工程力學(xué)教案

教學(xué)班級教研主任簽字教學(xué)時(shí)間教務(wù)處長簽字科目工程力學(xué)教學(xué)課題第一章、靜力學(xué)基礎(chǔ)任務(wù)1靜力學(xué)基本概念任務(wù)2靜力學(xué)公理教學(xué)目的（一）、知識點(diǎn)1、理解力的概念；掌握力的三要素。2、掌握力學(xué)中標(biāo)量和矢量的概念及體現(xiàn)方式。3、熟悉剛體的概念。4，掌握力學(xué)四大公理。（二）、能力訓(xùn)練1、培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用概念去分析問題、解決問題的能力。2、培養(yǎng)學(xué)生的認(rèn)識能力，進(jìn)一步發(fā)展學(xué)生的思維能力。（三）、德育滲入1、樹立對的的辯證唯物主義觀點(diǎn)。2、培養(yǎng)學(xué)生勤學(xué)好問、嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)、勇于探索的優(yōu)秀品質(zhì)。教學(xué)辦法本節(jié)內(nèi)容理論性強(qiáng)，宜采用講授法。重點(diǎn)、難點(diǎn)、及解決辦法（一）、重點(diǎn)力的概念；掌握力的三要素；力學(xué)中標(biāo)量和矢量的概念及體現(xiàn)方式；力學(xué)四大公理（二）、難點(diǎn)力學(xué)中標(biāo)量和矢量的概念及體現(xiàn)方式（三）、解決方法1、重點(diǎn)解決的方法。（1）、從概念上講清力的概念。（2）、用圖示的辦法搞清標(biāo)量和矢量的概念。（3）、用舉例法敘述力的三要素以及四大公理。2、難點(diǎn)解決的方法用實(shí)例和做圖的辦法使學(xué)生弄懂力學(xué)中標(biāo)量和矢量的概念及體現(xiàn)方式。教學(xué)準(zhǔn)備工程力學(xué)（武漢大學(xué)出版社）教案掛圖ppt等其它教學(xué)工具學(xué)時(shí)安排2學(xué)時(shí)板書設(shè)計(jì)力的概念→力的三要素→力學(xué)中標(biāo)量和矢量的概念→力的體現(xiàn)方式→力學(xué)四大公理。復(fù)習(xí)舊課工程力學(xué)是研究有關(guān)物質(zhì)宏觀運(yùn)動(dòng)規(guī)律，及其應(yīng)用的科學(xué)。工程力學(xué)提出問題，力學(xué)的研究成果改善工程設(shè)計(jì)思想。導(dǎo)入新課從工程上的應(yīng)用來說，工程力學(xué)涉及：質(zhì)點(diǎn)及剛體力學(xué)，固體力學(xué)，流體力學(xué)，流變學(xué)，土力學(xué)，巖體力學(xué)等。講授新課靜力學(xué)基礎(chǔ)任務(wù)1靜力學(xué)基本概念靜力學(xué)是研究物體的平衡問題的科學(xué)。重要討論作用在物體上的力系的簡化和平衡兩大問題。所謂平衡，在工程上是指物體相對于地球保持靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，它是物體機(jī)械運(yùn)動(dòng)的一種特殊形式。一、剛體的概念工程實(shí)際中的許多物體，在力的作用下，它們的變形普通很微小，對平衡問題影響也很小，為了簡化分析，我們把物體視為剛體。所謂剛體，是指在任何外力的作用下，物體的大小和形狀始終保持不變的物體。靜力學(xué)的研究對象僅限于剛體，因此又稱之為剛體靜力學(xué)。二、力的概念力的概念是人們在長久的生產(chǎn)勞動(dòng)和生活實(shí)踐中逐步形成的，通過歸納、概括和科學(xué)的抽象而建立的。力是物體之間互相的機(jī)械作用，這種作用使物體的機(jī)械運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化，或使物體產(chǎn)生變形。力使物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化的效應(yīng)稱為外效應(yīng)，而使物體發(fā)生變形的效應(yīng)稱為內(nèi)效應(yīng)。剛體只考慮外效應(yīng)；變形固體還要研究內(nèi)效應(yīng)。經(jīng)驗(yàn)表明力對物體作用的效應(yīng)完全決定于下列力的三要素：（1）力的大小是物體互相作用的強(qiáng)弱程度。在國際單位制中，力的單位用牛頓（N）或公斤力（kgf），1kN=103N。1kgf=9.8N（2）力的方向包含力的方位和指向兩方面的涵義。如重力的方向是“豎直向下”?！柏Q直”是力作用線的方位，“向下”是力的指向。（3）力的作用位置是指物體上承受力的部位。普通來說是一塊面積或體積，稱為分布力；而有些分布力分布的面積很小，能夠近似看作一種點(diǎn)時(shí)，這樣的力稱為集中力。如果變化了力的三要素中的任一要素，也就變化了力對物體的作用效應(yīng)。既然力是有大小和方向的量，因此力是矢量。能夠用一帶箭頭的線段來表達(dá)，如圖1-1所示，線段AB長度按一定的比例尺表達(dá)力F的大小，線段的方位和箭頭的指向表達(dá)力的方向。線段的起點(diǎn)A或終點(diǎn)B表達(dá)力的作用點(diǎn)。線段AB的延長線（圖中虛線）表達(dá)力的作用線。圖1－1用黑體字母表達(dá)矢量，用對應(yīng)字母表達(dá)矢量的大小。圖1－1普通來說，作用在剛體上的力不止一種，我們把作用于物體上的一群力稱為力系。如果作用于物體上的某一力系能夠用另一力系來替代，而不變化原有的狀態(tài)，這兩個(gè)力系互稱等效力系。如果一種力與一種力系等效，則稱此力為該力系的合力，這個(gè)過程稱力的合成；而力系中的各個(gè)力稱此合力的分力，將合力代換成分力的過程為力的分解。在研究力學(xué)問題時(shí)，為方便地顯示多個(gè)力系對物體作用的總體效應(yīng)，用一種簡樸的等效力系（或一種力）替代一種復(fù)雜力系的過程稱為力系的簡化。力系的簡化是剛體靜學(xué)的基本問題之一。任務(wù)2靜力學(xué)公理所謂公理就是無需證明就為大家在長久生活和生產(chǎn)實(shí)踐中所公認(rèn)的真理。靜力學(xué)公理是靜力學(xué)全部理論的基礎(chǔ)。公理1二力平衡公理作用于同一剛體上的兩個(gè)力成平衡的必要與充足條件是：力的大小相等，方向相反，作用在同始終線上。能夠表達(dá)為：F=-F/或F+F/=0此公理給出了作用于剛體上的最簡力系平衡時(shí)所必須滿足的條件，是推證其它力系平衡條件的基礎(chǔ)。在兩個(gè)力作用下處在平衡的物體稱為二力體，若物體是構(gòu)件或桿件，也稱二力構(gòu)件或二力桿件簡稱二力桿。公理2加減平衡力系公理在作用于剛體的任意力系中，加上或減去平衡力系，并不變化原力系對剛體作用效應(yīng)。圖1－2推論一力的可傳性原理圖1－2作用于剛體上的力能夠沿其作用線移至剛體內(nèi)任意一點(diǎn)，而不變化該力對剛體的效應(yīng)。證明：設(shè)力F作用于剛體上的點(diǎn)A，如圖1-2所示。在力F作用線上任選一點(diǎn)B，在點(diǎn)B上加一對平衡力F1和F2，使F1=－F2=F則F1、F2、F構(gòu)成的力系與F等效。將平衡力系F、F2減去，則F1與F等效。此時(shí)，相稱于力F已由點(diǎn)A沿作用線移到了點(diǎn)B。由此可知，作用于剛體上的力是滑移矢量，因此作用于剛體上力的三要素為大小、方向和作用線。公理3力的平行四邊形法則圖1－3作用于物體上同一點(diǎn)的兩個(gè)力能夠合成為作用于該點(diǎn)的一種合力，它的大小和方向由以這兩個(gè)力的矢量為鄰邊所構(gòu)成的平行四邊形的對角線來表達(dá)。如圖1－3a所示，以FR表達(dá)力F1和力F2的合力，則能夠表達(dá)為：FR=F1+F2。即作用于物體上同一點(diǎn)兩個(gè)力的合力等于這兩個(gè)力的矢量合。圖1－3在求共點(diǎn)兩個(gè)力的合力時(shí)，我們常采用力的三角形法則：（如圖1－3b）所示。從剛體外任選一點(diǎn)a作矢量ab代表力F1，然后從b的終點(diǎn)作bc代表力F2，最后連起點(diǎn)a與終點(diǎn)c得到矢量ac,則ac就代表合力矢FR。分力矢與合力矢所構(gòu)成的三角形abc稱為力的三角形。這種合成辦法稱為力三角形法則。推論三力平衡匯交定理剛體受同一平面內(nèi)互不平行的三個(gè)力作用而平衡時(shí)，則此三力的作用線必匯交于一點(diǎn)。圖1－4證明:設(shè)在剛體上三點(diǎn)A、B、C分別作用有力F1、F2、F3，其互不平行，且為平衡力系，如圖1-4所示，根據(jù)力的可傳性，將力F1和F2移至匯交點(diǎn)O，根據(jù)力的可傳性公理，得合力FR1，則力F3與FR1平衡，由公理一知，F(xiàn)3與FR1必共線，因此力F1的作用線必過點(diǎn)O。圖1－4公理4作用與反作用公理兩個(gè)物體間互相作用力，總是同時(shí)存在，它們的大小相等，指向相反，并沿同始終線分別作用在這兩個(gè)物體上。物體間的作用力與反作用力總是同時(shí)出現(xiàn)，同時(shí)消失?？梢?，自然界中的力總是成對地存在，并且同時(shí)分別作用在互相作用的兩個(gè)物體上。這個(gè)公理概括了任何兩物體間的互相作用的關(guān)系，不管對剛體或變形體，不管物體是靜止的還是運(yùn)動(dòng)的都合用。應(yīng)當(dāng)注意，作用力與反作用力即使等值、反向、共線，但它們不能平衡，由于兩者分別作用在兩個(gè)物體上，不可與二力平衡公理混淆起來。布置作業(yè)課后習(xí)題總結(jié)歸納1、靜