高二物理-力矩和力矩平衡

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上高二物理 力矩和力矩平衡一 學(xué)習目的：.1了解轉(zhuǎn)動平衡的概念，理解力臂和力矩的概念。2理解有固定轉(zhuǎn)動軸物體平衡的條件3會用力矩平衡條件分析問題和解決問題二 學(xué)習要點1 轉(zhuǎn)動平衡：有轉(zhuǎn)動軸的物體在力的作用下，處于靜止或勻速轉(zhuǎn)動狀態(tài)。明確轉(zhuǎn)軸很重要：大多數(shù)情況下物體的轉(zhuǎn)軸是容易明確的，但在有的情況下則需要自己來確定轉(zhuǎn)軸的位置。如：一根長木棒置于水平地面上，它的兩個端點為AB，現(xiàn)給B端加一個豎直向上的外力使桿剛好離開地面，求力F的大小。在這一問題中，過A點垂直于桿的水平直線是桿的轉(zhuǎn)軸。象這樣，在解決問題之前，首先要通過分析來確定轉(zhuǎn)軸的問題很多，只有明確轉(zhuǎn)軸，才能計算力矩，進

2、而利用力矩平衡條件。2 力矩：力臂：轉(zhuǎn)動軸到力的作用線的垂直距離。力矩：力和力臂的乘積。 計算公式：MFL單位：Nm效果：可以使物體轉(zhuǎn)動（1）力對物體的轉(zhuǎn)動效果FLFL力使物體轉(zhuǎn)動的效果不僅跟力的大小有關(guān)，還跟力臂有關(guān)，即力對物體的轉(zhuǎn)動效果決定于力矩。當臂等于零時，不論作用力多么大，對物體都不會產(chǎn)生轉(zhuǎn)動作用。當作用力與轉(zhuǎn)動軸平行時，不會對物體產(chǎn)生轉(zhuǎn)動作用，計算力矩，關(guān)鍵是找力臂。需注意力臂是轉(zhuǎn)動軸到力的作用線的距離，而不是轉(zhuǎn)動軸到力的作用點的距離。（2）大小一定的力有最大力矩的條件：力作用在離轉(zhuǎn)動軸最遠的點上；力的方向垂直于力作用點與轉(zhuǎn)軸的連線。（3）力矩的計算：先求出力的力臂，再由定義求力矩

3、MFL如圖中，力F的力臂為LF=Lsin 力矩MFL sinFLF2F1先把力沿平行于桿和垂直于桿的兩個方向分解，平行于桿的分力對桿無轉(zhuǎn)動效果，力矩為零；平行于桿的分力的力矩為該分力的大小與桿長的乘積。如圖中，力F的力矩就等于其分力F1產(chǎn)生的力矩，MF sinL兩種方法不同，但求出的結(jié)果是一樣的，對具體的問題選擇恰當?shù)姆椒〞喕忸}過程。3 力矩平衡條件：力矩的代數(shù)和為零或所有使物體向順時針方向轉(zhuǎn)動的力矩之和等于所有使物體向逆時針方向轉(zhuǎn)動的力矩之和。M=0或M順M逆4 解決實際問題的步驟；（a）確定研究對象哪個物體；（b）分析狀態(tài)及受力畫示意圖；（c）列出力矩平衡方程：M=0或M順M逆；（d）

4、解出字母表達式，代入數(shù)據(jù)；（e）作必要的討論，寫出明確的答案。5 正確理解力矩的概念力矩是改變轉(zhuǎn)動物體的運動狀態(tài)的物理量，門、窗等轉(zhuǎn)動物體從靜止狀態(tài)變?yōu)檗D(zhuǎn)動狀態(tài)或從轉(zhuǎn)動狀態(tài)變?yōu)殪o止狀態(tài)時，必須受到力的作用。但是，我們?nèi)魧⒘ψ饔迷陂T、窗的轉(zhuǎn)軸上，則無論施加多大的力都不會改變其運動狀態(tài)，可見轉(zhuǎn)動物體的運動狀態(tài)和變化不僅與力的大小有關(guān)，還受力的方向、力的作用點的影響。力的作用點離轉(zhuǎn)軸越遠，力的方向與轉(zhuǎn)軸所在平面越趨于垂直，力使轉(zhuǎn)動物體運動狀態(tài)變化得就越明顯。物理學(xué)中力的作用點和力的作用方向?qū)D(zhuǎn)動物體運動狀態(tài)變化的影響，用力矩這個物理量綜合表示，因此，力矩被定義為力與力臂的乘積。力矩概括了影響轉(zhuǎn)動物體

5、運動狀態(tài)變化的所有規(guī)律，力矩是改變轉(zhuǎn)動物體運動狀態(tài)的物理量。力矩是矢量，在中學(xué)物理中，作用在物體上的力都在同一平面內(nèi)，各力對轉(zhuǎn)軸的力矩只能使物體順時針轉(zhuǎn)動或逆時針轉(zhuǎn)動，這樣，求幾個力矩的合力就簡化為代數(shù)運算。三 練習1. 本課預(yù)習題：(1) _叫力矩，而力臂是指_到_的距離。(2) 力能使物體發(fā)生轉(zhuǎn)動，為了用力最小，必須使轉(zhuǎn)動軸到力的作用線距離_A B O C D F1F2F3F5F4(3) 如圖所示，O為轉(zhuǎn)軸，各力F1=3N，F(xiàn)2=1N，F(xiàn)3=2.5N，F(xiàn)4=3N，F(xiàn)5=4N，AB=BO=OC=CD=2m，60 =30 =45,試求各力的力矩：M1_NmM2_NmM3_NmM4_NmM5_N

6、mAOB(4) 如圖所示，要使圓柱體繞A點滾上臺階，試通過作圖來判斷在圓柱體上的最高點所施加的最小力的方向_FOAF1(5) 勻質(zhì)桿AO可繞O軸轉(zhuǎn)動，今用水平力使它緩緩抬起的過程中，如圖所示，重力對O軸的力臂變化是_，重力對O軸的力矩變化情況是_，中果已知抬起過程中水平拉力力矩的大小應(yīng)等于重力的力矩，則水平拉力F的變化情況是_。預(yù)習題參考答案：（1）力和力臂的乘積，轉(zhuǎn)軸、力的作用線；（2）最大；（3），1,0，8；（4）過B點垂直于AB連線向上；（5）增大，增大，增大2. 基礎(chǔ)題(1) 下列關(guān)于力矩的敘述中正確的是（）A使物體保持靜止狀態(tài)的原因B是物體轉(zhuǎn)動的原因C是物體轉(zhuǎn)動狀態(tài)改變的原因D桿狀

7、物體的平衡只能是在力矩作用下的力矩平衡(2) 如圖所示，ON桿可以在豎直平面內(nèi)繞O點自由轉(zhuǎn)動，若在N端分別沿圖示方向施力F1、F2、F3，桿均能靜止在圖示位置上則三力的大小關(guān)系是（）AF1=F2=F3BF1F2F3CF2F1F3DF1F3F2(3) 一段粗細不均勻的木棍如圖2所示，支在某點恰好平衡，若在該處將木棍截成兩段，則所分成兩段的重必定是（）A相等B細段輕、粗段重C細段重，粗段輕D不能確定參考答案：（1） C桿狀物體在一對作用線過轉(zhuǎn)軸的平衡力作用下也可平衡（2） D（3） B因為粗段的力臂小3. 應(yīng)用題(1) 如圖，把物體A放在水平板OB的正中央，用一不變的力F將板的B端勻速地慢慢抬高（

8、O端不動），設(shè)A相對平板靜止，則A對板的壓力將_，A與B之間的摩擦力將_，F(xiàn)對O點的力矩將_(2) 一根均勻的木棒長1m，在棒的左端掛一個質(zhì)量為6kg的物體， 然后在距棒左端0.2m處將棒支起，棒恰平衡，則棒的質(zhì)量是_(3) 一塊均勻木板MN長L15m，重G1400N，擱在相距D8m的兩個支架A、B上，MANA，重G2600N的人從A點向B點走去，如圖所示。求：人走過B點多遠木板會翹起來？為使人走到N點時木板不翹起來，支架B應(yīng)放在離N多遠處？應(yīng)用題參考答案：（1）減小，增大，減小 （2）4kg （3）2.67m 、3m 分析和解：當木板剛翹起來時，板的重力對B點產(chǎn)生的力矩和人的重力對B點產(chǎn)生的

9、力矩使板平衡，設(shè)人走過B端L時木板會翹起來，則有可解得LB2.67m,同理，可設(shè)當人走到N端木板剛要翹起來時，B支架和N端的距離為LBN則有可得LBN3m4. 提高題(1) 如圖，均勻桿OA質(zhì)量為m，O端用鉸鏈懸起，A端放在木板B上，桿與板間的動摩擦因數(shù)為，木板在拉力F的作用下向右作勻速運動，桿與豎直方向夾角為30，則桿對木板的壓力N=_(2) 如圖所示，厚薄均勻的BC板長L為0.5m,板的一端B與墻用鉸鏈連接，在C端用一水平的細繩連接，繩的另一端固定在墻上的A點，已知AB和BC的夾角為60，在板上放一重球，球重G120N，半徑為5cm，板重G28N，求水平繩的拉力F（不計摩擦）(3) 如圖所

10、示，直桿PQ重mg，其Q端固定在光滑的鉸鏈上，P端拴著兩根細繩，分別與物塊A、B相連，為了不使物塊A在水平地面上產(chǎn)生滑動。試求物塊B所受到的最大重力。已知物塊A重mg，與地面間靜摩擦因數(shù)為0，角=30。提高題參考答案：（1） （2）14.8N（3）分析與解：分析：選取物塊A為研究對象。孤立物塊A進行受力情況分析。作出受力圖，如圖所示，選取直角坐標軸，因為物塊A處于平衡狀態(tài)，據(jù)平衡條件Fx=0,Fy=0，列方程即可解得。解：建立方程有Tcos-fm=0,N+Tsin-mg=0。其中， fm=0N。解得設(shè)物塊B所受到的重力為G2，選桿PQ為研究對象。設(shè)桿長為L，選取Q點為轉(zhuǎn)動軸，如圖3所示。據(jù)有固

11、定轉(zhuǎn)動軸物體的平衡條件得但，=2。解得：所以，物塊B所受到的最大重力為四 課后演武場(1) 關(guān)于力矩的下列敘述中正確的是（）A、對于同一轉(zhuǎn)軸，兩個大小相等，方向不同的力，產(chǎn)生的力矩不可能是相同的。B、對于同一轉(zhuǎn)軸，兩個大小相等，方向不同的力，產(chǎn)生的力矩一定是相同的。C、對同一轉(zhuǎn)軸，兩個大小相等，方向不同但作用于同一點的力，產(chǎn)生的力矩不可能是相等的。D、兩個不相等的力，對同一轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生的力矩可能是相等的。(2) 如圖所示，ABC為質(zhì)量均勻的等邊直角尺，重為2G，C端用鉸鏈與墻相接，不計摩擦，當BC部分處于水平靜止狀態(tài)時加在A端的最小作用力是_，方向是_.(3) 如圖所示，質(zhì)量分布均勻的直棒OA可繞

12、軸O轉(zhuǎn)動，垂直于桿的力F作用在A端，使棒偏離豎直方向，當角緩緩增大時，下列說法中正確的是：A、重力的力臂增大B、重力的力臂減小C、重力的力矩不變D、拉力的力矩增大(4) 如圖所示，在光滑水平地面上有一木板，一木棒可沿水平軸O轉(zhuǎn)動，其下端B擱在木板上，而整個系統(tǒng)處于靜止狀態(tài)，現(xiàn)在用水平力F推木板，但木板仍未動，由此可以得出結(jié)論：施力F后，木棒和木板之間的正壓力（）A、變大 B、變小C、不變 D、條件不足，不能判斷如何變化(5) 如圖所示，AB為兩個邊長相等的正方形，B所受到的重力是A所受重力的2倍，將A、B粘全在一起，在頂端加一個水平力F1，剛能使A、B傾倒；如果把A、B顛倒過來放置，在頂端加一

13、個水平力F2，也剛能使B、A傾倒，則：AF2F1B、F2F1C、F2F1D、不能確定(6) 如圖所示，均勻木棒AB的一端N支在水平地面上，將另一端用水平拉力F拉住，使木棒處于平衡狀態(tài)，則地面對木棒AB的作用力的方向為A、總是豎直向上的，如F1B、總是偏向木棒的右側(cè)，如F2C、總是沿著木棒的方向，如F3D、總是偏向木棒的左側(cè)，如F4。、(7) 如圖所示，一根長為L，密度為的均勻棒AB，一端用鉸鏈連接于支架上，當棒長的浸入某種液體中時，棒恰好平衡，由此可知這種液體的密度是（）(8) 用秤稱物如圖，物重4kg，平衡時OAOB=14設(shè)秤桿、秤盤等重量不計，手的拉力必須是_kg(9) 如圖一個質(zhì)量為M、

14、傾角為的楔狀斜面體A，放在粗糙的水平面上，斜面上有一個質(zhì)量為m的物體B，A、B間的動摩擦因數(shù)為，B沿斜面下滑時，A保持靜止不動，求地面對A的摩擦力多大？(10) 如圖一均勻木板長12m，重200N，距A端3m處有一固定轉(zhuǎn)軸O，另一端B用細繩懸吊著，使木板成水平狀態(tài)若細繩能承受的最大拉力為200N，細繩與木板的夾角為30，欲使一個體重為600N的人在板上能安全行走，此人在板上行走的范圍是多大？(11) 有一質(zhì)量為m=50kg的桿，豎立在水平地面上，桿與地面間的最大靜摩擦因數(shù)為=0.3，桿的上端被固定在地面上的繩索拉住，繩與桿的夾角=30。若以水平力F作用于桿上，作用點到地面的距離h為桿長L的，要

15、使桿不滑到，則力F最大不能超過多少？若將作用點移到處，情況又如何？課外演武場參考答案：（1） D（2） 垂直于AC連線向上（3） AD（4） A（5） C （6） B（7） B（8） B（9） （10） 從轉(zhuǎn)軸左側(cè)1m到轉(zhuǎn)軸右側(cè)0.5m之間（11） 385N，對于任何大小的F的值，桿都不發(fā)生滑動。分析與提示：(1)力矩是由力的大小和力臂的乘積決定的，而不僅僅由兩個力的大小決定。(2)可把整個角尺看成兩個部分即BC和AB組成，(4)在施加力F后，木板對木桿多了一個摩擦力，這個力也對轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生了一個力矩，摩擦力和重力矩之和等于支持力的力矩，故支持力N增大。(5)前后兩次F的力臂是相同的，兩個正方形所組成的矩形的重心升高是相同的，故F也相同。