《蹺蹺板原理》課件

蹺蹺板原理揭示簡單機械背后的物理學秘密什么是蹺蹺板？基本特征常見游樂設(shè)施兩端可升降支點在中間位置保持平衡的玩具蹺蹺板的基本構(gòu)造支點位于中心位置承受整體重量杠桿臂兩側(cè)等長木板傳遞力量媒介座位人或重物放置處對稱結(jié)構(gòu)設(shè)計蹺蹺板在生活中的應(yīng)用公園設(shè)施兒童游樂場常見設(shè)備學校場地體育活動必備工具負重裝置工業(yè)中的應(yīng)用案例學習目標理解蹺蹺板的物理原理掌握杠桿定律基礎(chǔ)知識學會分析和設(shè)計蹺蹺板應(yīng)用力矩平衡條件進行簡單實驗驗證操作模型體驗物理規(guī)律杠桿的定義核心概念一種簡單機械實現(xiàn)省力的裝置人類最早發(fā)明的工具之一繞固定點轉(zhuǎn)動的剛性物體通過力臂改變力的傳遞杠桿的分類一類杠桿支點在中間二類杠桿阻力點在中間三類杠桿力點在中間蹺蹺板屬于一類杠桿支點在中間固定的轉(zhuǎn)動點力點在一端人施加的力阻力點在另一端另一人的重量力與杠桿原理3種力的類型作用力、阻力、支點反作用力2個力臂動力臂和阻力臂1個平衡方程力矩守恒定律杠桿原理的公式F1×L1=F2×L2力矩平衡條件F代表力的大小單位為牛頓(N)L代表力臂長度單位為米(m)力矩的概念定義力×力臂描述物體轉(zhuǎn)動趨勢的物理量單位：?！っ卓梢皂槙r針或逆時針平衡時力矩總和為零力臂的定義從支點到力的垂直距離不是杠桿的實際長度力的作用線與支點的垂線段取決于力的方向影響力矩大小的關(guān)鍵參數(shù)單位為米(m)理想杠桿與實際杠桿理想杠桿忽略摩擦忽略杠桿重力完全剛體假設(shè)實際杠桿存在摩擦力杠桿自重有影響有彈性形變省力杠桿與費力杠桿省力杠桿動力臂大于阻力臂出力小于阻力費力杠桿動力臂小于阻力臂出力大于阻力等臂杠桿動力臂等于阻力臂出力等于阻力力的傳遞與分布輸入力一端施加的初始力量傳遞過程通過支點進行力的轉(zhuǎn)換輸出力另一端產(chǎn)生的效果力支點反作用力維持系統(tǒng)平衡的力蹺蹺板的受力分析蹺蹺板為什么能平衡？力矩平衡順時針力矩=逆時針力矩載重計算重量×距離相等支點穩(wěn)定承受垂直向下的合力蹺蹺板的平衡條件F1×L1=F2×L2左側(cè)力矩等于右側(cè)力矩水平狀態(tài)板面與地面平行靜止狀態(tài)無加速度變化蹺蹺板上的力與作用點重力作用點通過物體重心垂直向下支點反作用力支點向上的支撐力人施加的主動力人體肌肉產(chǎn)生的推拉力如何使蹺蹺板平衡？調(diào)整位置變化人或物的位置調(diào)整重量更換不同重量的物體調(diào)整杠桿長度改變力臂長度蹺蹺板失衡的原因重量不等兩側(cè)載重差異過大距離不合理力臂長度設(shè)置不當摩擦力干擾支點摩擦不均勻結(jié)構(gòu)不對稱制作工藝存在缺陷蹺蹺板的反作用力1個支點位置所有力的匯集點2個力的方向垂直向上支撐100%平衡比例等于總重力蹺蹺板的安全性問題正確坐姿雙手緊握把手身體重心保持穩(wěn)定適當速度避免劇烈上下擺動控制起落頻率安全距離遠離支點和邊緣防止夾傷和摔傷蹺蹺板實驗的基礎(chǔ)注意事項確認支點牢固防止實驗中滑動或傾倒檢查設(shè)施安全無尖銳邊緣和松動部件準確測量工具使用精確刻度尺和砝碼詳細記錄數(shù)據(jù)便于后續(xù)分析和驗證蹺蹺板的數(shù)學建模已知條件求解步驟結(jié)果驗證物體質(zhì)量和距離代入力矩平衡方程實驗檢驗一側(cè)重量和距離計算未知側(cè)所需條件平衡驗證支點位置考慮支點偏移影響理論計算蹺蹺板與生活物理實例一扳手原理力臂越長越省力旋緊或松開螺栓利器典型的一類杠桿螺栓為阻力點手握處為力點中間軸為支點蹺蹺板與生活物理實例二剪刀一類杠桿的典型應(yīng)用結(jié)構(gòu)分析鉚釘為支點使用方式手指施力，刀刃剪切蹺蹺板與生活物理實例三鉗子二類杠桿應(yīng)用支點在前端物體在中間手握處施力增加握力效果廣泛用于家庭和工業(yè)多種專業(yè)變形設(shè)計蹺蹺板與生活物理實例四撬棒一類杠桿代表巨大省力效果撬動重物利器廣泛應(yīng)用建筑、救援、裝修蹺蹺板與工程結(jié)構(gòu)應(yīng)用平衡橋橋梁結(jié)構(gòu)平衡設(shè)計起重設(shè)備吊臂平衡重物電梯平衡系統(tǒng)對重平衡原理蹺蹺板與孩子玩耍體驗平衡游戲培養(yǎng)平衡感和協(xié)調(diào)能力合作體驗學習與他人協(xié)調(diào)配合競賽活動設(shè)計有趣的蹺蹺板比賽蹺蹺板與力學啟蒙物理概念體驗直觀感受力學規(guī)律趣味實驗平臺科學教育工具寓教于樂邊玩邊學習物理蹺蹺板平衡的創(chuàng)新案例自適應(yīng)平衡蹺蹺板智能調(diào)節(jié)支點位置無障礙設(shè)計適合各種能力兒童多人互動支持多點平衡游戲蹺蹺板VR仿真體驗虛擬現(xiàn)實技術(shù)沉浸式體驗物理規(guī)律參數(shù)可調(diào)自由設(shè)置各種變量教學應(yīng)用虛擬物理實驗教學數(shù)據(jù)分析即時記錄實驗結(jié)果簡單蹺蹺板實驗設(shè)計材料準備木板、支撐物砝碼、刻度尺記錄工具工具選擇精確測量儀器安全牢固支架便于記錄的表格環(huán)境要求平整桌面良好照明無干擾空間步驟一：制作模型蹺蹺板準備細長木板30-50厘米長標記刻度每1厘米做標記安裝支點三角形支架固定中心準備砝碼不同質(zhì)量標準重物步驟二：實驗力矩平衡放置砝碼兩端不同位置調(diào)整平衡移動直至水平測量距離記錄砝碼到支點距離記錄數(shù)據(jù)填寫實驗記錄表步驟三：記錄實驗數(shù)據(jù)左側(cè)砝碼(克)左側(cè)距離(厘米)右側(cè)砝碼(克)右側(cè)距離(厘米)10010502020055020100157520步驟四：分析實驗數(shù)據(jù)左側(cè)力矩右側(cè)力矩變量控制的方法單一變量只改變一個變量進行試驗保持恒定其他條件完全相同重復(fù)驗證多次實驗確?？煽啃跃_記錄詳細記錄每項變化蹺蹺板實驗中的誤差來源摩擦支點摩擦力影響平衡測量不準刻度讀數(shù)存在偏差砝碼誤差實際質(zhì)量與標稱不符木板不均勻材料密度分布差異蹺蹺板實驗探究拓展異形蹺蹺板設(shè)計非對稱杠桿研究彎曲形狀實驗多支點探究不同材料對比雙人合作實驗復(fù)雜系統(tǒng)建模蹺蹺板的趣味競賽項目平衡傳遞保持平衡傳遞物品精準定位控制平衡點停在特定位置團隊協(xié)作多人同時維持平衡狀態(tài)設(shè)計創(chuàng)新自制蹺蹺板比賽課堂小結(jié)一：蹺蹺板結(jié)構(gòu)和原理基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)支點、杠桿、重物物理原理一類杠桿平衡公式F1×L1=F2×L2物理模型力矩平衡系統(tǒng)課堂小結(jié)二：力矩平衡與安全力矩平衡兩側(cè)力矩相等實際應(yīng)用生活中的杠桿例子2安全使用正確操作方法實驗驗證親身體驗物理規(guī)律習題一：蹺蹺板平衡計算題目描述10千克重的兒童坐在蹺蹺板左側(cè)距支點2米處一個重量未知的兒童坐在右側(cè)距支點1.5米處蹺蹺板處于平衡狀態(tài)求第二個兒童的重量是多少？解題過程：根據(jù)力矩平衡原理10kg×2m=X×1.5mX=13.33kg習題二：設(shè)計合理蹺蹺板實際操作題為不同體重兒童設(shè)計蹺蹺板計算支點位置確保平衡使用選擇合適材料滿足強度和安全性綜合拓展