物理力矩平衡条件及应用

1、世纪金榜圆您梦想力矩平衡条件及应用力矩平衡其难点分布于：（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）中难点磁场分析等.1.（）如图 3-1 所示，一根长为 L 的轻杆 OA，可绕水平轴 O 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2衡，弹簧处于伸长状态，已知 OB=OC=L，弹簧伸长量恰等于 BC，由此可知，弹3簧的劲度系数等于.2.（）（1997 年上海，6）如图 3-2 所示是一种手图 3-

2、1动器，a是一个转动着的，b 是摩擦制动片，c 是杠杆，O 是其固定转动轴.手在 A点施加一个作用力 F 时，b 将压紧矩是一定的，则下列说法正确的是，使制动.若使制动所需的力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的小车平台上，小车置于光滑平面上，棒与平台的夹角为，当：（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

3、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矩平衡条件的应用能力.B 级要求.图 3-2图 3-3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：L1FN1Lcos=mgcosFN1=mg22图 34图 35（2）小车向左运动，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 FN Lcos2=mg L cos+ F

4、LsinN22第1页（共5页）物理投稿咨询山东世纪金榜书业世纪金榜圆您梦想mg所以 FN = 2(1- m tanq ) ,则 FN FN221（3）小车向右运动时，棒受到向右的摩擦力 F2 作用，受力如图 3-6所示，有LFN Lcos+ FN Lsin=mg 2 cos33mg解得 FN = 2(1 + m tan q )3所以 FN FN31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

5、 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 和作用力方向.命题意图：以生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

6、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,Tr2=fsR2及 fs=f（平均阻力）FR1r1 = 48r224=可得fs R2第2页（共

7、5页）物理投稿咨询山东世纪金榜书业图 36世纪金榜圆您梦想= r1 R2 = 48 ´ 33 = 33 =3.3F所以fr2 R124 ´ 2010（3）如图示图 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 年综合卷题实践充分证明了这一点.可以：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，达到了平衡状态；

8、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. 灭难点训练1.（）（1992 年，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触，圆柱体靠在竖

9、直的挡板上而保持平衡.已知杆的倾角为，1AP 长度是杆长的 ，各处的摩擦都不计，则挡板对圆柱体的作用力等于4 .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.乙区域图 3-10第3页（共5页）物理投稿咨询山东世纪金榜

10、书业图 3-9世纪金榜圆您梦想C.丙区域D.丁区域4.（）如图 3-11 所示，长为 l 的均匀横杆 BC 重为 100 N，B4l端用铰链与竖直的板 MN 连接，在离 B 点处悬吊一重为 50 N 的重物测出5细绳 AC 上的拉力为 150 N，现将板 MN 在ABC 所在平面内沿顺时针方向倾斜 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，重 200 N，在距 A 端 3 m 处有一固定转动轴O，B 端被绳拴住，绳与 AB 的夹角为 30°，板 AB 水平.已知绳能承受的最大拉力为 200 N，那么重为 60

11、0 N 的人在该板上安全行走，离 A 端的距离应在什么范围？图 3-126.（）如图 3-13 所示，梯与墙之间的摩擦因数为1，梯与地之间的摩擦因数为2，梯子重心在，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1- m m式决定：tan=1 2 ，试证之.2m2图 133参考：难点磁场1.9mg/4L2.A灭难点训练11.mgsin2 2.11303.D4.130 N35.作出 AB 板的受力图 3-1G 人×x-G× CO =0人在 O 轴左端 x 处，绳子拉直拉力为零.由力矩平衡可得：G ´ CO200´ 3x=1 m.即离 A 端 2 m 处.600G人人在 O 轴右端 y 处，绳子的拉力 T=200 N，由力矩平衡得：Tsin30°×BO-G 人 y