1.3 约束、约束力、力系和受力图的应用（教案）《机械基础》（多学时）同步精品课堂（高教版·第3版）

《机械基础》（第3版）教案 详细教案 一、设计摘要 课程课题 任务1.3 约束、约束力、力系和受力图的应用 授课教师 1 学时数 1 授课班级 人数 授课时间 教学地点 理实一体化教室 二、设计意图 学情分析 学生已掌握约束类型与约束力方向判定，能绘制简单受力图，但对复杂力系简化与约束组合分析仍显薄弱，需在实例演练中强化受力图规范表达与平衡方程应用。 背景分析 工程实际中，所有构件都受约束与载荷共同作用，其安全性与经济性取决于对约束、约束力、力系及受力图的精准把握，因此本课程以经典力学为基础，系统培养静力分析能力，为后续结构设计奠定理论根基。 学习目标 设定 情感目标 知识目标 能力（技能）目标 能够结合本节课所学知识，增强动手能力和解决问题的能力。 掌握约束与约束力的概念和分类 能够学会平面汇交力系、平面平行力系和受力图 学习任务 描述 掌握约束与约束力的概念和分类 能够学会平面汇交力系、平面平行力系和受力图 教学资源 准备 教师准备：讨论主题、学生任务书； 学生准备：在线讨论、完成任务书。 教学重点 掌握约束与约束力的概念和分类 教学难点 能够学会平面汇交力系、平面平行力系和受力图 教学难点突破方法 能够学会基础知识并运用 三、教学策略 教法 讲授法、演示法、讨论法； 学法 小组讨论法、自主阅读法。 四、教学资源 教材工具材料 《机械基础》，主编：栾学钢赵玉奇陈少斌，2024年8月第3版；高等教育出版社出版。 教学情景 创设 五、教学过程 教学环节 教学内容 教师活动 学生活动 设计意图 知识复习与回顾（2分钟） [引入主题]（2分钟） 思考：根据本节课所学知识，判断属于约束力类型的哪种？ 提出问题，认真回答问题。 接收并查看本节课堂任务书。查看并记住本节任务的学习目标。 1、组织学生回答问题，使同学们提起兴趣，对学习内容参与度更深。 2.下发和展示任务，让学生明确课堂任务，学习课堂知识。 新 课 导 入 （3分钟） [新课引入]（3分钟） 引导学生分析任务书，明确本节课的学习内容。 通过任务书，采用提问方式引出今天的内容。 1.跟上老师思路。 2.学生分小组交流讨论，总结出小组答案。 激发学生探索学习的欲望与兴趣，还可以把本次课程的内容快速引入课堂。 探索 新知（12分钟） 一、约束与约束力 机械和工程结构中的每个构件，总与周围其他构件相互联系又相互制约，使它的运动受到限制。对某一物体的运动起限制作用的周围其他物体称为约束。约束作用于 被约束物体上的力称为约束力。约束力的方向总是与该约束所限制的运动方向相反。如图1-18所示，小球受到桌面的约束，不能向下运动，桌面给小球的约束力Fɴ向上。 上课前老师收集相关的新专业、职业、技能等知识。 学生对新专业了解后，再上网查一下新专业所涉及的知识点。 使用学生对新专业有个大概了解，自己再去收集相关资料补充自己的知识面。 学 习 新 知（20分钟） 常见的约束类型及其约束力有以下几种。.…… 1.柔性约束 绳索、链条、胶带等柔性物体形成的约束称为柔性约束。柔性约束对物体的约束力是沿着柔性物体的中心线背离被约束物体的拉力，如图1-19中传动带对带轮的约束力FT、FT₂等。柔性约束不能承受压力。 2.光滑面约束 两物体相互接触，若接触表面为非常光滑的刚性面，摩擦力很小可忽略不计，即为光滑面约束。光滑面约束只能阻止物体沿接触点公法线方向的运动，而不限制离开支承面和沿其切线方向的运动。因此，光滑面约束力的方向是通过接触点并沿着公法线指向被约束物体，如图1-20所示。导轨(相对于轮子)、气缸壁(相对于活塞)等均可视为光滑面约束。 3.铰链约束 两个以上构件通过圆柱面接触，构件只能绕销轴回转中心相对转动，不能发生相对移动而构成的约束称为铰链约束。两个构件之一与地面或支架固定，称为固定铰链约束，其结构与受力如图1-21所示。用合页安装的门、窗，安装在轴承中的旋转轴都是固定铰链约束。两个构件与地面或支架的连接是活动的，称为活动铰链约束，其结构与受力如图1-22所示。 4.固定端约束 物体的一部分固嵌于另一物体所构成的约束称为固定端约束，其结构与受力如图1-23所示。这种约束限制物体沿任何方向的移动和转动，即物体既不能移动也不能转动。其约束力包括限制移动的两个正交的约束力F、F,和限制转动的约束力偶MA。车床刀架上的刀具、卡盘上的工件等都属于这种约束，如图1-24所示。固定端约束的构件可以用一端插人刚体内的悬臂梁来表示。 主要讲常见的约束类型及其约束力内容。 学生在书本上找出对应的内容并勾画出重点内容。 通过直观教学法，使用电教媒体PPT的形式，不仅能进一步激发学生的兴趣，也有利于加深学生对知识的理解和对内容的掌握。 二、力系 一个物体或构件上有多个力(一般指两个以上的力)作用，则这些力组成一个力系。若这些力作用在同一平面内，则称为平面力系。 1.平面汇交力系和平面平行力系 若平面力系中各力的作用线全部汇交于一点，则称为平面汇交力系，如图1-25所示。如图1-26a所示，水平梁AB受已知力F作用，可以简化为平面汇交力系，如图1-26b所示。若平面力系中各力的作用线相互平行，则称为平面平行力系。 2.平面任意力系 若平面力系中各力的作用线是任意分布的，则称为平面任意力系，如图所示，平面任意力系可简化为一个力FR丿和一个力偶Mo。 教师根据力系讲解。 学生跟上老师的思路； 抽取学生回答老师的提问； 让学生能够快速的掌握学习内容，突破了课程内容难点。 三、受力图 在工程中，要研究物体所受力的大小、方向及作用位置。 教师讲解受力图，通过展示图片和理论相结合的形式，更形象的记忆 学生跟上老师的思路； 图片展示更加直观的让学生感受到知识的魅力，加强学生学习的动力。 学生再练习（6分钟） 4、分配任务：（6分钟）（思政导入：团队合作，培养学生学会思考，解决问题能力） 1）、以小组为单位回答问题：总结平面任意力系。 2）、每组派出代表回答老师提问 4）、学生分组相互评价 5）、老师点评，哪个组最好，回答最准确。评出优胜小组。 1、教师分配任务小组任务，随堂进行观察和指导。 2.讨论完成后，教师以提问形式选择学生进行问题的回答。 3.各组互评后，教师进行总结评价。 学生小组讨论后每个组派一人或者两人回答。学生之间互评打分。 学生对知识的一个巩固过程，调动学生的学习积极性。 课堂 总结（2分钟） 教师总结（2分钟） 课程重点主要是聚焦约束类型判定、约束力方向分析、力系简化及受力图绘制与平衡方程应用，通过一些典型构件案例和训练题目，增加学生的建模与答案的求解能力。 布置下节课任务（40分钟） 布置下节课任务（40分钟） 预习下节课内容 布 置 作业（13分钟） [完成作业]（13分钟） 1.简述固定端约束的概念。 2.简述光滑面约束的判断。 3.简述柔性约束的内容。 板书 设计 一、约束与约束力 二、力系 三、受力图 六、教学评价 教学评价 七、教学反思 教学反思 教学中发现学生对约束类型判别快，但画受力图常漏力或方向反，力系简化公式死记缺思路。今后应少讲多练，做到即时纠错、小组互评与现场模型演示，把抽象约束变可视，强化规范作图与平衡方程的活用。 教师分配任务 学分组讨论 学生问题提问 学生分组回答 教师总结 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $$