力矩 有固定转动轴物体的平衡(含答案)

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1、奉贤中学2011届高二物理选修学案8学案8：力矩有固定转动轴物体的平衡【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M＝FL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

2、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：从到力的的垂直距离。（2）单位：。（3）大小特点：①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。②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〗如图所示，O点为杆OB的转轴，请分别作出图中力F1、F2、F3的力臂。2、力矩（M）：（1）定义:力与力臂的乘积叫做力矩。（2）定义式：M=F·L（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

3、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，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？5奉贤中学2011届高二物理选修学案83、有固定转动轴物体的平衡：（1）有固

4、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：①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。②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，

5、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1234F（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θ，它可以绕O轴自由转动，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？　（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

6、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。5奉贤中学2011届高二物理选修学案8【巩固练习】A组：1.下面各图均以O为转轴，正确画出各力的力臂：2.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)CE3.关于力矩，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

7、)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”。4.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F1>F2，所以M1>M2；(B)因为F1

8、车轮的半径是0.45m，则摩擦力的力矩为__________N·m。6.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。7.如图1所示，ON杆可以在竖直平面内绕O点自由转动，若