构件的静力分析课件

任务一画构件的受力图分析：受力分析在初中简单的接触，但未作矢量处理，学生接受起来存在一定的困难。

因此，可从生活中一些带方向的现象进行矢量分析，从而让学生接受矢量概念、及计算方法。

例：思考生活中速度：既存在大小又存在方向、两人同时向前、向右拉一个小车对比向后向右拉同一辆小车。

以此让学生接受力是存在方向的，思考我们应该如何表达。

（2课时）任务目标：1、理解力的基本概念和三要素及其基本性质2、通过现象分析，能独立进行受力分析和计算3、了解约束的概念，对生活中常见的约束现象能进行受力分析并画出受力图生活中力可以说无处不在，比如开车时，发动机要给车一个牵引力，骑自行车时，地面给予自行车的摩擦力等。

在初中我们也接触过力，那么力应该如何下定义呢？一、力的定义及三要素力：物体与物体之间的相互作用。

问：对受力分析时我们应该把握哪些要素呢？收集学生回答的关键词：大小、方向、位置，并要求学生多举一些案例，加深对力的三要素的理解。

并思考这些受力现象，引起物体哪方面的变化？最终予以总结：力的作用效果：1）力可以使运动状态发生改变2）力可以使物体发生形变二、力的基本性质好，让我们来进行一些简单的受力分析，比如，我们站到地面上我们受到几个力？地面受到什么样的力？教师绘制受力图，并按平衡力、作用力和反作用力分类，让学生观察这两组力的相同点和不同点。

（目的：让学生理解二力平衡和作用力及反作用力）提取学生所说有关语言，并让学生对悬挂的吊灯、桌面的物体、拔河、两个人向外拉一根杆、两人同时向内压缩一个杆。

让学生对力进行分组，并予以指导。

得出二力平衡公理，及作用力和反作用力定理。

1）二力平衡：作用在刚体上的两个力，使刚体处于平衡状态2）作用力和反作用力：大小相等、方向相反、作用在同一物体两者区别：二力平衡两力都是作用在同一物体，作用力和反作用力是作用在两个物体上思考：当一辆汽车受平衡力物体处于什么状态？结论：匀速或者静止状态（目的为下面引出刚体的概念做准备）思考：当我们用相同的力拉橡皮筋，橡皮筋发生什么变化？结论：引出刚体的概念，因此二力平衡强调刚体思考：如果我们施加力的方向不在同一条直线上，物体会如何运动呢？例：1）我们同时向前、向右用大小相同的力去拉一辆小车2）如果同时向后、向右呢？思考：我们能用一个力去代替吗？它和上述施加的两个力有什么联系？结论：他们应对物体产生同样的效果在此直接给出平行四边形定理，并让学生画出相应的受力图形，同时给出几种练习题加深对平行四边形法则的理解与应用。

力平行四边形法则：作用在物体上同一点的两个力，可以合成一个合力，合力的作用点仍在该点，合力的大小和方向用这两个力为邻边构成的平行四边形的对角线来表示。

该对角线所代表的力即为两个力的合力；这两个力叫做该合力的分力。

问：当我们擦去合力，如果我们想让该物体处于平衡状态，那么第三个力应如何添加？顺势引出三力汇交定理三力汇交定理：刚体受三个力作用而处于平衡状态，若其中两个力的作用线交于一点，则第三个力作用线必交于同一点，且三个力的作用线在同一平面上。

思考：1）该结论的条件是什么？结论是什么？2）为什么强调两个力要交于一点这个条件？注意：三角函数的练习需复习。

三、力矩和力偶上面我们学习了有关力的概念、性质等，下面咱们学习下有关力两种转动效应。

接下来，咱们看两种现象：1）关门2）转方向盘两种现象有什么不同吗？咱们先分析下关门现象：如课本图1-11所示，我们在如图所示的位置施加三个大小相同力，则出现的现象相同吗?如果想让门开的速度一样快，施加力的大小一样吗？请2~3位同学开门试一试，并描述他们的感受。

收集学生有关：门速度慢、无法开门、感觉费力等有关词汇，写到黑板上。

思考：为什么会出现这些现象？结论：门旋转的快慢和力的大小、力的位置都有关系。

为了描述这种现象的不同，我们用力矩这个概念来描述。

力矩：力的大小和力臂的乘积称之为力对点之矩力臂：点到力作用线的垂直距离思考1）回想刚才开门的现象，那种情况力臂最大、哪种最小？分别是多少？2）生活中我们还见到那些力矩现象？以上现象旋转方向是否相同呢？结论：不相同，有顺时针、逆时针之分为了表述方向的不同，我们把力使物体绕逆时针方向旋转规定力矩为正值，反之为负值，那么通过上面我们知道力无法直接进行数学加减，那么力矩可以吗？请两位同学同时朝反方向关门，其他同学注意观察现象根据学生描述的感受，给出结论：可以直接进行加减运算，其结果就是合力矩上面我们谈到，关门和转方向盘不同之处，在于关门施加一个力，而转方向盘则施加两个力，那么他们效果完全一致吗？学生略微思考，教师给出结论，他们是不一样的，我们把转方向盘这种效应叫力偶效应。

接下来我们思考：生活中还有哪些和转方向盘类似的现象呢？例：拧水龙头、攻丝、拧水杯盖等。

并同时，请学生感受下拧水杯盖的感受。

来我们总结下力偶的概念：对物体同时施加两个力，两个力大小相等、方向相反，且两个力在同一平面上。

力偶对物体产生的是转动效果。

思考：单纯一个力对物体产生的效应和力偶对一个物体产生的效果相同吗？学生陷入思考时，教师适时加入演示：用一个力拉铅笔的一头，让学生观察效果结论：力偶对物体只有转动效应，而一个力在一般情况下对物体有移动和转动两种效果，因此力偶与力对物体的作用效果不同，所以力偶没有合力，也不能用一个力来代替，更不能用一个力来平衡。

既然力既有移动效应又有转动效应，那么如果我们需要平移一个力应该注意哪些问题呢？力的平移定理：作用于刚体上的力可以平移到刚体上任意一点，但必须附加一个力偶才能与原来的力等效。

例：图1-17，同时要求学生用一根线在不同的位置向前橡皮，同时在旋转，体会力偶和力的平移。

四、约束、约束力上面我们研究了有关力的一些基本内容，现在咱们看一下，在工程上进行受力分析时，需要具备的一些基本概念：约束、及约束力的问题。

1、思考一下这样的现象，1）空中飞行的飞机、炮弹2）放置在地面上的物体3）空调架子，如果从位移的角度他们有什么区别呢？收集学生回答有关能自由移动类似的语言结论：1）我们把像空中的飞机、炮弹这一类空间位移不受其他物体限制的物体称为自由体。

思考：这里面重力起什么作用？这样的情形还有哪些？当人行走在地面上时，在水平方向摩擦力限制人的位移吗？（目的让学生理解对物体运动限制的含义）2）我们把对非自由体运动起限制作用的物体称为约束，通常用力进行代替3）作用在物体上而限制物体运动的力称为约束反力作业：分析地面上的圆球、吊灯、来回摆动的钟摆所受的外力，分析哪些是约束反力？哪些物体时约束？并观察约束反力的方向和物体位移的方向关系？结论：约束反力：1）在竖直方向地面限制了球的移动2）竖直方向屋顶限制的灯向下落3）钟摆的摆杆链接处限制了钟摆水平和竖直方向的移动约束：地面、链接处、屋顶约束力的方向与该约束能阻碍的位移方向相反2、下面我们分析下常见约束及约束反力1）光滑接触面约束2）柔性约束3）光滑铰链约束4）固定端约束问题：分析下列情形约束所限制物体哪个方向的位移？试画出约束反力，并观察他们受力特点。

1）一个光滑的球放在地面上、圆弧面上2）用一根绳子吊起一个重物3）用铰链连接一根可以左右旋转的杆4）铁轨上的火车轮5）一根插入墙里面的杆巡回指导结论：给出正确答案并作受力分析，并画出相应的机构简图，要求：记忆机构简图1）光滑接触面约束：两物体相互接触，当接触面摩擦力可以忽略不计时，这一类接触叫光滑接触面约束2）柔性约束：用柔软的绳、链条等柔性物体构成的约束称为柔性约束3）两个带有圆孔的构件用一圆柱销钉连接起来，在摩擦不计时构成光滑铰链约束，其中向例3，这一类如果两个构件有一个固定在地面或者机架上，则这种约束称为固定铰支座；像铁轨上的火车轮，铰链约束两构件中有一个与地面或者机架的连接时可以移动的，则这类约束称为活动铰支链4）固定端约束：一个杆件一端完全固定，既不能移动也不能转动时构成固定端约束：例如车床刀架对车刀的夹持、空调机架、卡盘等。

任务二求解平面力学目标：1）能分析平面力系2）理解并能利用坐标轴求解平衡力系3）了解有关摩擦和磨损的知识上节我们讲解有关力的基本性质、计算等相关知识，本节我们学习有关平衡状态刚体该如何求解力或力矩。

接下来，咱们首先回忆一下上节我们讲解的有关力的计算法则。

（1课时）绘制夹角为45°、60°、90°、120°两个大小相等的力，力的大小为80kN让学生进行练习。

好，加入我们给这些力在合力的相反方向加第三个力，物体会处于什么状态呢？那么我们把一个物体受到多个力叫做力系，把这种这些力都在同一平面上的力系叫平面力系。

思考下，这些同一平面的力，在同一平面上会存在哪几种情况？收集学生有关相交、平行的语言，根据情况适当引导平面汇交力系和平面任意力系的区别。

结论：平面力系一般分为：平面汇交力系、平面任意力系、平面平行力系上面的力系是属于哪一类力系呢？好，咱们看一下上面求合力的过程，如果我们其中一个力的始点为原点，建立一个坐标系，我们知道力是矢量是有大小和方向的，那么我们从力的终点，分别向x轴、y轴引垂线，会得到相应的终点坐标，然后我们加上相应的方向，则我们把x轴线段叫做力的x投影，把y 轴上的线段叫做y方向的投影，以箭头的指向代表投影的指向，如何x、y轴正方向指向一致则为正值，否则为负值。

这样呢我们就可以直接对力的投影直接进行加减计算。

最后根据投影求合力。

下面给上面的几个力系建立坐标系，求出他们的合力（擦去合力添加第三力使其处于平衡状态，最后一题添加两力合力后，并添加两个大小为80kn的力偶）。

巡回指导总结：根据计算我们知道，如果想让物体合力为0，则我们需要添加什么条件使其静止呢？结论：x轴、y轴投影和为0那么，合力为0，是否意味着物体会处于静止状态呢？如果想让物体处于平衡状态，需要什么条件呢？结论：物体处于静止状态条件：力系中各力在两个任选的坐标轴上投影代数和为0，力矩合力为0。

例题：如图所示：P20 1-26图，为悬臂吊车的悬臂架，水平梁AB的A端为固定铰支链，B 端由拉杆BC拉住。

如重物及电动葫芦重量为G=10kn，水平梁AB自重为G1=4kN，梁的尺寸如图所示。

要求计算拉杆BC的拉力及固定端A的约束反力。

上面我们在计算的时候都是忽略摩擦力的，但在实际情况中，摩擦力如果较大是无法忽略的，但是我们可以减少摩擦，接下来我们看一下有关摩擦的知识咱们看两类现象：1）推桌子2）地面上行驶的汽车，哪个摩擦力较小呢？结论：根据物体间运动形式，我们把摩擦分为：滚动摩擦、滑动摩擦，其中滑动摩擦力大于滚动摩擦。

请举例说明我们对摩擦力的运用和降低摩擦力？结论：在机器中我们摩擦力会使零件之间增加阻力，从而造成零件的磨损，最终使零件损坏，那么我们一般通过添加润滑油等方式，降低摩擦。