实验三研究有固定转动轴物体的平衡

1、研究有固定转动轴物体的平衡实验目的:通过实验研究有固定转动轴的物体在外力作用下平衡的条件,进一步明确力矩的概念。实验器材:力矩盘(带有金属轴的圆木板 ,三角板(一边带有刻度 ,弹簧秤,几个等质量的钩码,带有铁 夹的铁架台,带有几个套环的横杆,大头针,两端有套环的丝线四条。准备作业:1.本实验的研究对象是2. 实验中力矩盘的固定转动轴应 地固定在铁架台上, 这样才能使力矩盘的平面调节在 平面内。 这是因为实验中主要是利用钩码对细线产生竖直向下的拉力使力矩盘转动, 所以细线应与力矩盘保持 。3.观察右图,如果被弹簧秤拉紧的细线方向通过转动轴 O ,那么弹簧秤的拉力对力矩盘产生的力矩等于 ,该力对力

2、矩盘转动将不起作用,所以在实验中被弹簧秤拉紧的细线方向不能通过转动轴 O 。4.实验中要确定各个力的作用线时,只能用铅笔沿着丝线在纸上轻轻地点上两个点于(想一想, 能不能用手去拿住力矩盘 , 待实验完毕后, 用尺连接两个点, 作出力的作用线并量出相应的力臂。实验步骤1.将力矩盘和一横杆安装在支架上,使盘可绕水平轴自由灵活地转动,调节盘面使其在竖直平面 内。在盘面上贴一张白纸。2. 取四枚图钉, 将四根细线固定在盘面上, 固定的位置可任意选定, 但相互间距离不可取得太小。3. 在三根细绳的末端挂上不同质量的钩码, 第四根细绳挂上测力计, 测力计的另一端挂在横杆上, 使它对盘的拉力斜向上方。待力矩

3、盘静止后,在白纸上标出各悬线的悬点和悬线的方向,即作用 在力矩盘上各力的作用点和方向。标出力矩盘轴心的位置。4.取下白纸,量出各力的力臂 L 的长度,将各力的大小 F 与对应的力臂值记在下面表格内(填写 时应注明力矩 M 的正、负号,顺时针方向的力矩为负,反时针方向的力矩为正 。 数据处理 结论通过实验得出,有固定转动轴物体的平衡条件是:。讨论题1.如将力矩盘(上图上左侧的一个钩码撤去,力矩盘将向2.这个实验中作用在力矩盘上的力有四个,其中有一个是弹簧秤的弹力,而不全是钩码对丝线产 生的拉力,这是因为弹簧秤拉力的大小不受 的限制,这样做可以使实验灵活方 便。注意事项1.实验前要检查力矩盘是否在

4、任何位置都能平衡,如果达不到这个要求表明盘的重心偏离转轴, 必须另加配重,校正后方能使用。2.由于弹簧秤的测量精度要比钩码的精度低得多,因此在实验中应该使弹簧秤的读数尽量大一些 (也就是拉力要大一些,但不能超过弹簧秤的限度 。3.转盘平衡时,要使各力的力臂都不能太小,否则将增大测量力臂的相对误差。4.实验时,应该用手扶持弹簧秤,以减小因自重下垂而带来的误差。相关习题1.用力矩盘研究有固定转动轴物体的平衡条件时,下述正确的是(A 铁架上的横杆一定保持水平,且尽量高些(B 力矩盘的半径应尽量大些(C 力矩盘的自重大些实验可更精确(D 弹簧秤使用前先要调零2.如图所示,用力矩盘验证有固定转动轴物体的

5、平衡条件,盘面上各同心圆间距相等, 每个钩码重均为 G =0.5N 。 在力矩盘上以盘中心为圆心的同心圆之间的间距都相等,均等于最内一个圆周的半径。(1求弹簧秤的读数;(2如果同时取走两个单个的钩码,此力矩盘还能平衡吗?3.(2007宝山用右图所示装置做“研究有固定转动轴物体平衡条件”的实验,力矩盘上各同心 圆的间距相等。(1在用细线悬挂钩码前,以下措施中必要的是(A 判断力矩盘是否处在竖直平面(B 判断横杆 MN 是否严格保持水平(C 判断力矩盘与转轴间的摩擦是否足够小(D 判断力矩盘的重心是否位于盘中心(2在 A 、 B 二点分别用细线悬挂钩码, M 、 C 两点用弹簧秤连接后,力矩盘平衡

6、(如图所示 ,已知每个钩码所受的重力为 0.49N ,则由力矩平衡条件可推算出弹簧秤的示数为 N (已知弹簧秤的最小刻度是 0.1N 。4.(2007闵行 在一个力矩盘中的 A 点悬挂一组砝码。 不慎将悬挂线钩挂在 P 点的大头针上,另一组砝码跨过定滑轮悬挂在 B 点,如图所示。此时力矩盘平衡,若每个砝码重为 1N ,且 O 点到 B 点悬线的距离为 2cm ; AP线与竖直方向夹角为 37,且 O 点和 P 点处在同一水平线上。则 O 点到 P点竖直悬线的距离为 cm , 此时力矩盘受到的顺时针转动力矩之和为 N m 。演示力矩盘平衡在实验图如右。图中 O 是固定转动轴, A 、 B 是两个

7、光 滑的定滑轮,两组砝码跨过定滑轮悬挂。有一组砝码原悬挂在 C 点,实 验中不慎将其悬线跨过 P 点处的大头针,成图中所示的情况。力矩盘处 于平衡状态。盘上每个圆环间距都是 2.0厘米,每个砝码重 0.10牛。则 从图中可得出顺时针方向的力矩之和是 牛米。实验时,由于 力矩盘偏心未经调整,实际测出的弹簧秤读数偏大。则力矩盘的重心在 轴的 。 (填“左方”或“右方” 5.(1986上海某学生在做“有固定转动轴物体的平衡条件”实验时,他把力矩盘调节到平衡, 如图所示, 盘上各圆的半径分别是 0.1m 、 0.2m 、 0.3m 、 0.4m 、 0.5m ,每个钩码的质量均为 100g 。 若规定

8、逆时针力矩为正,顺 时 针 力 矩 为 负 , 则 F 1的 力 矩 是 N m , F 2的 力 矩 是N m 。根据平衡条件,测力计与圆盘连线上的拉力 T 应该是 N ,但该学生发现测力计的示数与该值有偏差,除摩擦等原因外,从所示的图中可看出引起误差的原因是: 。6.(2004杨浦用力矩盘做验证有固定转动轴物体的平衡条件实验时,对力矩盘重心位置的制作 要求是: ;实验中判定重心位置是否合乎要求的检验方法是 。 实验时,力矩盘的平面应在 ,弹簧测力计的轴线应与所拉的细线在 _。 实验中加入一个测力计的好处是 。7.(2003上海 如图所示, 在 “有固定转动轴物体的平衡条件”实验中,调节力矩盘使其平衡,弹簧秤的读数为 N ,此 时力矩盘除受到钩码作用力 F 1、 F 2、 F 3和弹簧秤拉力 F 4外,主要还受到 力和 力的作用; 如果每个钩码的质量均为 0.1kg ,盘上各圆的半径分别是 0.05m 、 0.10m 、 0.15m