广东工业大学：《大学物理》课程教学资源（教案讲义）02 刚体力学、狭义相对论

大学物理课程教案(11) 授课类型理论课 授课时间2节 一、授课题目（教学章节或主题）力 第4章刚体的定轴转动 4.1刚体及刚体定轴转动的描述 42转动定律 二、本投课单元教学目标或要求： (1)掌握刚体定触转动的特点，确切理解角坐标、角位移、角速度、角加速度的概念并能运用 匀变速转动公式： (2)能深射理解转动惯量、力矩的概念：拿据转动定律。 三、本授课单元教学内容（包然基本内容、重点、难点，引导学生解决重点难点的方法、例题等）： 蒸本内容 4.」刚体及刚体定轴转动的描述 1。刚体的概念 就是在任何情况下形状和大小都不会发生变化的物体. 刚体这个质点系的特点是！在外力作用下各质元之间的相对位置不变。由于是质点系，有关 质点的基本定律都可以使用。 2,刚体的运功形式 平动：若刚体中所有点的运动轨迹都保持完全相同，或者说刚体内任意两点间的连线总是平行于 它们的初始位置间的连线 转动：刚体中所有的质元都绕同一直线微圆圆运动。转动又分定轴转动和非定拍转动。定轴转动 是转动中最简单的情况。定轴转动中，各圆的园心都在一条固定不变的直线上，这条直线叫转轴。 1)有一固定的轴。 2)刚体中各质点都作圆周运动 3)各质点在相同的时间内转过的角度相同 4)转动平面与轴垂直 3,描述刚体运动的几个物理量 1),角坐标8，描写刚体转动位置的物理量，单位：乳度d 2

2 大学物理 课程教案（11） 授课类型 理论课 授课时间 2 节 一、授课题目（教学章节或主题）： 第 4 章 刚体的定轴转动 4.1 刚体及刚体定轴转动的描述 4.2 转动定律 二、本授课单元教学目标或要求： （1）掌握刚体定轴转动的特点，确切理解角坐标、角位移、角速度、角加速度的概念并能运用 匀变速转动公式； （2）能深刻理解转动惯量、力矩的概念；掌握转动定律 。 三、本授课单元教学内容（包括基本内容、重点、难点，引导学生解决重点难点的方法、例题等）： 基本内容： 4.1 刚体及刚体定轴转动的描述 1， 刚体的概念 就是在任何情况下形状和大小都不会发生变化的物体。 刚体这个质点系的特点是：在外力作用下各质元之间的相对位置不变。由于是质点系，有关 质点的基本定律都可以使用。 2， 刚体的运动形式 平动：若刚体中所有点的运动轨迹都保持完全相同，或者说刚体内任意两点间的连线总是平行于 它们的初始位置间的连线 . 转动：刚体中所有的质元都绕同一直线做圆周运动。转动又分定轴转动和非定轴转动。定轴转动 是转动中最简单的情况。定轴转动中，各圆的园心都在一条固定不变的直线上，这条直线叫转轴。 1）有一固定的轴。 2）刚体中各质点都作圆周运动 3）各质点在相同的时间内转过的角度相同 4）转动平面与轴垂直 3， 描述刚体运动的几个物理量 1）.角坐标 ，描写刚体转动位置的物理量，单位：弧度 rad

2)角位移△0，描写刚体位置变化的物理量，单位：夏度，md 3)角速度，描写刚体转动快慢和方向的物理量 单位，弧度/秒，ds,方向！满足右于定测，沿刚体转动方向右旋大拇指指向。 4)角加速度a。情写角速度变化快慢和方白的物理量 单位：弧度/秒2。ds2.方向：角速度变化的方向 4,匀变速转动公式 a=de 包=外十到 dr 1 8-8=a+2mr r2=+20-a】 42转动定 1,对转轴的力矩 M=r×F 若力F不在转动平面内，把力分解为平行和垂直于转轴方向的两个分量：合力矩等于各分力矩 的失量和 2,转动定律 转动定律： 黄学重点：刚体的概念和转动定律的物理意义。 教学难点：刚体的概念和转动定律的物理意义。 引导学生解决重点难点的方法：通过图形、例题讲解，及果用类比的方法使学生草捏转动定律 的物理意文。 四、本授课单元教学手段与方法： 结合极书和误件，采用讲授法使学生掌捏刚体的概念和转动定律的物理意义。 五、本授课单元思考思、讨论愿、作业： 作业汇编P303、12、13、17圈 六、本授课单元参考资料（含参考书、文献等，必要时可列出）方 参考书：1、《大学物理练习题汇编》

3 2）角位移  ，描写刚体位置变化的物理量，单位：弧度，rad 3）角速度 ，描写刚体转动快慢和方向的物理量 单位：弧度/秒，rad/s，方向：满足右手定则，沿刚体转动方向右旋大拇指指向。 4）角加速度，描写角速度变化快慢和方向的物理量 单位：弧度/秒 2，rad/s2 , 方向：角速度变化的方向 4， 匀变速转动公式 4.2 转动定律 1，对转轴的力矩 M r F    若力 F 不在转动平面内，把力分解为平行和垂直于转轴方向的两个分量；合力矩等于各分力矩 的矢量和 2，转动定律 转动定律： 教学重点：刚体的概念和转动定律的物理意义。 教学难点：刚体的概念和转动定律的物理意义。 引导学生解决重点难点的方法：通过图形、例题讲解，及采用类比的方法使学生掌握转动定律 的物理意义。 四、本授课单元教学手段与方法： 结合板书和课件，采用讲授法使学生掌握刚体的概念和转动定律的物理意义。 五、本授课单元思考题、讨论题、作业： 作业：汇编 P30 3、12、13、17 题 六、本授课单元参考资料（含参考书、文献等，必要时可列出）： 参考书：1、《大学物理练习题汇编》 dt d     t 0 2 0 0 2 1    t  t 2 ( ) 0 2 0 2       F z d  F P r O z d F r P O F

2、张三慧编著，大学基础物理学，清华大学出版社，2003： 3、程守沫江之水编.普通物理学，高等教育出版社，1995： 4.《College Physics》 大学物理课程教案（12) 授课类型理论课 授课时间2塑 一、授课题目（数学章节或主题）： 第4章刚体的定轴转动 4.2转动定律 二、本授课单元教学目标咸要求： 掌握转动惯量及其运算，热练应用转动定律解题。 三、本授课单元散学内容（包括基本内容、重点、难点，引导学生解决重点难点的方法、例题等） 基本内容： 42转动定律(2) 1,转动惯量 J=ΣAm,J=∫r2dm 物理意义：转动惯性的量度， 转动惯性的计算方法： 1)质量离散分布刚体的转动惯量 J=Σm, 2)质量连柒分布刚体的转动惯量 J-「dw 转动惯量的大小取决于刚体的质量，形状及转轴的位置。 2,转动定律的应川 步骤：1》确定研究对象 2)受力分析（具考虑对转动有影响的力矩） 3)列方程求解平动物体列牛顿定律方程，转动利体列转动定律万程和角量与线量关系) 例：如图所示，滑块A、重物B和滑轮C的质量分别为刚4，·m和网，滑轮可程为半径R的均质 圆盘。滑轮与轻绳之间无相对滑动，水平面光滑，求滑块A的加速度及滑轮两边绳子的紫力：

4 2、张三慧编著，大学基础物理学，清华大学出版社，2003； 3、程守洙 江之永编, 普通物理学，高等教育出版社，1995； 4、《College Physics》 大学物理 课程教案（12） 授课类型 理论课 授课时间 2 节 一、授课题目（教学章节或主题）： 第 4 章 刚体的定轴转动 4.2 转动定律 二、本授课单元教学目标或要求： 掌握转动惯量及其运算，熟练应用转动定律解题。 三、本授课单元教学内容（包括基本内容、重点、难点，引导学生解决重点难点的方法、例题等）： 基本内容： 4.2 转动定律（2） 1，转动惯量 2 2 , i i J m r J r dm     物理意义：转动惯性的量度 . 转动惯性的计算方法： 1） 质量离散分布刚体的转动惯量 2 i i J m r   2）质量连续分布刚体的转动惯量 2 J r m  d  转动惯量的大小取决于刚体的质量、形状及转轴的位置 . 2，转动定律的应用 步骤：1）确定研究对象 2）受力分析（只考虑对转动有影响的力矩） 3）列方程求解(平动物体列牛顿定律方程，转动刚体列转动定律方程和角量与线量关系) 例：如图所示。滑块 A、重物 B 和滑轮 C 的质量分别为 mA,，mB,和 mC。滑轮可视为半径 R 的均质 圆盘。滑轮与轻绳之间无相对滑动，水平面光滑。求滑块 A 的加速度及滑轮两边绳子的张力

解：分别隔离物体和滑轮。西示力图如图。设滑轮左、右两边绳子的张力分别为F、F,系统的加 速度为。取顺到针转动的方向为正，对A、B由牛领第二定律，对滑轮由转动定律列方程如下： F=附a 两g-F=ma (F-F)R=Ja a=Ra 清轮视为均质圆盘J一互风，尽，联立以上四武解得 mog %++子 F= F=m(g-a) 数学重点：转动惯量的求解和转动定律的应用， 教学难点：转动惯量的求解和转动定律的应用。 引导学生解决重点难点的方法：通过图形、例思讲解，及采用类比的方法使学生掌挥转动定律 的应用。 四、本授课单元教学手段与方法 结合版书和课件，采用讲授法使学生掌挥刚体的概念和转动定律的物理意义。 五、本授课单元思考题、讨论题、作业 作业：汇编P304,14,15、18题 六、本授课单元参考资料（含参考书、文献等，必要时可列出）方 参考书：1，《大学物理练习思汇编》 2、张三慧编著，大学基础物理学，清华大学出版社，2003： 3、程守沫江之水编，替通物理学，高等教有出版社，1995： 4.《College Physics}

5 解： 分别隔离物体和滑轮，画示力图如图。设滑轮左、右两边绳子的张力分别为 F1、F2, 系统的加 速度为 a。取顺时针转动的方向为正, 对 A、B 由牛顿第二定律, 对滑轮由转动定律列方程如下： F m a 1  A m g F m a B B   2 2 1 ( ) F F R J    a  R 滑轮视为均质圆盘, 1 2 2 C J m R  , 联立以上四式解得 2 c A B B m m m m g a    ， F m a 1  A ， 2 ( ) F m g a   B 教学重点：转动惯量的求解和转动定律的应用。 教学难点：转动惯量的求解和转动定律的应用。 引导学生解决重点难点的方法：通过图形、例题讲解，及采用类比的方法使学生掌握转动定律 的应用。 四、本授课单元教学手段与方法： 结合板书和课件，采用讲授法使学生掌握刚体的概念和转动定律的物理意义。 五、本授课单元思考题、讨论题、作业： 作业：汇编 P30 4、14、15、18 题 六、本授课单元参考资料（含参考书、文献等，必要时可列出）： 参考书：1、《大学物理练习题汇编》 2、张三慧编著，大学基础物理学，清华大学出版社，2003； 3、程守洙 江之永编, 普通物理学，高等教育出版社，1995； 4、《College Physics》 A C B mB g A C B mA g F2 a F1 FN1

大学物理课程教案(13) 授课类型理论课 授课时间2节 一、授课题目（敕学章节或主题）： 第4章刚体的定轴转动 43刚体转动中的功和能 44刚体的角动量定理和角动量守恒定律 二、本授裸单元数学目标或要求： 拿握侧体的功和能！拿捉图体的角动量定理和角动量守恒。 三、本授课单元教学内容（包无基本内容、重点、难点，引导学生解决重点难点的方法、例题等）： 基本内容 43制体转动中的功和能 1,力矩的动 A-[Mdo 1,和体定触转动动能和动能定理 剧体的转动动能： E.-EAF (EAmi )o-Jor 3 上式表明，削体对某一定轴的转动动能等于利体对该轴的转诗便量与角速度平方乘积的 一半。刚体的转动惯量越大，转动角速度越大。转动动能线越大 转动动能定理： 广d0-Jao--网 2 合外力矩对刚体所作的功等于刚体转动动能的增量，这就是刚体定轴转动的动能定理。 3,刚体的重力势能 E。■mg日 其中，三是刚体的重心坐标 44刚体的角动量定理和角动量守恒定律

6 大学物理 课程教案（13） 授课类型 理论课 授课时间 2 节 一、授课题目（教学章节或主题）： 第 4 章 刚体的定轴转动 4.3 刚体转动中的功和能 4.4 刚体的角动量定理和角动量守恒定律 二、本授课单元教学目标或要求： 掌握刚体的功和能；掌握刚体的角动量定理和角动量守恒.。 三、本授课单元教学内容（包括基本内容、重点、难点，引导学生解决重点难点的方法、例题等）： 基本内容： 4.3 刚体转动中的功和能 1， 力矩的功   2 1   A Md 2， 刚体定轴转动动能和动能定理 刚体的转动动能： 1 1 2 2 2 ( ) 2 2 i E E m r J k k i i          上式表明，刚体对某一定轴的转动动能等于刚体对该轴的转动惯量与角速度平方乘积的 一半。刚体的转动惯量越大，转动角速度越大，转动动能就越大。 转动动能定理： 2 2 1 1 2 2 2 1 1 1 d d 2 2 M J J J               合外力矩对刚体所作的功等于刚体转动动能的增量 ，这就是刚体定轴转动的动能定理。 3， 刚体的重力势能 Ep  mgzc 其中， c z 是刚体的重心坐标。 4.4 刚体的角动量定理和角动量守恒定律