AB F 1AB AF 1F 2RF AB F 2 F 1F1= －F2= F❖要点：☉力不能移出作用线以外；☉力不能移出刚体外。

❖启发教学：为什么说二力平衡条件、加减平衡力系原理和力的可传性等都只适用于刚体？公理四(作用和反作用公理)任何两个物体相互作用的力，总是大小相等，作用线相同，但指向相反，并同时分别作用于这两个物体上。

三、约束类型1、基本概念☉非自由体对自由体的限制称为约束。

☉约束限制非自由体运动的力称为约束反作用力，简称约束反力。

2、常见约束类型（1 ）柔体约束组成：柔软的绳索、链条或带。

反力：只能是拉力。

（2）光滑面约束组成：导轨、滑槽、气缸等。

反力：法向支承力。

（3）、光滑铰链约束A、固定铰链约束反力：正交分力。

FB 、活动铰链约束反力：法向支持力。

（4）、固定端约束反力：正交分力和反力偶。

❖ 应用：轴承、桥梁、内燃机、飞机、遮雨棚等。

四、画受力图 1、取分离体 2、画出主动力 3、画出约束反力三、 小结1、理解力、刚体、平衡和约束等重要概念2、理解静力学公理及力的基本性质3、明确各类约束对应的约束力的特征4、能正确对物体进行受力分析四、作业1、什么是力以及力的三要素？2、什么是约束以及约束反力？3、叙述二力平衡公理和作用力与反作用力公理。

4、简述几种常见的约束。

A BFA y F xM A CD FA C F F F F B第二节力矩和力偶【教材版本】李世维主编．中等职业教育国家规划教材—机械基础（机械类）．第2版．北京：高等教育出版社，2006【教学目标与要求】一、知识目标1、了解力矩和力偶的概念；理解力的平移原理；2、掌握力偶性质。

二、能力目标掌握力偶性质，培养分析问题和解决问题的能力。

三、素质目标1、了解力矩和力偶的概念，掌握力偶性质；2、了解力的平移原理；并能解释生活和工程实际问题。

四、教学要求1、了解力矩和力偶的概念；2、掌握力偶性质及力的平移原理、应用。

【教学重点】1、力矩和力偶的概念，力偶性质；2、力的平移原理、应用。

【难点分析】力偶性质、力的平移原理及应用【教学方法】教学方法：讲练法、演示法、讨论法、归纳法。

【教学资源】1．机械基础网络课程．北京：高等教育出版社，20062．吴联兴主编．机械基础练习册．北京：高等教育出版社，2006【教学安排】2学时（90分钟）教学步骤：讲授与演示交叉进行、讲授中穿插讨论、讲授中穿插练习与设问，最后进行归纳。

【教学过程】★复习旧课（5分钟）约束类型⏹柔体约束F⏹固定铰链约束活动铰链约束★导入新课实践中人们发现，单个力对刚体除了产生移动效应外，在一定条件下力对刚体还可以产生转动效应。

★新课教学（80分钟）§2-2 力矩和力偶一、力矩1、力矩的概念力的大小F与力臂d的乘积称为力矩。

规定：力使物体绕矩心逆转为正；顺转负。

❖要点:☉力过矩心，力矩为零。

☉力为零，力矩为零。

☉力沿力线在刚体内移动，力矩不变。

2、合力矩定理平面汇交力系的合力对于平面内任一点之矩等于所有各力对该点之矩的代数和。

❖讨论：根据合力矩定理推出：“力偶对任一点的矩等于零’,错在哪里？合力矩定理指出：“合力对点之矩等于各分力对同一点之矩的代数和”，因为“力偶无合力”，所以力偶对一点之矩必等于零。

二、力偶1、力偶的概念等值、反向的两个平行力构成力偶。

2、力偶三要素力偶矩的大小、转向、力偶作用面称为力偶三要素。

说明：力、力偶为静力学两个基本物理量。

3、力偶矩规定：逆时针转向的力偶矩为正，顺转为负。

4、力偶性质☉力偶无矩心☉力偶无合力☉等效力偶可以互换❖讨论：图中力的单位是N，长度单位是cm。

试分析图示四个力偶，哪些是等效的？❖讨论：力偶等效只要满足（）A、只满足力偶矩大小相等B、只满足力偶矩转向相同C、只满足力偶作用面相同D、力偶矩大小、转向、作用面均相等三、力的平移把力F 作用线向某点O 平移时，须附加一个力偶，此附加力偶的矩等于原力F 对点O 的矩。

❖要点：☉力的平移原理只适用于刚体。

☉力的平移是指力在同一刚体上平移，不能移到另一刚体上。

☉力的平移原理的逆定理亦成立。

❖讨论：攻丝时为什么不能单手施力？❖讨论打乒乓球时为什么削球比平推更有威慑力讨论FAOdAdFOF'F''AOm Fd=★小结（5分钟）⏹平面汇交力系的简化⏹平面汇交力系的平衡⏹力矩和力偶的概念⏹力偶的特性⏹力偶系的平衡及平衡方程的应用★作业练习册§2-3 平衡方程及其应用教学目标1、了解力在坐标轴上的投影；2、理解平面力系的平衡方程及其应用。

3、通过平面力系平衡方程的应用，培养分析问题和解决问题的能力。

4、、了解力在坐标轴上的投影；5、了解平面力系的平衡方程及其特例。

应用平衡方程解决工程实际问题，培养工程意识。

6、初步了解力在坐标轴上的投影；7、应用力的平移原理建立平衡方程并能解决工程实际问题。

教学重点1、力在坐标轴上的投影；2、平衡方程的应用。

教学难点：应用力的平移原理建立平衡方程授课类型：新课授课时间：第周课时：课时教学方法：教学方法：讲练法、演示法、讨论法、归纳法。

教具：1F '2F '3F 'l 1Ol 2l 3常见的杆件 教学安排 ：教学步骤：讲授与演示交叉进行、讲授中穿插讨论、讲授中穿插练习与设问，最后进行归纳。

教学过程一、 复习旧课1、力的平移原理2、力偶性质 ☉力偶无矩心 ☉力偶无合力☉等效力偶可以互换二、导入新课平衡方程是在解决工程实际问题中，通过对力的分析，建立起来的力的数学解析表达式，是工程实际中对受力情况的一种定量分析方法。

三、 新课教学（一）、 平面受力时的解析表示法力在坐标轴上的投影力F 在x 、y 轴上的投影：力F 在x 、y 轴分力大小：投影正负规定如下：若此力沿坐标轴的分力的指向与坐标轴一致，则力在该坐标轴上的投影为正值；反之，则投影为负值．❖ 注意：力的分力是矢量，而力在坐标轴上的投影是代数量。

❖ 讨论：合力是否一定比分力大？（二）、平面受力时的平衡方程及应用 1、平面一般力系的简化一般力系平移后得到一个汇交力系和力偶系。

A 3OA 2A 1F 1F 3F 2R 'L OO2、平面一般力系的平衡平面汇交力系的合力和平面力偶系的合力偶矩同时为零。

平衡方程：例题分析：教材例2-5、例2-6 （三）、平面受力的特殊情况1、平面平行力作用的平衡平衡方程例题分析： 塔式起重机的机身总重G =220kN ,重心在塔中点，最大起重量,尺寸如图所示。

求（1）当平衡重时，轨道的反力；（2）满载时保持机身平衡的最小平衡重； （3）空载时保持机身平衡的最大平衡重。

解：（1）由平衡力系平衡方程求反力（2）满载时，（3）空载时， 000x y o F F M ∑=∑=∑=00y O F M ∑=∑=0)(=∑P M B 0)212(24)26(=--•+•-+P G N Q A kN N A 45=0=∑y P 0=---+Q P G N N B A kN N B 255=0=A N 0)(=∑P M B 0)212(2)26(min =--⋅++P G Q kN Q 5.7min =0=B N2、平面力偶系的合成与平衡作用在物体同一平面内的力偶，称为平面力偶系。

平面力偶系合成的结果为一合力偶，其合力偶矩等于各分力偶矩的代数和。

若力偶系平衡，则合力偶矩必为零。

平衡方程例题分析：钻孔时钻头给工件施加一个压力和一个力偶，其力偶矩，若夹紧工件的两个螺栓间的距离，求每个螺栓所受的横向力。

解：课内练习：练习册（先练习后总结） 四、小结1、平面任意力系的简化2、平面任意力系的平衡3、平面任意力系平衡方程的应用4、力偶系的平衡及平衡方程的应用五、 作业写出几种常见的力系的平衡公式0M m ==∑0)(=∑P M A 02)26(max =⋅--G Q kN Q 110max =kNQ kN 1105.7<<0=∑m 01=+m l N A N lm N A A 250=-=NN N A B 250==。