单杠模型力学分析2013

拉
杆
单杠结构分析 2.杠体及受力分析
运动员在杠体上做各种动作，杠 体会弯曲变形。
(杆件受到垂直其轴线的外力时会弯曲)
单杠可视为双支撑点的梁 跳板是单支撑点的梁（悬臂梁）
杠体
立
柱
拉
杆
棚室屋架结构分析
棚室屋架结构分析 1、荷载 棚室屋面下面的梁、立柱和墙共同承受着屋顶部的载荷。
屋面、梁的质量，属于静载/永久性荷载 风载、雪载属于动载/随天气变化的可变性荷载
索拉桥 石拱桥
有桥墩的梁式桥 简答的桁架桥
钢箱梁桥结构分析
港珠澳大桥青州航道 桥的首要功能是承载 它所输运的交通荷载， 支撑其自身的重量及 其附属设施（路灯、 管线等)，还须能抵 御风、雨、温度变化 及地震的作用。
缆索斜拉
钢箱梁桥结构分析
钢箱梁：内部为空心状，由顶板、底板、腹板和劲肋等 构件组成。 特点：质量小、节省刚才钢材、抗弯和抗扭钢度大、安 装迅速、外形简洁美观。
小试验
• 用一张纸做桥梁，河面的宽度为15CM，哪种情况下纸板的 抗压能力最强？
棚室屋架结构分析 3、拱
拱，中间高四周低，弧形曲面。 荷载压力作用于拱上，拱把力 传到四周支撑上。
拱形结构，既利于承载，又美观。
梁的受力与变形P18
还有什么办法可以 防止梁过分弯曲？
1、在下面加支撑点 2、在上面施加拉力 3、减少梁的长度 4、增加厚度 5、更换材料
棚室屋架结构分析
2、梁 梁受力后，一部分受压力而 缩短，另一部分受拉力而伸 长。两部分之间有一层不缩 短也不伸长，成为中性层。 防止过分弯曲，在梁下加支撑点
梁的上部 轴受压，下部轴受拉。
木材和钢材，都能够抵抗压 力和拉力，适合做梁。混凝 土和石材，较能抵抗压力， 却无法抗拉力。

单杠卷身上及屈伸生物运动力学分析摘要：结合部队实际，为有效指导训练，提高训练成绩，从生物力学角度，运用刚体转动定律、质心定理等物理学知识对单杠卷身上及屈身上加以分析，第一把单杠卷身上的动态过程进行力学分析，计算出其转动惯量，得出力量是基础、姿势是关键的结论。

关键词：生物力学；刚体转动定律；质心定理；单杠卷身上；单杠屈身上；转动惯量一.研究意义单杠卷身上其动作看似简单，但对于初学者来说还是有一定难度，需要一定的身体素质作为基础，还需多加练习才能完全掌握。

单杠屈身上则对身体机能要求较高，不仅需要很好的体能素质，还需要训练者有着良好的协调性、平衡力才可。

但一般入伍士兵或学员体能素质相对较差，器械训练又存在一定危险，由于单杠技术难度较大、对上肢力量要求较高，导致学员在单双杠练习中容易受伤，常常出现肌肉易于疲劳和肌肉损伤现象。

二.单杠卷身上力学分析2.1单杠卷身上动作要领单杠卷身上动作要领：跳起抓杠,成正握直臂悬垂,两手用力屈臂拉杠,同时含胸、收腹、举腿，上体后倒（臀紧贴身体，眼看脚），两臂继续用力拉杠，腿向后上方伸出过杠，使腹部贴于杠上，翻转手腕，抬头挺胸，伸直臂成正撑。

身体放时，含胸收腹，重心前移，两臂用力，缓冲下落还原成直臂悬垂。

2.2单杠卷身上动态过程分析受训者跳起上杠悬垂，身体成反弓形，使腰髋部、臀部、和肩部肌肉充分伸展，获得最大收腹动力，有利于后续动作的完成。

双臂用力拉杠使身体重心上移，缩短身体重心与杠的距离。

屈臂上杠的同时，收腹举腿。

在分析收腹之前，先分析这样一个过程：单杠大回环下摆过程中要求运动员送肩，脚尖绷直，身体成直线形，这样可增大身体重心与杠端距离以获得最大重力距，使其下落至最低点时动能更大，这是最大重力距原理。

2.3单杠卷身上常见做法由于人体构造、习惯、外界因素不同，不同的同志采取各自适合自己的做法，经过观察，大体将它们分为三类：先拉再卷法、边拉边卷法、先卷再拉法。

综合三种做法的数据分析。

永久性荷载 P1 和雪载
立 柱
立柱基础 P2
风 P’’
P’
P
弯矩 M
2.梁的受力
材料被挤压
ห้องสมุดไป่ตู้
材料被拉伸
梁的受力
如平衡木，桥等 都是梁的一种类 型。
拱结构的应用
拱结构十分美观，很多建 筑物都采用了拱结构。
赵州桥
拱结构的概念：
中间高四周低呈弧形的 曲面。
为什么要采用 拱结构呢？
2、弯曲
单杠的受力和变形分析
• 从力学角度出发，对结构理解为：结构 是可承受一定力的架构形态，结构可以 抵抗引起形态和大小变化的力。
单摆实验示意图
F
球
小球对固定点的作用力的方向，从固定 点指向小球球心所处的瞬间位置。
单杠竞技体操
• 运动员在杠体上转动，其侧视图与 单摆类似：杠体相当于固定点，人 相当于小球。 • 所以，任意时刻，人对杠体的作用 力方向都是指向人重心所处的瞬间 位置。
棚室荷载与立柱受力
1. 作用：指能使结构产生效应（内力、位移、应 力、裂缝）的各种原因的总称。分为直接和间 接两种 2. 直接作用称为荷载 3. 承受的荷载主要分为恒载和活载。 4. 恒载包括屋面、梁的质量，属于不随时间变化 而变化的永久性荷载。 5. 活载包括雪载、风载等，属于随情况变化而变 化的可变性荷载。
拱结构受力：
拱结构对承受荷载有利。 荷载压力作用于拱上，圆 拱再把力传到其四周的支 撑上。例如雪荷载。
小试验 ——比较不同形状的纸板承受压力的大小 1、哪种 情况下纸 板的抗压 能力最强？ 2、还有 更好的方 案吗？
后 侧
弯矩M 弯矩M’
前 侧
弯矩M与弯矩M’大小相等，方 向相反，是一对平衡的弯矩，使单 杠保持整体的稳定。

第二节典型结构案例分析-----结构是怎样受力的
序号
教学内容
教师活动
学生活动
1
引入课题
播放体操运动员在平衡木上和单杠上运动的视频。

讲解
看、思考
2
单杠的结构
问：单杠由哪些构件构成？它们为什么要这样搭配和排列？引领：从功能和受力两个方面考虑。

问：单杠的功能？
小结有关功能。

并指出本节课我们从结构体受力的角度来讨论
思考后回答第一个问题，并思考第二个问题。

回答有关杠的功能。

3
单杠的受力分析
模型演示；展示图片等，并引领学生从形变的角度分析理解杠的各构件受力情况以及如可保持杠体的稳定。

结合学生的分析进行小结。

分析杠体主构件的受力。

（因为学生在物理学上已学习了有关力学的知识，对杠的各部件受力是可以分析出来的）及力矩（弯矩）。

记录整理有关知识点
4
梁的概念
从体操运动员在平衡木上的运动
引出梁的概念
学生阅读“阅读材料”
5
梁的受力特点
引领学生分析平衡木（长条板凳）及跳板受力
学生分析
思考“问题思考”6
小结、布置课外作业“问题思考”
记录。

从运动生物力学角度对单杠屈伸上的理论与技术分析摘要：运用运动生物力学方法，对单杠屈伸上动作的技术原理进行分析，从中找出练习中常见的错误技术并分析，同时提出相应纠正错误技术的建议，为教学和训练提供理论依据，提高教学水平和质量。

关键词：单杠；屈伸上；生物力学分析竞技体育的发展, 越来越离不开科技的支撑, 不同运动项目科研的侧重点不同。

对于技巧类项目, 各种动作技术生物力学原理的研究尤为重要。

在竞技体操项目中, 单杠是一项典型的弹性器械运动, 其摆动、回环、腾越、脱手再握都是该项目的特征性动作。

通过对这些特征动作的生物力学原理探讨和分析,有助于我们对弹性器械运动一般原理和基本规律的认识和理解, 更有利于把握用运动生物力学原理分析和解决动作技术问题的思路和方法, 有效提高竞技水平。

1.单杠中基本动作技术原理单杠直角悬垂屈伸上是典型的后摆屈伸类动作，是体育院系体操教材的重要内容之一也是各级水平运动员所必须掌握的一个基本动作。

它在发展练习者躯干上下肢诸肌群的肌肉力量培养身体协调用力等方面均有着良好的作用。

对于单杠屈伸上，苏联医学博士伊万尼茨基教授曾论述到：“单杠屈伸上对于那些肌肉虽很发达，但没有掌握这个练习的人来讲，是一个相当困难的练习；但对体操运动员来讲，这则是一个非常容易的练习”。

从这我们可以略微知道，单杠屈伸上的完成，主要不是取决于肌肉力量的大小，而是技术掌握的正确与否，动作用力顺序以及衔接是否符合运动生物力学原理。

通过分析单杠项目特点，可把单杠动作分成摆动、回环、振浪、飞行等几大类，结合相关运动生物力学知识和理论，对单杠屈伸上的摆动动作一般生物力学原理进行分析知道：单杠是以摆动动作为主的器械运动, 慢用力动作或者静力平衡动作在项目中已经不复存在。

因而分析摆动动作即抓住了单杠运动的核心问题。

单杠的摆动通常有下摆、兜腿、上摆几个部分组成。

1.1下摆技术原理在下摆过程中, 重力是动力, 通过人体重心的重力线对手握单杠的支点产生力矩, 加速人体绕单杠的转动。

弯曲力：作用于物体，使它产生
弯曲的力
拧干衣服！
拧瓶盖 拧麻花条
扭转力：反方向向物体两端均匀
施力，使物体发生扭转形变的力。
马上行动: 请连线
拉 作用于物体 ,使它 力 产生弯曲的力
两个距离很近 ,大 压 小相等,方向相反, 力 且作用于同一物体 上的平行力 剪 切 挤压物体的力 力 扭 物体所承受的拉拽 转 力 力
问题： 课本12页，图1-19，运动员 从单杠前侧向后侧运动，起削弱平 衡作用的是拉杆5 还是拉杆6？
先是拉杆6，后是拉杆5
二、棚室屋架结构分析
1、棚室荷载
阅读书中13页阅读材料：棚室屋架的构成， 了解恒载与活载的区别，以及永久性荷载和 可变性荷载的概念。
6 后墙 7 通道
5 立柱
1 3 2 4 草帘 后屋面 塑料棚膜 拱架（梁）
从力学的角度来说，结构是 指可承受一定力的架构形态，它 可以抵抗能引起形变的力。
体操全能
男子体操全能有六项：跳马，自由体操，鞍马，单杠，双杠，吊环 女子体操全能有四项：跳马，自由体操，平衡木，高低杠
单杠的结构
把单杠看成结构，构件有：杠体、 立柱、拉杆。
读材料课本（P11）
构件受外力作用时，要发生形状或大小的改 变，这种改变称为变形。 第一节的实例中，吊车的吊绳承受的力是拉 力，拉力所产生的形变为拉伸，组成材料的 粒子被拉开；板凳腿承受的外力是压力，压 力所产生的变形为压 缩，组成材料的粒子被 推近。拉力和压力都是荷载作用的结果。
单摆实验示意图
F
球
小球对固定点的作用力的方向，从固定 点指向小球球心所处的瞬间位置。
我们再来看运动员做的大回环动作。从侧面来看，是怎样？
运动员在杠体上转 动，其侧视图与单 摆类似： 杠体相当于固定点， 人相当于小球。

第二节：典型结构案例分析-----结构是怎样受力的（单杠受力和变形分析）教学目标：1. 理解结构是为了承受力和抵抗变形的本质。

2. 通过对简单的结构案例的学习，能尝试对生活中常见的结构作受力和变形分析。

3. 通用本节课的学习，学生能感受到结构的广泛应用，体会学习结构的重要意义，从而形成结构问题的意识，培养学生分析结构怎样受力问题的习惯和思维能力。

重难点：1. 对单杠作受力和变形分析。

2. 通过受力和变形分析，体会结构是为了承受力和抵抗变形的本质。

教学思路：由奥运会单杠比赛录像导入单杠的结构；用学生较为熟悉的实验-----物理学单摆实验作受力类比，引出杠体的受力和变形；进一步从力学角度理解结构。

新课导入：[师] 同学们好，上课前老师想先请你们看一段录像。

(播放课件：奥运会单杠比赛片段)。

运动员在场上正激烈的角逐，那么，同学们，他们比赛的项目是什么？有没有人知道？[生]五项全能、体操、单杠------。

[师] 他们进行的是单杠比赛，就是我们上体育课经常玩的单杠。

不知道同学们发现没有，运动员所用的单杠和学校的单杠在结构上有些不同，区别在哪？或者，与你们所见过的单杠相比，有没有不同的地方？[生] 比较高、比学校的好看、所用的材料不同、少了四根铁线-----。

[师]对了，细心观察的同学发现了，比较明显的一个区别，就是有的单杠有四根铁线，有的却没有。

[师] 前面我们学习过什么叫做结构，还知道了结构可以承受力和抵抗变形，而组成结构的各个部分称为构件。

那么，现在我们把单杠看成一个结构，那构件都有哪些？[生]立柱、杠体、拉杆----[师] 奥运会比赛用的单杠没有拉杆，学校的单杠有拉杆，为什么呢？不同结构的单杠在功能上有什么不同呢？带着这个问题，我们来学习新的内容，第二节：典型结构案例分析---结构是怎样受力的。

我们来分析一个结构比较简单的物体----单杠的受力和变形情况。

新课教学：[师]请同学们先花几分钟阅读课本12页的阅读材料，了解变形的种类。

mm截面为人所在截面人的质量m60kgmw72032004?1003200441942mpa不考虑轴力的影响370mpa查表可得两边界转角12mgl?16ei0055radfxf1tan30000551656n立柱上弯矩最大在接地断点处mmaxfxh16562754554nm轴力产生的应力为1fa300002?0016?066mpa最大弯矩产生的应力2mw455432004?10032004412
σ=M/W=720 × 32 /(π × 0.04³[1－(0.032/0.04) ^4 ]) =194.2MPa 不考虑轴力的影响，σ<[σ]=370MPa
查表可得两边界转角 θ1=θ2= －mgL²/16EI= －0.055rad Fx=F1tanθ=300×0.055=16.56N
∴立柱上弯矩最大在接地断点处 Mmax=Fx×H=16.56×2.75=45.54N.m
地埋单杠
单杠受力分析
• 人在单杠上时，不考虑自重，横梁受三个
力，分别是人对梁的压力mg，左右两支柱 的支撑力F1，F2.
• 立柱受力
如右图
模型简化
备注：m-m截面为人所在截面，人的质量m=60kg
问题分析：有人在单杠上时单杠是否
安全？
解决问题：
找到危险截面危险点，只要危险点安全，则整个单杠安全
轴力产生的应力为 σ1=F/A=300/(π×(0.02² －0.016² )) = 0.66Mpa 最大弯矩产生的应力 σ2=M/W=45.54× 32/(π × 0.04³[1－(0.032/0.04) ^4 ]) =12.28MPa ∴立柱所受应力σ=σ1+σ2=12.94Mpa<[σ]=450MPa 综合以上，体重60公斤的人在单杠上运动是安全的

的 摆 动 获 得 的 。因 此 ， 首 先 分 析 摆 动 技 术 。根 据 机 械 能 转 换 关 系 和 机 械 能 守 恒 定 律 可 知 ， 能 和 位 能 要 动 可 以 相 互 转 换 。由 Ｅ ＝ ｈ， 力 位 能 与 物 体 质 量 （ 和 物 体 位 置 的 相 对 高 度 （ ） 乘 积 成 正 比 。从 技 术 ｐ ｍｇ 重 ｍ） ｈ的
初 学 者 由 于 摆 过 高 而 难 于 控 制 身 体 ， 完 成 动 作 造 成 了 困 难 。 以 ， 宜 的摆 动 幅度 对 动 作 的 完 成 有 一 给 所 适
学。
．
表 １屈伸 上完 成情况 现场调 查结果 ：
２பைடு நூலகம்
技 术 分 析
，
单 杠 直 角 悬 垂 屈 伸 上 ， 后 摆 屈 伸 组 动 作 ， 作 法 是 ： 体 由后 摆 极 点 开 始 在 前 摆 接 近 极 点 时 收 是 其 身 腹 ， 腿 ， 屈 体 悬 垂 ， 身 体 回摆 至 杠 上 垂 直 部 位 时 ， 腿 沿 杠 面 向 前 Ｌ￣－Ｏｔ 同 时 直 臂 压 杠 、 肩 ． 举 成 当 两 ｆ ＇ ｄ， 跟
原 理 上讲 ， 体 后 摆 越 高 ， 储 备 的 机 械 能 越 大 ， 完 成 动 作 就 越 有 利 。对 初 学 单 杠 屈 伸 卜的 人 来 讲 ， 身 所 对 摆 动越 大 ， 固然 有 助 于 完 成 动 作 ， 对 练 习 者 完 成 动 作 的 技 术 也 提 出 较 高 的 要 求 。 们 在 实 践 中 常 能 看 到 但 我
作者简介 ： 吴海鸥 （ ９ ６ ， ， １７ 一） 男 安徽蚌埠人 ， 安庆师范学院体育系教师， 主要从事高校体操教学 训练理论 与方法研究。

《单杠结构分析》作业设计方案第一课时一、作业设计目标：通过本次作业，同砚能够精通单杠结构分析的基本原理和方法，能够娴熟运用相关知识解决实际工程问题，提高同砚的分析和解决问题的能力。

二、作业设计内容：1. 理论知识讲解：起首，同砚需要通过教室进修或自主进修，精通单杠的定义、分类、受力特点、计算方法等基本理论知识。

2. 案例分析：设计一些实际工程案例，要求同砚运用单杠结构分析方法，计算各部位的受力状况，分析结构的稳定性和安全性。

3. 教室谈论：在教室上组织同砚进行谈论，分享自己的分析思路和解题方法，激发同砚进修爱好，提高同砚的思维能力和表达能力。

4. 实践操作：设计一些试验或实际操作项目，让同砚亲自动手进行单杠结构分析，通过实践提高同砚的动手能力和实际操作能力。

5. 作业提交：要求同砚完成相关的作业题目，并按时提交，老师进行批改评分，援助同砚准时发现和纠正错误，加深对知识的理解和精通。

三、作业设计要求：1. 作业设计要具有一定难度和挑战性，既能考察同砚对理论知识的精通水平，又能练习同砚分析和解决问题的能力。

2. 提倡同砚独立沉思和自主进修，鼓舞同砚在解题过程中乐观沉思、勇于探究。

3. 作业设计要切近实际工程应用，能够培育同砚运用所学知识解决实际问题的能力。

四、评分标准：1. 答案准确性：对于计算题，答案正确且计算过程明晰，得分较高；对于分析题，能够准确分析问题，并给出合理诠释，得分较高。

2. 思维深度：能够深度分析问题，提出奇特见解，得分较高。

3. 表达能力：答案明晰、条理分明，表达能力强，得分较高。

通过以上设计，信任同砚在完成《单杠结构分析》作业的过程中能够提高自己的分析和解决问题的能力，更好地精通单杠结构分析的基本原理和方法。

期望同砚们在完成作业的过程中能够多动脑、多动手，不息提升自己的综合能力，为今后的进修和工作打下坚实基础。

第二课时一、教学目标：1. 熟识单杠结构的基本观点和特点；2. 精通单杠结构的受力分析原理；3. 学会应用静力学的知识解决单杠结构的力学问题；4. 培育同砚分析和解决工程结构问题的能力。

高考回归复习—电磁感应之单杆动力学与能量的综合模型1．如图所示，两个平行光滑金属导轨AB、CD固定在水平地面上，其间距L=0.5m，左端接有阻值R=3Ω的定值电阻。

一根长度与导轨间距相等的金属杆順置于导轨上，金属杆的质量m=0.2kg,电阻r=2Ω，整个装置处在方向竖直向下、磁感应强度大小B=4T的匀强磁场中，t=0肘刻，在MN上加一与金属杆垂直，方向水平向右的外力F，金属杆由静止开始以a=2m/s2的加速度向右做匀加速直线运动，2s末撤去外力F，运动过程中金属杆与导轨始终垂直且接触良好。

（不计导轨和连接导线的电阻，导轨足够长)求：（1）1s末外力F的大小；（2）撤去外力F后的过程中，电阻R上产生的焦耳热。

2．如图所示，水平放置的U形导轨足够长，置于方向竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度大小为B=5T，导轨宽度L=0.4m，左侧与R=0.5Ω的定值电阻连接。

右侧有导体棒ab跨放在导轨上，导体棒ab质量m=2.0kg，电阻r=0.5Ω，与导轨的动摩擦因数μ=0.2，其余电阻可忽略不计。

导体棒ab在大小为10N的水平外力F 作用下，由静止开始运动了x=40cm后，速度达到最大，取g=10m/s2.求：（1）导体棒ab运动的最大速度是多少?（2）当导体棒ab的速度v=1ms时，导体棒ab的加速度是多少?（3）导体棒ab由静止达到最大速度的过程中，电阻R上产生的热量是多少?3．如图所示，水平光滑导轨足够长，导轨间距为L，导轨间分布有竖直方向的匀强磁场，磁感应强度为B，导轨左端接有阻值为R的电阻，电阻两端接一理想电压表。

一金属棒垂直放在导轨上，其在轨间部分的电阻也为R。

现用一物块通过跨过定滑轮的轻绳从静止开始水平牵引金属棒，开始时，物块距地面的高度为h，物块落地前的一小段时间内电压表的示数稳定为U。

已知物块与金属棒的质量相等，不计导轨电阻和滑轮质量与摩擦，导轨始终与金属棒垂直且紧密接触。

求：（1）金属棒的最大速度v ； （2）物块的质量m ；（3）棒从静止开始到物块刚要落地的过程中，电阻R 上产生的热量Q 。

专题32 电磁感觉中的“单杆”模型单杆模型是电磁感觉中常有的物理模型，此类题目所给的物理情形一般是导体棒垂直切割磁感线，在安培力、重力、拉力作用下的变加快直线运动或匀速直线运动，所波及的知识有牛顿运动定律、功能关系、能量守恒定律等。

1．此类题目的剖析要抓住三点：（1）杆的稳固状态一般是匀速运动（达到最大速度或最小速度，此时协力为零）。

（2）整个电路产生的电能等于战胜安培力所做的功。

（3）电磁感觉现象遵照能量守恒定律。

如图甲，导体棒ab从磁场上方h处自由开释，当进入磁场后，其速度随时间的可能变化状况有三种，如图乙，全过程其能量转变状况是重力势能转变为动能和电能，电能再进一步转变为导体棒和电阻R的内能。

2．单杆模型中常有的状况及办理方法：（1）单杆水平式v0≠0v0＝0示意图单杆ab以必定初速度v0在圆滑水平轨道上滑动，质量为m，电阻不计，两导轨间距为L轨道水平圆滑，单杆ab质量为m，电阻不计，两导轨间距为L轨道水平圆滑，单杆ab质量为m，电阻不计，两导轨间距为L，拉力F恒定轨道水平圆滑，单杆ab质量为m，电阻不计，两导轨间距为L，拉力F恒定力学观导体杆以速度v切割磁感线产生感觉电动势E＝BLv，电流I＝ERS闭合，ab杆受安培力F＝BLEr，开始时a＝Fm，杆ab速度v⇒感觉电动势E＝开始时a＝Fm，杆ab速度v⇒感觉电动势E＝BLv，经过Δt速度为v＋Δv，此时感觉点＝BlvR，安培力F＝BIL＝B2L2vR，做减速运动：v⇒F⇒a，当v ＝0时，F＝0，a＝0，杆保持静止此时a＝BLEmr，杆ab速度v⇒感觉电动势BLv⇒I⇒安培力F＝BIL⇒加快度a，当E感＝E时，v最大，且v m＝EBLBLv⇒I⇒安培力F安＝BIL，由F－F安＝ma知a，当a＝0时，v最大，v m＝FRB2L2电动势E′＝BL（v＋Δv），Δt时间内流入电容器的电荷量Δq＝CΔU＝C（E′－E）＝CBLΔv电流I＝ΔqΔt＝CBLΔvΔt＝CBLa安培力F安＝BLI＝CB2L2a F－F安＝ma，a＝Fm＋B2L2C，因此杆以恒定的加快度匀加快运动图象观点能量观点动能所有转变为内能：Q＝12mv20电源输出的电能转变为动能W电＝12mv2mF做的功一部分转变为杆的动能，一部分产生电热：W F＝Q＋12mv2mF做的功一部分转变为动能，一部分转变为电场能：W F＝12mv2＋E C【题1】以下图，间距为L，电阻不计的足够长平行圆滑金属导轨水平搁置，导轨左端用一阻值为R的电阻连结，导轨上横跨一根质量为m，电阻也为R的金属棒，金属棒与导轨接触优秀。

高考专题：电磁感应中的单双杆模型1.常见单杆情景及解题思路单杆阻尼式单杆发电式(v0＝0)含“源”电动式(v0＝0)含“容”无外力充电式含“容”有外力充电式(v0＝0)1.如图所示，两光滑平行金属导轨间距为L，直导线MN垂直跨在导轨上，且与导轨接触良好，整个装置处在垂直于纸面向里的匀强磁场中，磁感应强度为B。

电容器的电容为C，除电阻R外，导轨和导线的电阻均不计。

现给导线MN一初速度，使导线MN向右运动，当电路稳定后，MN以速度v向右做匀速运动时( )A.电容器两端的电压为零B.电阻两端的电压为BLvC.电容器所带电荷量为CBLvD.为保持MN匀速运动，需对其施加的拉力大小为B 2L2v R2.如图所示，平行金属导轨与水平面成θ角，用导线与固定电阻R1和R2相连，匀强磁场垂直穿过导轨平面。

有一导体棒ab，质量为m，两导轨间距为L，导体棒的电阻与固定电阻R1和R2的阻值相等，都等于R，导体棒与导轨之间的动摩擦因数为μ，导体棒ab沿导轨向上滑动,当上滑的速度为v时，有( )A.导体棒中感应电流的方向由a到bB.导体棒所受安培力的大小为B 2L2v 3RC.导体棒两端的电压为BLv3D.导体棒动能的减少量等于其重力势能的增加量与电路上产生的电热之和3.如图所示，足够长平行金属导轨倾斜放置，倾角为37°，宽度为0.5m，电阻忽略不计，其上端接一小灯泡，电阻为1Ω。

一导体棒MN垂直于导轨放置，质量为0.2kg，接入电路的电阻为1Ω，两端与导轨接触良好，与导轨间的动摩擦因数为0.5。

在导轨间存在着垂直于导轨平面的匀强磁场，磁感应强度为0.8T。

将导体棒MN由静止释放，运动一段时间后，小灯泡稳定发光，此后导体棒MN的运动速度以及小灯泡消耗的电功率分别为(重力加速度g取10m/s2，sin37°=0.6)( )A.2.5 m/s，1 WB.5 m/s，1 WC.7.5 m/s，9 WD.15 m/s，9 W4.如图所示，足够长的两平行光滑水平直导轨的间距为L，导轨电阻不计，垂直于导轨平面有磁感应强度大小为B、方向竖直向上的匀强磁场；导轨左端接有电容为C的电容器、开关S和定值电阻R；质量为m的金属棒垂直于导轨静止放置，两导轨间金属棒的电阻为r。

模型组合讲解——电磁场中的单杆模型秋飏秋飏［模型概述］在电磁场中，“导体棒”主要是以“棒生电”或“电动棒”的内容出现，从组合情况看有棒与电阻、棒与电容、棒与电感、棒与弹簧等；从导体棒所在的导轨有“平面导轨”、“斜面导轨”“竖直导轨”等。

“竖直导轨”等。

［模型讲解］一、单杆在磁场中匀速运动一、单杆在磁场中匀速运动例1. （2005年河南省实验中学预测题）如图1所示，R R 125==6W W ，，电压表与电流表的量程分别为0～10V 和0～3A ，电表均为理想电表。

导体棒ab 与导轨电阻均不计，且导轨光滑，导轨平面水平，ab 棒处于匀强磁场中。

棒处于匀强磁场中。

图1 （1）当变阻器R 接入电路的阻值调到30W ，且用F 1＝40N 的水平拉力向右拉ab 棒并使之达到稳定速度v 1时，两表中恰好有一表满偏，而另一表又能安全使用，则此时ab 棒的速度v 1是多少？是多少？（2）当变阻器R 接入电路的阻值调到3W ，且仍使ab 棒的速度达到稳定时，两表中恰有一表满偏，而另一表能安全使用，则此时作用于ab 棒的水平向右的拉力F 2是多大？是多大？ 解析：（1）假设电流表指针满偏，即I ＝3A ，那么此时电压表的示数为U ＝IR 并＝15V ，电压表示数超过了量程，不能正常使用，不合题意。

因此，应该是电压表正好达到满偏。

电压表示数超过了量程，不能正常使用，不合题意。

因此，应该是电压表正好达到满偏。

当电压表满偏时，即U 1＝10V ，此时电流表示数为，此时电流表示数为I U R A 112==并设a 、b 棒稳定时的速度为v 1，产生的感应电动势为E 1，则E 1＝BLv 1，且E 1＝I 1(R 1＋R 并)＝20V a 、b 棒受到的安培力为棒受到的安培力为F 1＝BIL ＝40N 解得vm s 11=/（2）利用假设法可以判断，此时电流表恰好满偏，即I 2＝3A ，此时电压表的示数为U I R 22=并＝6V 可以安全使用，符合题意。

5.4保护与帮助
• 保护与帮助的方法：保护与帮助者站在练 习者的正前方，两手托握练习者的前脚掌， 帮助其转体成支撑
• 创伤与安全措施：练习者脱保后在后倾过 大转体时，容易出现后翻掉下，手腕与腰 骶挫伤。教会学生扣腕后倒和紧握器械的 自我保护方法练前检查垫子是否放好，加 强保护。
6.1后摆成腹回环
• 移 推 摆动作要连贯 ，一气呵成。
2.3常见的错误动作及纠正方法
• 重心移动不够或摆越时屈膝
• 保护者站在练习者的后腿外则 • 两手搂抱练习者后腿进行推移摆练习
2.4保护与帮助
• 保护与帮助的方法：保护与帮助者站在摆 动腿的异侧方，一手扶上臂，一手托腿配 合练习者移摆动作，并固定身体姿势。 • 创伤与安全措施：摆越时由于重心不稳易 出现前翻，如学生出现过度紧张可能出现 撒手落垫造成手腕扭伤，在保护与帮助的 时候要握住上臂，以防前翻。
• （三）后半周前脚不能及时前伸下压增加 重力矩可采取：帮助者站在杠后托练习者 背部，让他体会伸腿压杠动作。 • （四）练习者杠上不能控制回环速度， 回环超过一周可采取： • 在杠后一手托住练习者背部，一手扶其 后腿，让练习者体会翻腕上杠，抬头挺胸， 同时两腿制动的动作。
4.6保护与帮助
• 保护帮助者站在杠后练习者前腿的同侧， 一手杠下翻握其手腕，当上体回环过杠下 垂面后，另一手托其腰背部，或一手扶其 前腿或肩部，帮助成骑撑 • 前跨腿用力过大容易导致杠后脱手，导致 损伤。教育学生，劲过大，在做一次，并 加强保护。
4.3教法提示
• 1.在帮助下练习低杠骑撑前腿远跨。要求身 体重心尽量远离握点。 • 2.在帮助下练习骑撑前回环完整动作。要求 大胆前倒，保持紧腰姿势，分腿大。 • 3.教学中可采取在杠前设标志物，指示前腿 和上体尽量远跨和前倒。要求认真做好保 护与帮助

《单杠结构分析》教学设计方案（第一课时）一、教学目标1. 了解单杠的结构组成，掌握基本术语。

2. 学会观察单杠结构，识别主要部件。

3. 培养细致的观察力和分析能力。

二、教学重难点1. 教学重点：学会观察和识别单杠结构，理解各部件之间的关联。

2. 教学难点：通过观察和分析，培养学生的观察力和分析能力。

三、教学准备1. 准备教学视频，包含单杠结构分解和组装过程。

2. 准备教学图片，展示单杠各部件及其毗连方式。

3. 准备教学用具，如木制单杠模型、图纸等。

4. 设计教学计划，安排每一项活动的时间、地点和预期效果。

5. 在教室上，向学生们展示木制单杠模型，诠释各部件的功能和它们之间的毗连方式。

可以借助图纸和模型进行详细说明，确保学生理解单杠的结构和组装过程。

6. 引导学生们根据设计图纸，自行组装单杠。

在此过程中，给予必要的指导，确保组装过程的正确性。

7. 组装完成后，组织学生们进行试荡。

根据试荡过程中出现的问题，再次讲解各部件的功能和毗连方式，以解决潜在问题。

8. 设计一些与单杠相关的体能训练活动，如悬挂、引体向上、倒挂等，传授学生们如何正确应用单杠进行锻炼。

9. 课后，提醒学生们正确应用和维护单杠，确保其安全应用。

通过这样的教学计划，学生们将能够理解和掌握木制单杠的各部件及其毗连方式，从而能够正确应用和维护单杠进行锻炼。

四、教学过程：1. 引入教师展示单杠的图片和视频，向学生介绍单杠的用途和结构特点。

教师讲解本节课要学习的内容：单杠结构分析。

学生讨论单杠的结构特点，并尝试诠释为什么单杠需要这样的结构。

2. 讲解单杠结构原理教师详细介绍单杠的各个部分及其作用：支架、横梁、吊环、拉索等等。

教师讲解单杠结构的力学原理，包括平衡、稳定、支持等方面的知识。

3. 示范分解动作教师现场示范单杠结构的分解动作，包括如何安装、拆卸单杠，以及如何调整各个部件的松紧度等。

教师详细讲解每个动作的要点和注意事项。

4. 学生实践学生按照教师的示范和讲解，进行实际操作，练习分解动作。

作者： 刘延柱[1];忻鼎亮[2]
作者机构： [1]上海交通大学;[2]上海体育科学研究所
出版物刊名： 体育科学
页码： 57-60页
主题词： 振浪技术;体操运动员;力学特征;单杠;动作;振动特性;线性方程;优化问题;体操队;力学模型
摘要： 通过自用振原理对单杠振浪动作的分析,我们发现运动员的体型和初摆动作与其振浪动作完成的情况有关。

这些发现对体操训练是有益的。

以哈纳温的基本参数为基础,我们对一位身高1.73米、体重72.35公斤的典型的体操运动员进行了分析计算。

上身与下身重量之比、下肢长度和屈体的度数作为变参数代入方程。

计算结果表明,振浪动作的幅度与屈体的程度和运动员的体型有关。

一般来讲,控制屈体的参数的最适宜的取值为1.4,而且四肢长下肢重的运动员占优势。

影片分析表明,理论推导与实际情况是相符,分析所用的影片是上海体操队训练时拍摄的。