高一物理转动平衡

打好基础提升能力高一物理讲义方法毅力效率-1-高一物理讲义11有固定转动轴物体的平衡条件【学习目标】理解引起物体转动效果的是力矩，知道有固定转动轴物体的平衡条件，会用平衡条件处理有关物体的平衡问题。【要点回顾】1.转动平衡状态物体处于静止或匀速转动是称为平衡状态。2.力矩（1）力的作用线过力的作用点沿力的方向所作的直线叫力的作用线。（2）力臂转轴到力的作用线的垂直距离叫力臂，其最大可能值为力到转动轴的距离。（3）力矩力矩等于力和力臂的乘积，公式M=FL，单位：N·m。在研究有固定转动轴物体的平衡中，力矩只有顺时针和逆时针两种方向。3.力矩平衡条件力矩平衡条件是：物体所受的合力矩为零，也就是顺时针力矩之和等于逆时针力矩之和。∑M=0或M顺=M逆【学法点拨】如何计算力矩力矩等于力和力臂的乘积，公式M=FL。如轻杆OA可绕垂直纸面的轴0转动，在杆的A处作用一与杆成的力F，关于力F对转轴O的力矩，可用以下两种方法计算：（一）直接作力臂：先作出力的作用线AB，再过转轴O向力的作用线作垂线OB，其长度即为力臂，如图1所示则：力矩M=FLsin（二）分解力将力F分解成与杆垂直的分力F1及与杆平行的分力F2，如图2所示。显然，与杆平行的分力F2的作用线经过转轴，力臂为零，力矩也为零，只有与杆垂直的分力F1有力矩，因其力臂为L，故力矩M=F1L=FLsin。以上是计算力矩的两种常用方法，在解题时应视具体情况灵活应用。另外，在处理实际问题时，除了要正打好基础提升能力高一物理讲义方法毅力效率-2-确计算力矩的大小以外，还要根据力引起的转动效果，注意力矩的方向，在每个力矩的大小和方向都正确的前提下建立关系，才能得到正确的物理结果。【经典例析】1．如图所示，直杆OA可绕点O转动，图中虚线与杆平行，杆端A受到三个力F1、F2、F3作用，表示力大小方向的有向线段的末端如图所示。力的作用线与杆OA在同一平面内，则三力对转轴O的力矩大小关系为：A．M2＞M1=M3B．M2=M1＜M3C．M2＞M1＞M3D．M2＜M1＜M32．关于力臂、力矩，下列说法中正确的是（）A力臂就是力的作用点到转动轴之间的距离B力臂有可能等于转动轴到力的作用点的距离C力矩为零，则力必为零D-5N·m的力矩比+2N·m大3．关于力矩的下列说法中，正确的是（）A力越大，力矩就越大B力矩越大，力对物体的转动作用效果就越大C力的作用点离转动轴越远，力矩就越大D一个很大的力，力矩可能为零4．如图所示，木棒OA可绕过O点的水平轴自由转动，现有一方向不变的水平力F作用于棒的A端，使棒从竖直位置缓慢地转到偏角为θ的地方（θ900）。设M为力F对转轴的力矩，则在此过程中（）AF不断变大，M不断变大BF不变，M逐渐变小CF逐渐变小，M逐渐变小DF不断变小，M逐渐变大5．有大小分别为F1=4N和F2=3N的两个力，其作用点距转轴O的距离分别是L1=30cm和L2=40cm，这两个力对转轴O的力矩M1和M2的大小关系为（）A因为F1F2，所以M1M2B因为L1L2，所以M1M2C因为F1L1=F2L2，所以M1=M2D以上说法都不对6．对于作用在同一个有固定转轴的物体上的等大的两个力，以下说法正确的是（）A如果它们的作用点到转轴的距离相同，则它们的力矩一定相同B如果它们的作用点到转轴的距离相同，且方向也相同，则它们的力矩一定相同C如果它们的作用点到转轴的距离不同，则它们的力矩一定不同D如果它们的作用点到转轴的距离不同，并且力的方向也不同，但它们的力矩却可能相同7．如图所示，一根木棒AB在O点被悬挂起来，AO＝OC，在A、C两点分别挂有二个和三个砝码，木棒处于平衡状态。如在木棒的A、C点各减少一个同样的砝码则木棒（）打好基础提升能力高一物理讲义方法毅力效率-3-A．绕O点顺时针方向转动；B．绕O点逆时针方向转动；C．平衡可能被破坏，转动方向不定；D．仍能保持平衡状态。8．如图所示，一根轻质木棒AO，A端用光滑铰链固定于墙上，在O端下面吊一个重物，上面用细绳BO系于顶板上，现将B点逐渐向右移动，并使棒AO始终保持水平，则（）A．BO绳上的拉力大小不变B．BO绳上的拉力先变小后变大C．BO绳上的拉力对轻杆的力矩不变D．BO绳上的拉力对轻杆的力矩先变大后变小【课堂反馈】1．如图所示，杠杆的两端分别悬挂重物G1、G2后保持水平平衡，如果用水平力F向左缓慢拉起物体G2，使悬挂物体G2的悬线向左偏离竖直方向，则（）A、杠杆的A端将下降B、杠杆的B端将下降C、杠杆仍保持平衡D、细线BC上的拉力将增大2．如图，轻杆A端用光滑水平铰链装在竖直墙面上，B端吊一重物P，并用水平绳结在墙C处，在水平向右力F缓缓拉起重物P过程中杆AB所受压力[]A．变大B．变小C．先变小再变大D．不变3．如图所示，木块m放在木板AB上，在木板的A端用一个竖直向上的力F使木板绕B端逆时针缓慢转动（B端不滑动）。在此过程中，m与AB保持相对静止，则（）A．木块m对木板AB的压力增大B．木块m受到的静摩擦力逐渐减小C．竖直向上的拉力F逐渐减小D．拉力F的力矩逐渐减小4．如图所示，┏型均匀杆总长为3L，在竖直平面内可绕水平轴O转动，若在杆的右端A点加一方向竖直向下的力F，使杆顺时针缓慢转动。在AB杆由水平转过90°的过程中，以下说法正确的是：……………………………（）A．力F不变B．力F变大C．力F的力矩变小D．力F的力矩先变大后变小。【课外思考】AOCBAOBG1G2FCBAFθmLLLOABCF打好基础提升能力高一物理讲义方法毅力效率-4-FOAθ1．所示是古代农村中使用的一种舂米工具，O为固定轴，石块固定在A端，脚踏左端B可以使石块升高至P处，放开脚，石块会落下打击稻谷，若脚用力F，方向始终竖直向下，假如石块升到P处的过程中每时刻都处于平衡状态，则（）A．F先变大后变小B．F的大小始终不变C．F的力矩始终不变D．F的力矩先变大后变小2．如图为一传动装置，A、B两轮固定在同一转轴O上，M为控制两轮转动状态的摩擦片。A、B两轮半径分别为r，2r。绕在A轮上的绳子一端固定在A轮边缘，另一端系有质量为m的重物P，当重物P以速率v匀速下落时，B轮边缘上的各点的线速度大小为________，此时摩擦片与B轮间的摩擦力为________。（转动时轴的摩擦忽略不计）3．如图所示，AB杆可绕A点转动，绳BC的拉力为20N时，杆AB刚好水平，且长为1米，则BC绳拉力的力矩是______N·m4．如图所示，质量相等的小球A和B，分别悬挂在天平两端，处于平衡状态。现将B球在水平拉力作用下很缓慢地移动到C点，则下列说法中正确的是（）A天平仍处于平衡状态B天平平衡被破坏A球下降C天平转过一角度平衡D平衡破坏，B球下降5．一均匀木板AB长12米，重200牛顿，距离A端3米处有一固定转轴O，另一端用绳子悬挂使板保持水平状态，绳子能承受的最大拉力为200牛顿，绳子与板的夹角为30º，重600牛顿的人在距离A端__________米的范围内行走是安全的。6．如图所示，横截面为四分之一圆（半径为R）的柱体放在水平地面上，一根匀质木棒OA长为3R，重为G。木棒的O端与地面上的铰链连接，木棒搁在柱体上，各处摩擦均不计。现用一水平推力F作用在柱体竖直面上，使柱体沿着水平地面向左缓慢移动。问：（1）当木棒与地面的夹角θ=30°时，柱体对木棒的弹力多大？（2）当木棒与地面的夹角θ=30°时，水平推力F多大？FBOPAO30°AB