难点3力矩平衡条件及应用

1、难点 3 力矩平衡条件及应用力矩平衡以其广泛的实用性，再次被考纲列为考查的内容，且以此知 识点为素材的高考命题屡次再现于近几年高考上海卷及全国理综卷中.其难点分布于：（ 1）从实际背景中构建有固定转动轴的物理模型.（ 2）灵活恰当地选取固定转动轴 .（3）将转动模型从相关系统（连结体）中隔离分 析等.难点磁场1. （）如图3-1所示，一根长为L的轻杆0A,可绕水平轴0 在竖直平面内自由转动，左端A挂一质量为m的物体，从杆上一点B系一 不可伸长的细绳，将绳跨过光滑的钉子 C与弹簧K连接，弹簧右端固定，这时轻杆在水平位置保持平衡，弹簧处于伸长状态，已知OB=OC于BC,由此可知，弹簧的劲度系数等于

2、 .2. （） （ 1997年上海，6）如图3-2所示是一种手器，a是 一个转动着的轮子，b是摩擦制动片，c是杠杆，0是动轴.手在A点施加 一个作用力F时，b将压紧轮子，使轮子制子制动所需的力矩是一定的， 则下列说法正确的是A.轮a逆时针转动时，所需的力 F较小B.轮a顺时针转动时，所需的 力 F 较小C无论逆时针还是顺时针转动，所需的力F相同D无法比较F的大小L,弹簧伸3图 3-1长量恰等控制动其固定转动 .若使轮图 3-2案例探究 例1 ()如图3-3所示，长为L质量为m 的均匀木棒，上端用绞链固定在物体上，另一端放在动摩擦因数为口的小 车平台上，小车置于光滑平面上，棒与平台的夹角为0,当

3、：( 1 )小车静止时，求棒的下端受小车的支持力；( 2 )小车向左运动时，求棒的下端受小车的支持力；(3)小车向右运动时，求棒的下端受小车的支持力 . 命题意图：题目出示的物理情境，来考查考生受力分析 能力及力图 3-3 矩平衡条件的应用能力 .B 级要求 .错解分析：对“车的不同运动状态使棒所受摩擦力大小方向的变化” 理解分析不透，从而错列力矩平衡方程 .解题方法与技巧： (1 )取棒为研究对象 .选绞链处为固定转动轴，除转 动轴对棒的作用力外，棒的受力情况如图 3-4 所示，由力矩平衡条件知：FN1 Lcos 0 =mg1Lcos0 FN1=mg22图 34图 35( 2)小车向左运动，

4、棒另外受到一个水平向左的摩擦力F1 作用，受力如图 3-5 所示，则有 FN2Lcos0 =mgcos 0 + ii FN2Lsin 0 2所以 FN2=mg测 FN2> FN12(1?tan?)受力如图(3)小车向右运动时，棒受到向右的摩擦力 F2作用，3-6所示，有 图 36FN3Lcos0 +i FN3Lsin 0 =mg解得 FN3=Lcos0 2mg 所以 FN3v FN1 2(1?tan?)本题的关键点是取棒作为研究对象，由于车有不同的运动方向，故棒 所受摩擦力的方向也不同，从而导致弹力的不同 .例 2 ( )(2002 年上海卷)如图 3-7 所示，一自行车上连接脚踏板的连

5、杆长 R1，由脚踏板带动半径为r1的大齿盘，通过链条与 半径为r2的后轮齿盘连接，带动半径为 R2的后轮转动图 37(1)设自行车在水平路面上匀速行进时，受到的平均阻力为f，人蹬脚踏板的平均作用力为 F，链条中的张力为T，地面对后轮的静摩擦力为 fs.通过观察，写出传动系统中有几个转动轴，分别写出对应的力矩平衡表 达式；(2)设R1=20 cm, R2=33 cm,脚踏大齿盘与后轮齿盘的齿数分别为48和 24，计算人蹬脚踏板的平均作用力与平均阻力之比；( 3)自行车传动系统可简化为一个等效杠杆 .以 R1 为一力臂, 在框中 画出这一杠杆示意图,标出支点,力臂尺寸和作用力方向 .命题意图：以生

6、活中的自行车为背景,设立情景,考查运用力矩、力 矩平衡条件解决实际问题的能力, 尤其是构建物理模型的抽象、 概括能力 .B 级要求 .错解分析：(1)尽管自行车是一种常见的交通工具,但多数考生缺少 抽象概括的能力,无法构建传动系统简化的杠杆模型 .( 2)不能再现自行 车的工作过程,无法将 r1/r2 之比与两个齿盘的齿数之比加以联系,导致 中途解题受阻 .解题方法与技巧： (1)自行车传动系统中的转动轴个数为 2,设脚踏 齿轮、后轮齿轮半径分别为 r1、r2，链条中拉力为T.对脚踏齿盘中心的转动轴可列出： FR1=Tr1 对后轮的转动轴可列出： Tr2=fsR2( 2)由 FR1=Tr1,T

7、r2=fsR2及 fs=f (平均阻力) 可得 FR1r148? fsR2r224 Fr1R248?3333?=3.3 fr2R124?2010所 以( 3)如图 3-8 所示图 3-8锦囊妙计一、高考走势随着中学新课程方案推广与实施， “有固定转动轴物体的平衡”以其 在现实生活中应用的广泛性，再次被列为高考命题考查的重要内容之一 . 近几年高考上海卷及 2002 年全国综合卷的命题实践充分证明了这一点.可以预言：以本知识点为背景的高考命题仍将再现 .二、物体平衡条件实际上一个物体的平衡，应同时满足 F合=0和M合=0.共点力作用下 的物体如果满足 F 合=0，同时也就满足了 M 合=0，达到

8、了平衡状态； 而转动的物体只满足 M 合=0就不一定能达到平衡状态，还应同时满足 F 合=0方可.三、有固定转动轴物体平衡问题解题步骤1. 明确研究对象，即明确绕固定转动轴转动的是哪一个物体.2. 分析研究对象所受力的大小和方向，并画出力的示意图.3. 依题意选取转动轴，并找出各个力对转动轴的力臂，力矩的大小和 方向.4. 根据平衡条件（使物体顺时针方向转动的力矩之和等于使物体逆时 针方向转动的力矩之和）列方程，并求解 .歼灭难点训练1. （） （ 1992年全国，25）如图3-9所示，AO是质量为m的 均匀细杆，可绕 O 轴在竖直平面内自由转动 .细杆上的 P 点与放在水平桌面 上的圆柱体接

9、触，圆柱体靠在竖直的挡板上而保持平衡.已知杆的倾角为9, AP长度是杆长的3-9 挡板对圆柱体的作用力等于 .2. () 一根木料长 5.65 m,把它左端支在地上，竖直向上抬起它的右端时，用力480 N,用相似的方法抬起它的左端时，用力650 N,该木料重 N.3. ()如图3-10所示，两个等重等长质料均匀直棒 AC和BC,其各自一端分别通过转轴与墙壁绞结，其另一端相连于C点，AC棒与竖直墙夹角为45 °，BC棒水平放置，当两棒均处于平衡状态时，则BC棒对AC棒作用力方向可能处于哪一区域A.甲区域B.乙区域C.丙区域D.丁区域 图3-10 4. ()如图 3-11所示，长为I的均

10、匀横杆BC重B端用铰链与竖直的板 MN连接，在离 B点为100 N，50 N的重平面内沿重 200 N，的夹角为为600 N1，各处的摩擦4都不计，则4I处悬吊一重为5物测出细绳AC上的拉力为150 N，现将板MN在厶ABC所在顺时针方向倾斜 30°，这 时AC绳对MN板的拉力是多少？5. ()如图3-12所示，均匀木板AB长12 m，在距A端3 m处有一固定转动轴 0，B端被绳拴住，绳 与AB300,板AB水平.已知绳能承受的最大拉力为 200 N，那么重 的人在该板上安全行走，离 A 端的距离应在什么范围？图 3-11图 3-126. ()如图3-13所示，梯与墙之间的摩擦因数为卩1,梯 与地之间的摩擦因数为卩2,梯子重心在中央，梯长为L.当梯子靠在墙上而 不倾倒时，梯与地面的最小夹角。由下式决定：tan 9 =1?1?2,试证之. 2?2图 13 3参考答案：难点磁场1 .9mg/4L2.A歼灭难点训练 1.1mgsin292.11303.D4.130 N 3G人5.作出AB板的受力图3 -1人在0轴左端x处，绳子拉直拉力为零.由力矩平衡可得：x-G X CO=0x= X G?C0200?3=1 即离 A 端 2 m