高教版（2021）电工电子类第四节 重力 弹力 摩擦力公开课备课课件ppt

这是一份高教版（2021）电工电子类第四节 重力 弹力 摩擦力公开课备课课件ppt，共54页。PPT课件主要包含了情境与问题，主要内容，力的图示，摩擦力，PART01，观察与体验，抛向空中的纸飞机，跳伞运动员从空中降落，方向竖直向下，思考与讨论等内容，欢迎下载使用。
电工借助专用工具，能轻松自如地爬上电线杆，如图1-4-1所示。从力学的角度分析，为什么电工能轻松地攀爬到高处？
图1-4-1 电工轻松爬上电线杆
定义：力是物体间的相互作用。力的大小可以用测力计测量出来。力是矢量。单位：在国际单位制中，力的单位是N（牛）。
力使物体的运动状态发生改变。
力使物体的形状发生改变。
力的作用效果：使物体的形状或体积发生变化（形变）。使物体的运动状态发生改变。
力的三要素：大小、方向、作用点。
物理学中，使用数学上的有向线段来表示这个抽象的力。
力的图示：用有向线段表示力的方法。线段是按一定标度画出的。线段的长短表示力的大小。线段的箭头指向表示力的方向。线段的箭尾表示力的作用点。
练习：画出拉力力的图示：小车受到一个大小为100 N，与水平方向的夹角为30°的拉力。
有时只需画出力的示意图，即只画出力的作用点和方向，表示物体在这个方向上受到了力（图1-4-3）。
英国物理学家牛顿发现，宇宙中所有的物体之间都具有相互吸引的力的作用，这种力称为万有引力。
一个物体的各个部分都要受到重力的作用，从效果上看，我们可以把物体各部分受到重力看成集中作用于一点，这一点叫做物体的重心。
质量分布均匀的物体，重心在它的几何中心。
作用点：作用在物体的重心上。
质量分布不均匀的物体，重心的位置除与物体的形状有关外，还跟物体的质量分布有关。
观察图1-4-5中处于不同运动状态的物体，尝试画出各物体所受重力的示意图。
图1-4-5 物体所受的重力
【应用与拓展】重力感应器在电子设备中的应用
重力感应器，又称重力传感器，它是一种把重力转换为电信号的传感器。目前绝大多数中高端智能手机和平板电脑都内置了重力传感器，如手机的摇一摇功能、自动旋转功能等都使用了重力传感器。重力感应器还被广泛应用于汽车电子领域，主要集中在车身操控、安全系统和导航，如汽车安全气囊、ABS防抱死刹车系统等。
形变：物体在力的作用下，形状或体积的改变称为形变。形状的改变：指受力物体的外观发生变化，如撑杆跳高运动员起跳时，撑杆由直变弯曲，产生形变。体积的改变：指受力时物体的体积发生变化。如用力压海绵，海绵的体积变小。
弹力定义：发生形变后的物体由于要恢复原状，对与它接触的物体产生力的作用，这种力称为弹力。 弹性形变： 物体在发生形变后，如果撤去作用力能够恢复原状，这种形变称为弹性形变。弹性限度：如果形变过大，超过一定的限度，撤去作用力后，物体不能完全恢复原来的形状，这个限度称为弹性限度。
弹性形变广泛应用在生产、生活中
缩短的弹簧会对与它接触的物体产生向外的弹力。伸长的弹簧会对与它接触的物体产生向内的弹力。
弹力的方向：总是与作用在物体上使物体发生形变的外力方向相反。
压力和支持力都是弹力，其方向垂直于物体的接触面。
拉力F 方向沿着吊弦，指向吊弦收缩的方向。
【观察与体验】弹簧弹力与形变量之间的关系
在弹簧的下端依次挂上五只质量为m的钩码，待钩码静止后，分别读出对应的弹簧长度L，将数据填入表中。 根据所测数据，计算出弹簧的形变量ΔL。
根据上表中的数据，先在如图1-4-9所示的坐标中设置好纵轴的单位大小，再进行描点，最后用平滑的曲线将各点连接起来。
仔细观察，分析弹簧的弹力与形变量的关系。
练习： 一根原长为0.4 m的弹簧拉长到0.8 m时，由于弹性形变产生的弹力为800 N，它的劲度系数是多少？如果再把它拉成1.0 m（仍在弹性限度内），劲度系数又是多少？它在1.2 m长度时产生多大的拉力？
解： F=800 N的弹力所对应的形变为：
x =(0.8-0.4）m=0.4 m
根据胡克定律F=kx ，可得弹簧的劲度系数为：
在弹性限度内，同一根弹簧的劲度系数是不变的，所以弹簧伸长为 1.0 m时，产生的拉力为：
我国汉代的郑玄发现：“假令弓力胜三石，引之中三尺……每加物一石，则张一尺。”即弓具有弹性限度以及线性弹性的特点，比胡克发现胡克定律早了约1 500年。
微小形变：有时物体的形变很小，不易观察，要用仪器才能显示出来。
摩擦力：两个相互接触的物体，当它们发生相对运动或具有相对运动的趋势时，就会在它们的接触面上产生阻碍它们相对运动的力，这种力称为摩擦力，常用Ff表示。
静摩擦力：当一个物体与另一个物体保持相对静止时所受到的摩擦力，称为静摩擦力。
【观察与体验】最大静摩擦力
将滑块静止地放置在水平木板上，用测力计沿水平方向拉滑块，如图1-4-12所示，拉力由小到大逐渐增大，观察滑块运动状态变化与测力计拉力大小之间的关系。 观察发现，当测力计的拉力较小时，滑块保持 ；当测力计的拉力增加到 N时，滑块发生滑动。
最大静摩擦力：静摩擦力有一个最大限度，这个限度称为最大静摩擦力。当外力大于最大静摩擦力时，原来相对静止的物体才会滑动。
静摩擦力的大小总是随外力的增大而增大，方向与物体相对运动趋势的方向相反。
滑动摩擦力比最大静摩擦力略小。方向：方向总是沿着接触面，并且跟物体的相对运动方向相反。
滑动摩擦力：当一个物体在另一物体表面滑动时，总会受到另一物体对它产生的阻碍它运动的力，这种力称为滑动摩擦力。
【观察与体验】探究影响滑动摩擦力大小的因素
任务与目标（1）体会滑动摩擦力的方向。（2）探索影响滑动摩擦力大小的因素。
仪器与材料：弹簧测力计、带钩木块、长木板、砝码、棉布等。
问题与思考（1）滑动摩擦力是否与接触面的粗糙程度有关？如何改探究？（2）滑动摩擦力是否与压力有关？ （3）滑动摩擦力是否与运动速度有关？
探究与论证（1）将滑块放在水平木板上，用测力计沿水平方向拉住滑块，测力计的示数怎么变化？（2）在滑块上增加砝码，测力计的示数是否发生变化？（3）去掉滑块上的砝码，在木板上铺上棉布，测力计的示数又如何变化？
讨论与归纳 分析实验数据，归纳出滑动摩擦力与正压力有什么关系？与接触面和速度是否有关？
滑动摩擦力的大小： 滑动摩擦力Ff 的大小与相对运动速度等因素无关，与接触面间的正压力FN 的大小成正比，用公式表示为
式中的μ是比例常数，称为动摩擦因数。它的数值与接触面的材料及粗糙程度等因素有关。
几种材料间的动摩擦因数
滑冰运动员冰鞋下面安装冰刀就是因为钢和冰之间的动摩擦因数很小，易于在冰面上滑行。在世界上一些寒冷地区，常用驯鹿、狗拉雪橇运送货物，也是因为雪橇和冰雪之间的动摩擦因数很小的缘故。
摩擦力在日常生活和工程技术中有着广泛的应用，如在高铁隧道建设中，当隧道开挖后将破坏岩体原来的受力平衡状态。为了使隧道不坍塌，需要及时对岩体进行支护和加固。锚杆支护作为一种新型的支护技术得到了广泛的应用。在开挖的隧道中安装锚杆后，如图1-4-14所示，锚杆的夹紧力就会使层面间摩擦力增大，形成“组合梁”。这种摩擦力可以阻止岩石沿层面继续滑动，从而将数个薄岩层通过锚杆锁紧成一个较厚的岩层。
【应用与拓展】锚杆支护技术
示例 2020年12月，中国国际机器人竞技大赛在北京举行。该项竞赛是由参赛选手们操控机器人，使之在雪地上绕过障碍物滑行并抵达终点，用时最少的获胜。若已知机器人的滑雪板与冰面之间的动摩擦系数为0.03，机器人的质量为20 kg，试估算机器人在滑雪过程中所受摩擦力的大小。
解 根据滑动摩擦力的公式得
Ff =μFN =μmg = 0.03×20×10 N = 6 N
机器人在滑雪过程中所受摩擦力的大小为6 N。
滚动摩擦力：一个物体在另一个物体表面上滚动时产生的摩擦力称为滚动摩擦力。
当压力相同时，滚动摩擦力比滑动摩擦力小很多。生产中常见的滚动轴承就是根据这一特点制成的。
摩擦力有时会给生产、生活带来不便。例如，自行车上的各个轴承间如果长时间不添加润滑油，人在蹬骑时会感到非常费力；各种机器运行时传动部件之间都有摩擦力，不但多消耗能量、降低效率，甚至损坏零件、缩短机器寿命。因此，人们常常给机器添加润滑油或采用气垫悬浮、磁悬浮等先进技术，来减小摩擦力，保护机器，提高工作效率。
摩擦力有时也能给生产、生活带来益处。例如：生产企业利用传送带输送物料，就是利用摩擦力提高生产效率；汽车在公路上起动，依靠的就是橡胶轮胎和路面间的摩擦力；列车在铁路上开动和制动，依靠的也是钢铁车轮与钢轨间的摩擦力。用手拿物品、用筷子夹食物、戴眼镜……都需要摩擦力。可以说离开了摩擦力，人类就无法生活。
图1-4-17 用传送带输送物料
脚扣又称铁脚，是电工攀登电杆的主要工具。这是借助人体自身重量，使脚扣紧扣在电线杆上，产生较大的摩擦力，从而使人易于攀登；而抬脚时因脚上承受重力减小，脚扣自动松开，可以自如向上攀登。