《力矩__有固定转动轴物体的平衡(含答案)用》由会员分享，可在线阅读，更多相关《力矩__有固定转动轴物体的平衡(含答案)用（8页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、民本中学高二物理选修 1力矩 有固定转动轴物体的平衡 导学案【学习目标】1理解力臂、力矩的概念；2能正确找出给定力的力臂，并运用公式 MFL 解决实际的力矩问题；3知道当力的作用线垂直于“力的作用点与转轴连线”时，其力臂最大；4掌握有固定转动轴的物体的平衡条件，会应用力矩平衡条件处理有关问题。【课堂讲练】思考：生活中，我们常见到使物体发生转动的例子，比如用手推开门、用扳手拧螺帽、用铁棒撬开路面上的障碍物等等，那么在这些转动中，你认为有哪些因素决定了物体的转动效果呢？学生活动： 用手推开门时，分别改变力的大小、方向、作用点，比较转动效果。小结：物体的转动效果1、力臂（L）：（1）定义：从 到力的
2、 的垂直距离。（2）单位： 。（3）大小特点： 当力沿何方向时，其力臂达最大？当力 于“ 与 的连线”时，其力臂最大。 当力沿何方向时，其力臂为零？当力的作用线通过 时，其力臂为零。例 1 下面各图均以 O 为转轴，正确画出各力力臂：2、力矩（M）：（1）定义: 力与力臂的乘积叫做力矩。（2）定义式： M = FL （M力矩，F作用力 ；L力臂。 ）（3）单位：_ 。（4）作用效果：使物体发生 。 力矩越 ，物体的转动效果越明显；当力矩为 时，物体不会发生转动。（5）力矩的方向性： 根据使物体转动的方向不同，力矩可分为顺转力矩和逆转力矩两种。使物体顺转的力矩，称为顺时针力矩；使物体逆转的力矩，
3、称为逆时针力矩。例 2 下图显示了用板手拧螺帽的几种情况。在这些情景中，力的大小相同，均为 30N，力的方 向分别民本中学高二物理选修 2与扳手柄垂直(a、b)或成一夹角 600(c)。力的作用点与螺帽中心的距离 OA 分别为 12cm(a、c)和20cm(b)。求这些情况下 F 的力矩各是多少？3、有固定转动轴物体的平衡：（1）有固定转轴物体的平衡状态： 匀速转动或静止不转。（2）演示实验研究： 实验装置：如右图所示，力矩盘是均匀的，其重心在圆盘的中心，圆盘可以在竖直面内绕过中心的水平轴几乎无摩擦地转动。 力矩平衡条件的实验研究： 思考： （a）可采取什么办法对力矩盘施加作用力？ （b）为便
4、于研究力矩盘的平衡状态，应使力矩盘匀速转动还是静止不转？（c）为使力矩盘保持平衡状态，应如何考虑对其施加的几个作用力的力矩方向效果？ 实验操作： 如右图所示，将钉子固定在力矩盘的几个任意位置上，其中两边钉子上用细线悬挂不同个数的钩码，最后一个钉子上与测力计的钩子相连，测力计另一端则挂在水平杠杆的套环上。 实验数据记录：顺时针力矩 逆时针力矩1 2 3 4F（牛）L（米）M(牛米)M 合（3）实验结论：有固定转动轴物体的平衡条件是：顺时针力矩之和 逆时针力矩之和。即：合力矩为 。表达式：_。例 3 如图所示，一根质量为 M 的均匀铁棒，长为 L，它与竖直方向的夹角为 ，它可以绕 O 轴自由转动，
5、现用水平力 F 作用于棒的下端，使棒静止在如图所示的位置。求棒受到的拉力 F 大小及其力矩大小？民本中学高二物理选修 3变式 1：若杆末端分别受 F1、F 2、F 3、F 4 四个力作用， （图中虚线与杆平行）且这四个力对 O 点的力矩 M1、M 2、M 3、M 4 的大小顺序为：。 变式 2：若使棒在水平力作用下缓慢移到竖直位置，则在移动过程中，水平拉力的力矩 ，拉力的大小 （填“变大” 、“变小”或“不变” ）（4）应用力矩平衡条件解题的一般步骤：（1）确定研究对象（有固定转动轴物体） ；（2）分析研究对象的受力情况，找出每一个力的力臂，分析每一个力矩的转动方向；（3）根据力矩平衡条件建立
6、方程（ M 合 0 或 M 顺 M 逆 ） ；（4）求解方程，并对结果进行必要的讨论。（三）力矩平衡条件的简单应用：1求极值问题：例 3：如图为一质量为 M 直角匀质曲杆 ABO， 能绕 O 点作自由转 动，为使 BO 处于水平状态， 则需要在 A 端施加一个力，为使力最小， 则此外力的方向应是图中 。大小为 。 （设 AB=OB）2轻杆、重杆问题：例 4：如图，BO 是一根质量均匀的横梁，重量 G1=80N，BO 的一端安在 B 点，可绕通过 B 点且垂直于纸面的轴转动，另一端用细绳 AO 拉着。横梁保持水平， 与细绳间的夹角 =30 0，在横梁 O 点挂一重物，重量 G2=240N，求 细
7、绳对横梁的拉力 F。变式 1：若杆 BO 为轻杆，求绳的拉力及杆上弹力变式 2：若杆为轻杆，且在杆的 O 端装一滑轮，绳绕过滑轮，如图所示，杆与竖直方向的夹角为 =30 0。求：绳的拉力及杆上弹力。变式 3：若在变式 2 中把轻杆换为重杆，画出杆对绳的力的方向大概方向。3.摩擦力的力矩民本中学高二物理选修 4例 5、 质 量 为 m 的 匀 质 木 棒 ， 上 端 可 绕 固 定 水 平 滑 轴 O 转 动 ， 下 端搁 在 木 板 上 ， 木 板 置 于 光 滑 的 水 平 地 面 上 ， 棒 与 竖 直 方 向 成 450角 ，如 图 所 示 。 已 知 棒 与 木 板 间 的 动 摩 擦
8、 因 数 为 1/2， 为 使 木 板 向 右 做 匀速 运 动 ， 水 平 拉 力 F 应 等 于 ( )Amg/2 Bmg/3 Cmg/4 Dmg/64.重力的力矩一把木柄的锤子，用细绳悬挂起来使其平衡，如图所示.若把木柄在悬挂处 O点锯断，比较木柄与锤头部分所受的重力的大小为( )A一样重 B锤头部分重C木柄部分重 D无法判断民本中学高二物理选修 5民本中学高二物理选修 6【巩固练习】1.如图所示，轻杆 BC 的 C 端铰接于墙，B 点用绳子拉紧，在 BC 中点O 挂重物 G。当以 C 为转轴时，绳子拉力的力臂是： ( )(A) OB (B) BC (C) AC (D) CE2.关于力矩
9、，下列说法中正确的是： ( )(A) 力对物体的转动作用决定于力矩的大小和方向；(B) 力矩等于零时，力对物体不产生转动作用；(C) 力矩等于零时，力对物体也可以产生转动作用；(D) 力矩的单位是“牛米” ，也可以写成“焦” 。3.有大小为 F1=4N 和 F2=3N 的两个力，其作用点距轴 O 的距离分别为 L1=30cm 和 L2=40cm，则这两个力对转轴 O 的力矩 M1和 M2的大小关系为： ( )(A) 因为 F1F2，所以 M1M2； (B) 因为 F1F2，所以 M1M2 ；(C) 因为 F1L1=F2L2，所以 M1=M2 ； (D) 无法判断 M1和 M2的大小 。4.火车
10、车轮的边缘和制动片之间的摩擦力是 5000N，如果车轮的半径是 0.45m，则摩擦力的力矩为_ Nm 。5.如图所示是一根弯成直角的杆，它可绕 O 点转动，杆的 OA 段长30cm，AB 段长 40cm。现用 F=10N 的力作用在杆上，要使力 F 对轴 O 逆时针方向的力矩最大，F 应怎样作用在杆上? 画出示意图，并求出力 F 的最大力矩。6.如图 1 所示，ON 杆可以在竖直平面内绕 O 点自由转动，若在 N端分别沿图示方向施加力 F1、F 2、F 3，杆均能静止在图示位置上。则三力的大小关系是： ( )(A) F1=F2=F3 ； (B) F 1F 2F 3 ；(C) F2F 1F 3
11、； (D) F 1F 3F 2 。7、如图所示，一根均匀直杆 OA 可绕轴 O 转动。为了测量杆的质量，用一个 F12N 的水平力作用于杆的 A 端处，此时发现该直杆静止在与竖直方向成 300角的位置。问：杆的重力是多大？8.如图所示，一块质量 M6kg 的招牌，悬挂在一质量 m=1kg 的均质横杆 OA 上，横杆可绕通过 O 点且垂直于纸面的固定轴自由转动，它的另一端用细钢丝 BA 拉住，使它保持在水平位置，细钢丝与横杆的夹角 30 0。求钢丝对横杆的拉力 F？民本中学高二物理选修 79.如图所示，一根质量为 M 的均匀铁棒，它可以绕 O 点自由转动，现用力 F 沿水平方向将 OA棒缓慢地从
12、位置 a 拉到图示 b 位置的过程中，以下说法正确的是：（ ）A、重力不变，重力力臂不变，重力力矩变小；B、重力不变，重力力臂变长，重力力矩变大；C、F 不变，F 的力臂变长，F 的力矩变大；D、F 变大，F 的力臂变短，F 的力矩变大。10.如图所示，要使重球翻上台阶，作用力应该作用在球面上的什么地方、沿什么方向才最省力？请在图上画出。(铅笔作图)11.一根木料长 3m，提起它的右端要用 600N 的力；提起它的左端要用 800N 的力。问：这根要料有多重？这根木料重心在何处？12.一个简单的起重机结构示意图如图所示。设均匀杆 OB 长为L，重为 G1，B 端所挂物件的重力为 G2。杆可绕过
13、 O 点且垂直于纸面的轴自由转动。杆的 B 端用轻质钢绳紧拉，系于地面上的 A 点。杆与地面成 600角，钢绳与地面成 300角。此时钢绳 AB 的拉力对 O点的力臂为_；悬挂物体轻质钢绳的拉力对 O 点的力矩为_，钢绳 AB 的拉力为_。13.单臂斜拉桥如图所示，均匀桥板重为 G。可绕通过 O 点的且垂直于纸面的轴转动。三根平行钢索与桥面成 = 30角，间距 AB=BC=CD=DO，如果每根钢索所受的拉力大小相等，求拉力的大小？14.道路上有时使用的交通指示牌及其支架如图所示，若指示牌的质量为 5Kg,它悬挂在长度为 3m 的水平杆 AB 的一端。杆 CD 的长度为 2m，=30，这些杆的质量都不计。求 CD 杆中的拉力大小？15如图所示，均匀木板 AB 长 12m，重 200N。在距 A 端 3m 处有一固定转动轴 O。B 端用绳拴住，绳与 AB 的夹角为 300，板 AB 呈水平位置。已知绳能随的最大拉力为 200N。试确定 600N 的人在该板上行走的安全范围。民本中学高二物理选修 8参考答案【课堂讲练】例 1 图略； 例 2 Ma = 3.6 Nm ；
