高中物理--力矩平衡VIP专享VIP免费

高中物理--力矩平衡力矩平衡难点（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）中隔离分析等物体平衡条件注意点：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；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。1、如图所示，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，弹簧的劲度系数等于______解析：本题中根据给的图确定C点在O的正上方，则已知OB=OC，可以得到BC=物体的重力产生的力矩M=G×OA=mgL已知弹簧伸长量Δx=BC，则弹簧的弹力F=kΔx=光滑钉子C的效果可以等效为光滑的滑轮，则绳子BC的拉力就等于弹簧的弹力绳子BC的拉力的力臂为O到BC的垂直距离，即为则绳子BC产生的力矩M=×=根据力矩平衡，得到则k=9mg/4L2、如图所示是一种手控制动器，a是一个转动着的轮子，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将压紧轮子，使轮子制动。若使轮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的大小解析：如图所示，若轮子a逆时针转动，则此时轮子相对手柄b点是向上运动，则手柄的b点会给轮子向下的摩擦力。根据作用力和反作用力，轮子会给手柄一个向上的摩擦力f’。而手柄b点还会受到轮子的弹力N。分析力矩，则f’产生顺时针力矩，N产生逆时针力矩，A产生顺时针力矩。因此此时A点施加的力F较小。反之，若轮a顺时针转动，则轮a对手柄b的摩擦力向下，产生逆时针力矩，而弹力N始终产生逆时针力矩，因此此时需要的力F较大。故A正确。3、如图所示，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μ的小车平台上，小车置于光滑平面上，棒与平台的夹角为θ，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。解析：（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1所示，由力矩平衡条件知：FN1Lcosθ=mgcosθ/2得到FN1=mg/2图1图2（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2所示，则有Lcosθ=mgcosθ+μLsinθ所以=，则＞（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所示，有Lcosθ+μLsinθ=mgcosθ解得=所以＜4、如图所示，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的后轮齿盘连接，带动半径为R2的后轮转动。（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=20cm，R2=33cm，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；图3（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解析：（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）可得所以=3.3（3）如图所示5、如图所示，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，圆柱体靠在竖直的挡板上而保持平衡。已知杆的倾角为θ，AP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____________。解析：对球和挡板进行受力分析...