第三讲 力矩平衡条件及应用(竞赛辅导—含答案)
力矩和定轴转动平衡+答案xs
高二物理【11】力矩定轴转动物体的平衡2012．61．力矩(1)力臂：转动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。
M ，单位：N·m。
在中学里只研究固定转动轴物体的平衡，所以力矩只(2)力矩：FL有顺时针和逆时针两种方向。
2．力矩计算中的两种等效转化（1）在计算某个力的力矩时，若将此力的作用点与转轴连起来，常可将此力分解为沿连线方向的和垂直于连线方向的两个分力，沿此连线方向的分力没有力矩，因而就转化为求垂直于此连线方向的分力的力矩了。
(2)在计算某物体重力的力矩时，可把物体看成一个整体，受到一个总重力，作用在其总重心；也可以把物体分成几块，每一块所受重力都作用在该块的重心上，然后计算这些重力的力矩和。
两种方法的结果是一致的。
3．定轴转动物体的平衡条件物体处于静止或匀速转动状态时称为力矩平衡状态。
物体所受合外力矩为零。
也可以表述为顺时针力矩之和等于逆时针力矩之和。
4．力矩最大的条件大小一定的力，其力矩最大的条件是：①力作用在离转动轴最远的点上；②力的方向垂直于力的作用点和转动轴的连线。
一、力臂和力矩1．如图所示，T字形架子A BO可绕过O点且垂直于纸面的转动轴自由转动．现在其A 端与B端分别施以图示方向的力F1、和F2，则关于F1和F2的力矩M1和M2，下列说法中正确的是( )A．都是顺时针的B．都是逆时针的C．M1是顺时针的．M2是逆时针的D．M1是逆时针的．M2是顺时针的2．如图甲、乙所示，相同的两球分别固定在相同的轻杆的一端，另一端用光滑铰链分别铰于墙面(如图甲所示)和地面(如图乙所示)。
球都搁在一粗糙的长木板上，木板放在水平地面上。
若用相同的力F分别将木板向右拉动。
那么板对球的摩擦力的力距方向各如何？二、有固定转动轴物体的平衡3．如图所示，用单位长度质量为ρ的材料制成的长方形框架A BCD ，已知AB =a ，BC =ｂ，可绕过AB 边的水平轴自由转动．现在CD 边的中点施加一个水平力F ，为使框架静止时与竖直方向成α角，则力F 的大小应为 ( )A ．ρg (a ＋b )tgα．B ．ρg (a +b )ctgα．C ．ρg （a ＋2b ）tgα/2．D ．ρg （a ＋2b ）ctgα4． 如图所示，重为G 的L 形匀质杆的一端O 点通过铰链与墙连接，另一端B 点作用着一个力F ，当F 与水平面成α＝45o 角时，杆OA 边呈水平而平衡。
(完整版)第三讲力矩平衡条件及应用(竞赛辅导—含答案)
第三讲力矩平衡条件及应用（竞赛辅导—含答案）一、力矩1．力和转动轴之间的距离，即从转动轴到力的作用线的距离，叫做力臂。
2．力矩：定义力F与其力臂L的乘积叫做力对转动轴的力矩。
用字母M表示。
表达式M＝FL。
二、物体平衡条件力矩的平衡条件：有固定转动轴物体的平衡条件是力矩的代数和等于零。
即M1＋M2＋M3＋ 0或者：M合＝0力矩平衡以其广泛的实用性，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）中隔离分析等.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.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.【解题方法指导】例1.一个重要特例：请分析杆秤上的刻度为什么是均匀的？例2. 如图所示，重G的均匀木杆可绕O轴在竖直平面内转动，现将杆的A端放在光滑地面上的木块上面，杆与竖直方向的夹角为30°，用水平力F＝G/20匀速拉动木块，求杆和木块间的动摩擦因数。
【典型例题分析】例1.如下图是半径分别为r和2r的两个质量不计的圆盘，共轴固定连结在一起，可以绕水平轴O无摩擦转动，大圆盘的边缘上固定有一个质量为m的质点，小圆盘上绕有细绳。
开始时圆盘静止，质点处在水平轴O的正下方位置。
现以水平恒力F拉细绳，使两圆盘转动，若恒力F＝mg，两圆盘转过的角度θ＝时，质点m的速度最大。
例2.有人设计了一种新型伸缩拉杆秤。
力矩平衡条件的应用（精选7篇）
力矩平衡条件的应用（精选7篇）力矩平衡条件的应用篇1教学目标知识目标1、理解力臂的概念，2、理解力矩的概念，并会计算力矩能力目标1、通过示例，培养学生对问题的分析能力以及解决问题的能力情感目标：培养学生对现象的观察和探究能力，同时激发学习物理的兴趣。
典型例题关于残缺圆盘重心的分析例1 一个均匀圆盘，半径为，现在在园盘靠着边缘挖去一个半径为的圆孔，试分析说明挖去圆孔后，圆盘的重心在何处.解析：由于圆盘均匀，设圆盘的单位面积的重力为，为了思考问题的方便，我们设想在大圆盘的另一侧对称地再挖去一个半径等于的小圆，如图所示，我们要求的是红色的小圆盘与灰色部分的重心位置，根据对称性，一定是大圆圆心与小圆圆心连线上，设，则 .如果我们用手指支撑在点，则这个物体会保持平衡，这两部分的重心对点的力矩满足平衡条件.这两部分的重力分别是及 .可列出力矩平衡方程解方程，得出： .关于一端抬起的木杆重力问题例2 一个不均匀的长木杆，平放在地面上，当我们抬起它的一端（另一端支在地面上），需要用500N的力；如果抬另一端，发现这回需要用800N才能抬起.请分析说明这根木杆的重力是多少？解析：设木杆长为，重力为，已知抬起端时用力为500N，抬起端时用力大小为800N.可以假设木杆的重心距端为，距端为 .抬端时，以端点为轴由力矩平衡条件可得抬端时，以端点为轴由力矩平衡条件可得联立上面的两方程式可得关于圆柱体滚台阶的问题例3 如图所示，若使圆柱体滚上台阶，要使作用力最小，试分析作用力的作用点应作用在圆柱体截面的什么位置？解析：根据题意：在圆柱体滚上台阶的过程中，圆柱体与台阶相接处为转动轴.由固定转动轴物体的平衡条件可知：在匀速转动时圆柱体的重力的力矩应与作用力的力矩相等.又因为圆柱体的重力和它对转动轴的力臂是确定的，所以要使作用力最小其力臂一定最长，又因为转动轴在圆柱体的边缘上，作用力的作用点也要在圆柱体的边缘上，要想作用力的力臂最长就只有圆柱体截面的直径，如图；作用力的方向是垂直圆柱体截面直径向上，如图所示：力矩平衡条件的应用篇2教学目标知识目标1、理解力臂的概念，2、理解力矩的概念，并会计算力矩能力目标1、通过示例，培养学生对问题的分析能力以及解决问题的能力情感目标：培养学生对现象的观察和探究能力，同时激发学习物理的兴趣。
竞赛力矩平衡(定轴问题)
1 1
F
NB
l
O
TB
mg
B
fB
2 6 TB = T= mg = mg 12 3 3 4
(8)
TC
T
TB
将（8）式分别代入（6）（7）式，得
N B =mg + 6 2 7 mg = mg 12 3 6 (9)
A
O
C
D
B
ห้องสมุดไป่ตู้
fB =
2 6 1 2 mg + mg = mg 4 12 3 3
线必交于一点，如图所示。 AB 为一根质量均匀的 硬棒，所以 O 为 AB 的中点，则由几何关系可得
C 为 BD 的中点，而
BD tan AD
CD tan AD
tan 2 tan
6． 如图所示， 重为 600N 的均匀木板搁在相距为 2.0m 的两堵竖 直墙之间，一个重为 800N 的人站在离左墙 0.5m 处，求左、右 两堵墙对木板的支持力的大小。
l 伸出，为保证两块不翻倒，木块 B 伸出桌边的长度不能超 4
过 A．l/2 C．l/4
B．3l/8 D．l/8
A
它们的重心不能超过桌边
B
证明 硬棒受到三个力作用平衡，则三个力的作用
5．如图所示，重为 G 的一根均匀硬棒 AB，杆的 A 端被细绳 吊起，在杆的另一端 B 作用一水平力 F，把杆拉向右边，整个 系统平衡后， 细线、 棒与竖直方向的夹角分别为 α、 β。 求证： tgβ=2tgα。
3 FA =2 F cos - =2 F sin = mg 3 2
NA
l
2mg
高中物理竞赛 专题5：力矩及物体的平衡 (精品)
2.求力臂作图
L甲 D
若OP D
L乙
D 2
D L丙 2
L丁 0
L甲 L乙 L丙 L丁 垂直与杠杆的施力 , 力臂最大 , 转动效果最好
3.范例解说
欲施力將一圆柱（r=10cm）推上楼梯，如图：
①标出物体转动時的转轴（支点）位置。 ②如图的四个力F1、F2、F3、F4，其力臂依序为： L1＝ 10 cm；L2＝ 20 cm ,L3＝ 如图cm ；L4＝ cm 。 如图
F F F1
L M＝FL sin L
F2
M＝F1L ＝FL sin
五、合力矩的意义
1.合力矩的意义： 当物体同时受到几个力产生的力矩时，合力矩 为 順逆力矩之和 。 （1）如果力矩的方向相同，转动效果会增強。 （2）力矩的方向不同，转动效果会減弱。 （3）当順时针方向的力矩和逆时针方向的力矩大 小相等，则合力矩为零，对物体的转动效果也 为零，原本静止的物体 不会转动 。
A6B6上一点，这一点与此薄片中点
的距离等于它与小突起A6的距离，
平板上，现设板向上运动而棒AB匀速转动，则木板
对棒的弹力如变化？
FN
B
Ff G
A
4.如图，均匀细杆AB质量为M，A端装有转轴，B端 连接细线通过光滑滑轮和质量为m的重物C相连，若杆 AB呈水平，细线与水平方向夹角为 时恰能保持静止， 则M与m的关系是_____，杆对轴A的作用力大小为 ______。
1.2 力矩及物体的平衡
一、影响转动的因素探讨
O 转轴 OO’
A B C
在门 C 位置上施力，门很容易转动。
O’
二、力臂的定义
1.力臂的定义：
第三讲：力矩、定轴转动物体的平衡条件、重心(奥赛辅导讲义 自用)
【知识要点】（一）力臂：从转动轴到力的作用线的垂直距离叫力臂。
（二）力矩：力和力臂的乘积叫力对转动轴的力矩。
记为M=FL ，单位“牛·米”。
一般规定逆时针方向转动为正方向，顺时针方向转动为负方向。
（三）有固定转轴物体的平衡条件作用在物体上各力对转轴的力矩的代数和为零或逆时针方向力矩总是与顺时针方向力矩相等。
即ΣM=0，或ΣM 逆=ΣM 顺。
（四）平行力的合成与分解同向平行力的合成：两个平行力F A 和F B 相距AB ，则合力ΣF 的大小为F A +F B ，作用点C 满足F A ×AC=F B×BC 的关系。
反向平行力的合成：两个大小不同的反向平行力F A 和F B （F A ＞F B ）相距AB ，则合力ΣF 的大小为F A －F B同向，作用点C 满足F A ×AC=F B ×BC 的关系。
（五）重心：物体所受重力的作用点叫重心。
计算重心位置的方法：1、同向平行力的合成法：各分力对合力作用点合力矩为零，则合力作用点为重心。
2、割补法：把几何形状不规则的质量分布均匀的物体分割或填补成形状规则的物体，再由同向（或反向）平行力合成法求重心位置。
（见上一讲）3、公式法：如图所示，在平面直角坐标系中，质量为m 1和m 2的A 、B 两质点坐标分别为A （x 1，y 1），B （x 2，y 2）则由两物体共同组成的整体的重心坐标为：212211m m x m x m x C ++= 212211m m y m y m y C ++= 一般情况下，较复杂集合体，可看成由多个质点组成的质点系，其重心C 位置由如下公式求得：i i i C m x m x ∑∑=i i i C m y m y ∑∑= iii C m z m z ∑∑= 本节内容常用方法有：①巧选转轴简化方程：选择未知量多，又不需求解结果的力线交点为轴，这些力的力矩为零，式子简化得多；②复杂的物体系平衡问题有时巧选对象：选整体分析，常常转化为力矩平衡问题求解；③无规则形状的物体重心位置计算常用方法是通过割补思想，结合平行力合成与分解的原则处理，或者助物体重心公式计算。
力矩平衡条件及应用
难点3 力矩平衡条件及应用力矩平衡以其广泛的实用性，再次被考纲列为考查的内容，且以此知识点为素材的高考命题屡次再现于近几年高考上海卷及全国理综卷中.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）中隔离分析等.●难点磁场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衡，弹簧处于伸长状态，已知OB =OC =32L ，弹簧伸长量恰等于BC ，由此可知，弹簧的劲度系数等于______.2.（★★★★★）（1997年上海，6）如图3-2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●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. 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.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：F N 1Lc os θ=mg 2L c os θF N 1=21mg图3-1 图3-2图3-3图3—4 图3—5（2）小车向左运动，棒另外受到一个水平向左的摩擦力F 1作用，受力如图3-5所示，则有2N F Lc os θ=mg2L cos θ+μ2N F L sin θ 所以2N F =)tan 1(2θμ-m g ,则2N F ＞1N F （3）小车向右运动时，棒受到向右的摩擦力F 2作用，受力如图3-6所示，有3N F L cos θ+μ3N F L sin θ=mg2L cos θ 解得3N F =)tan 1(2θμ+mg 所以3N F ＜1N F 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R 1，由脚踏板带动半径为r 1的大齿盘，通过链条与半径为r 2的后轮齿盘连接，带动半径为R 2的后轮转动.图3—7（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f s .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R 1=20 cm ，R 2=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R 1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.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r 1/r 2之比与两个齿盘的齿数之比加以联系，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r 1、r 2，链条中拉力为T .对脚踏齿盘中心的转动轴可列出：FR 1=Tr 1图3—6对后轮的转动轴可列出：Tr 2=f s R 2（2）由FR 1=Tr 1,Tr 2=f s R 2及f s =f （平均阻力） 可得24482121==r r R f FR s 所以1033202433481221=⨯⨯==R r R r f F =3.3 （3）如图3-8所示图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年全国综合卷的命题实践充分证明了这一点.可以预言：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；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.●歼灭难点训练1.（★★★）（1992年全国，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41，各处的摩擦都不计，则挡板对圆柱体的作用力等于____________.图3-92.（★★★★）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 ，B 端用铰链与竖直的板MN 连接，在离B 点54l处悬吊一重为50 N 的重物测出细绳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600 N 的人在该板上安全行走，离A 端的距离应在什么范围？6.（★★★★★）如图3-13所示，梯与墙之间的摩擦因数为μ1，梯与地之间的摩擦因数为μ2，梯子重心在中央，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θ由下式决定：tan θ=22121μμμ-，试证之.图13—3参考答案：［难点磁场］1.9mg /4L2.A［歼灭难点训练］ 1.31mg sin2θ 2.1130 3.D 4.130 N5.作出AB 板的受力图3′-1人在O 轴左端x 处，绳子拉直拉力为零.由力矩平衡可得：G 人×x -G ×CO =0 图3′—1 图3-10 图3-11 图3-12x =人G CO G ⨯=6003200⨯=1 m.即离A 端2 m 处. 人在O 轴右端y 处，绳子的拉力T =200 N ，由力矩平衡得：T sin30°×BO -G 人y -G ×CO =0.y =6003200921200sin30人⨯-⨯⨯=⨯-⨯G CO G BO T=0.5 m 即离A 端3.5 m.所以人在板上安全行走距A 端的距离范围为2 m ≤x ≤3.5 m6.略例2：如图所示，质量为m 的均质木杆，上端可绕固定水平光滑轴O 转动，下端搁在木板上，木板置于光滑水平地面，棒与竖直线成45°角，棒与木板间的动磨擦因数为0.5．为使木板向右做匀速运动，求水平拉力F 等于多少？解析：在木板上未施水平拉力F 之前，木棒和木块之间没有摩擦力，而在木板上施加水平力F 后，将在木棒和木棒之间产生一个滑动摩擦力．在木板施水平拉力F 之后木板做匀速运动，合力为零．木板在水平方向上受到向左的摩擦力F 1作用．F=mg/645sin 45cos 45sin 21L F L F L L mgN +=所以拉力: 6mg F =。
高中物理竞赛辅导资料四：力、力矩、平衡
高中物理竞赛辅导资料四：力、力矩、平衡（一）重力重力大小G=mg，方向竖直向下。
一般来说，重力是万有引力的一个分力，静止在地球表面的物体，其万有引力的另一个分力充当物体随地球自转的向心力，但向心力极小。
（二）弹力当物体在外力作用下发生形变时，其内部产生的反抗外力作用而企图恢复形变的力叫弹力。
胡克弹力的大小由F=k△x确定。
a)当劲度系数分别为k1、k2…的若干弹簧串联使用时，等效弹簧的劲度系数为：b)当劲度系数分别为k1、k2…的若干弹簧并联使用时，等效弹簧的劲度系数为：例一：一根重力不计的弹簧一端固定，挂上重100N的物体时伸长了30cm，若把弹簧减去2/3，再把100N物体挂在弹簧下端，则弹簧伸长了多少？劲度系数变为多少？（三）摩擦力1、摩擦力方向一个物体在另一物体表面有相对运动或相对运动趋势时，产生的阻碍物体相对运动或相对运动趋势的力叫摩擦力。
方向沿接触面的切线且阻碍物体间相对运动或相对运动趋势。
2、滑动摩擦力的大小由公式f=μN计算。
3、静摩擦力的大小是可变化的，无特定计算式，一般根据物体运动性质和受力情况分析求解。
其大小范围在0＜f≤f m之间。
（四）力矩力和力臂的乘积叫力对转动轴的力矩。
记为M=FL，单位“牛·米”。
一般规定逆时针方向转动为正方向，顺时针方向转动为负方向。
力臂：从转动轴到力的作用线的垂直距离叫力臂例二：.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.（五）共点力作用下物体平衡条件：这些力的合力为零，即ΣF=0。
例三：如图所示，质量m =5kg 的物体，置于倾角θ=30°的粗糙斜面块上，用一平行于斜面的大小为30N 的力推物体，使其沿斜面向上匀速运动.求地面对斜面块M 的静摩擦力.（六）三力汇交原理：若一个物体受三个非平行力作用而处于平衡状态，则这三个力必为共点力。
高中物理竞赛辅导力学部分专用讲义
高中物理《竞赛辅导》力学部分目录第一讲：力学中的三种力第二讲：共点力作用下物体的平衡第三讲：力矩、定轴转动物体的平衡条件、重心第四讲：一般物体的平衡、稳度第五讲：运动的基本概念、运动的合成与分解第六讲：相对运动与相关速度第七讲：匀变速直线运动第八讲：抛物的运动第九讲：牛顿运动定律（动力学）第十讲：力和直线运动第十一讲：质点的圆周运动、刚体的定轴转动第十二讲：力和曲线运动第十三讲：功和功率第十四讲：动能定理第十五讲：机械能、功能关系第十六讲：动量和冲量第十七讲：动量守恒《动量守恒》练习题第十八讲：碰撞《碰撞》专题练习题第十九讲：动量和能量《动量与能量》专题练习题第二十讲：机械振动《机械振动》专题练习第二十一：讲机械波第二十二讲：驻波和多普勒效应第一讲： 力学中的三种力【知识要点】（一）重力重力大小G=mg ，方向竖直向下。
一般来说，重力是万有引力的一个分力，静止在地球表面的物体，其万有引力的另一个分力充当物体随地球自转的向心力，但向心力极小。
（二）弹力1．弹力产生在直接接触又发生非永久性形变的物体之间(或发生非永久性形变的物体一部分和另一部分之间)，两物体间的弹力的方向和接触面的法线方向平行，作用点在两物体的接触面上．2．弹力的方向确定要根据实际情况而定．3．弹力的大小一般情况下不能计算，只能根据平衡法或动力学方法求得．但弹簧弹力的大小可用．f=kx(k 为弹簧劲度系数，x 为弹簧的拉伸或压缩量)来计算 ．在高考中，弹簧弹力的计算往往是一根弹簧，而竞赛中经常扩展到弹簧组．例如：当劲度系数分别为k 1,k 2,…的若干个弹簧串联使用时．等效弹簧的劲度系数的倒数为：nk k k 1...111+=，即弹簧变软；反之．若以上弹簧并联使用时，弹簧的劲度系数为：k=k 1+…k n ，即弹簧变硬．(k=k 1+…k n 适用于所有并联弹簧的原长相等；弹簧原长不相等时，应具体考虑) 长为0L 的弹簧的劲度系数为k ，则剪去一半后，剩余2L 的弹簧的劲度系数为2k （三）摩擦力 1．摩擦力一个物体在另一物体表面有相对运动或相对运动趋势时，产生的阻碍物体相对运动或相对运动趋势的力叫摩擦力。
力矩平衡条件的应用
力矩平衡条件的应用年级__________ 班级_________ 学号_________ 姓名__________ 分数____一、单项选择题(共10题)1.如下图所示，均匀直尺放在桌面上，一端悬挂砝码，尺恰好平衡，尺伸出桌面的长度是全长的2/7，则尺的重量与砝码的重量之比是A.2：7B.7：2C.4：3D.1：4答案：C2.一辆载重汽车重104N，使它的前轮压在地秤上，测得结果为6×103N，汽车前后轮之间的距离是2m，则汽车重心位置距后轮A. 2mB. 1.8mC. 1.2mD. 0.8m答案：C3.如下图所示，一根左粗右细的木料用绳索系在O处被吊起恰好平衡。
现把木料从O点锯成两段，两位同学争着搬重的一段，那段重力大A.AO段重力大B.BO段重力大C.AO 、BO 两段重力相等D.条件不足，无法判断答案：A4.如下图所示，为了使最小的力将汽车轮胎翻上台阶（设轮胎与台阶接触处的摩擦力足够大，翻动时轮胎与台阶之间不会产生相对滑动），以下方法中正确的是A.力F 作用在A 点，方向垂直于水平直径竖直向上B.力F 作用在B 点，方向垂直于直径PB 斜向右上方C.力F 作用在C 点，方向垂直于水平直径向右D.力F 作用在C 点，方向垂直于连线PC 斜向右上方答案：B5.如下图所示，将重为G 的木棒一端用力F 缓慢拉起，O 为转轴，则在拉起过程中，拉力F 和它的力矩变化情况是A. 拉力变大，力矩不变B. 拉力不变，力矩变大C. 拉力不变，力矩不变D. 拉力变大，力矩变大答案：D6.用不等臂的天平称物体的质量，物体放在左盘时，称得质量为m 1，物体放在右盘时，称得质量为m 2，则物体质量是： A. 221m m + B.221m m + C. 21m m D. 221m m答案：C7.如下图所示，薄木板OA 可绕O 轴转动，板上放有一静止物块，缓慢抬起木板的A 端，在木板抬起过程中（物块仍静止在薄木板上），板所受的压力对O 的力矩M 1 及板所受的摩擦力对O 的力矩M 2的变化情况是：A.M 1减小，M 2不变 B .M 1不变，M 2不变C .M 1不变，M 2先增大后减小 D.M 1减小，M 2先减小后增大答案：A8.如下图所示，均匀木棒AB 的A 端固定在铰链上，悬线的一端固定，另一端套在棒上跟棒垂直，并使棒保持水平。
2019-2020年高中物理竞赛《力矩平衡条件及其应用》名师专题辅导讲义导学案
2019-2020年高中物理竞赛《力矩平衡条件及其应用》名师专题辅导讲义导学案基本知识：1、力矩的定义：力矩M＝力F×力臂L（顺时针转动效果和逆时针转动效果的力矩方向相反）2、一般物体受力平衡的条件：（1）合外力等于0，即：F合＝0（2）所有力对任意转动轴的合力距为0（力矩平衡），即：M合＝0。
推论：如果所有外力对某一点的力矩的代数和为0，则对任意一点的力矩的代数和为0.基本练习：1．如图：BO是一根质量均匀的横梁，重量G1＝80N，BO的一端安在B点，可绕通过B点且垂直于纸面的轴转动，另一端用钢绳AO拉着横梁保持水平，与钢绳的夹角，在横梁的O点挂一个重物，重要G2＝240N，则钢绳对横梁的拉力F1N。
2．如图所示，OAB是一弯成直角的杠杆，可绕过O点垂直于纸面的轴转动，杆OA长30cm，AB段长为40cm，杆的质量分布均匀，已知OAB的总质量为7kg，现在施加一个外力F，使杆的AB段保持水平，则该力作用于杆上点，F的最小值为N。
3．一辆汽车重1.2×104N，使它的前轮压在地秤上，测得的结果为6.7×103N，汽车前后轮之间的举例是 2.7m，则汽车重心的位置距离前轮与地面接触点的水平距离为m。
4．如图，一块均匀木板MN长L＝15m，G1＝400N，搁在相距8m的两个支架A、B上，MA＝NB，重G2＝600N的人从A向B走去，则人走到距离A支架1.6m处时，木板对A支架的压力是N，对B支架的压力是N；人走过B点m后木板会翘起来。
5．如图所示，一个半球形的碗放在桌面上，碗口水平。
O点为其球心，碗的内表面及碗口是光滑的。
一根细线跨在碗口上，线的两端分别系有质量为m1和m2的小球，当它们处于平衡状态时，质量为m1的小球与O点的连线与水平线的夹角为=60°。
两小球的质量比为。
6．要使质量为m的重球滚上台阶，作用力应该作用在球面上的力在什么地方、沿什么方向，才最省力？最小力为多少？答：7．如图1-58所示，A、B是两个完全相同的长方形木块，长为，叠放在一起，放在水平桌面上，端面与桌边平行．A木块放在B上，右端有伸出，为保证两块不翻倒，木块B伸出桌边的长度不能超过（）(A)/2 (B)3/8 (C)/4 (D)/8 图1-588．如图1-60所示，将粗细均匀、直径相同的均匀棒A 和B 粘合在一起，并在粘合处用绳悬挂起来，恰好处于水平位置而平衡，如果A 的密度是B 的两倍，那么A 的重力大小是B 的_______倍．9．如图1-61所示，一个质量为m 、半径为R 的球，用长为R 的绳悬挂在L 形的直角支架上，支架的重力不计，AB 长为2R ，BC 长为，为使支架不会在水平桌面上绕B 点翻倒，应在A 端至少加多大的力？10．棒AB 的一端A 固定于地面,可绕A 点无摩擦地转动,B 端靠在物C 上,物C 靠在光滑的竖直墙上,如图1-63所示.若在C 物上再放上一个小物体,整个装置仍保持平衡,则B 端与C 物之间的弹力大小将（ ）(A)变大 (B)变小 (C)不变 (D)无法确定11．如图1-64所示，质量为m 的运动员站在质量为m 的均匀长板AB 的中点，板位于水平地面上，可绕通过A 点的水平轴无摩擦转动，板的B 端系有轻绳，轻绳的另一端绕过两个定滑轮后，握在运动员的手中，当运动员用力拉绳子时，滑轮的两侧的绳子都保持在竖直方向，则要使板的B 端离开地面，运动员作用于绳的最小拉力是_________．12．如图1-65所示，半径是0.1m ，重为N 的均匀小球，放在光滑的竖直墙和长为1m 的光滑木板（不计重力）OA 之间，木板可绕轴O 转动，木板和竖直墙的夹角为θ=60°，求墙对球的弹力和水平绳对木板的拉力．13．如图1-66所示，均匀杆AB 每米重为30N ，将A 端支起，在离A 端0.2m 的C 处挂一重300N 的物体，在B 端施一竖直向上的拉力F ，使杆保持水平方向平衡，则杆长为多少m 时所需的拉力F 最小？最小值为多少N ？A B 图1-60 B A C 图1-61AB图1-64 O A θ 图1-65 A B C F图1—66 图1-6314．图1-67中是用电动砂轮打磨工件的装置，砂轮的转轴过图中O 点垂直于纸面，AB 是一长度，质量的均匀刚性细杆，可绕过A 端的固定轴在竖直面（图中纸面）内无摩擦地转动，工件C 固定在AB 杆上，其质量，工件的重心、工件与砂轮的接触点P 以及O 点都在过AB 中点的竖直线上，P 到AB 杆的垂直距离，AB 杆始终处于水平位置，砂轮与工件之间的动摩擦因数。
(4) 力矩平衡
易1.（2008上海）如图所示，一根木棒AB 在O 点被悬挂起来，AO OC =，在A 、C 两点分别挂有两个和三个钩码，木棒处于平衡状态。
如在木棒的A 、C 点各增加一个同样的钩码，则木棒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【解析】 设木板AO 段重力1G ，重心离O 点1L ，木板BO 段重力2G ，重心离O 点2L ，钩码重力G ，AO长度l ，由力矩平衡条件：112223G L Gl G L Gl +=+，当两边各挂一个钩码后，等式依然成立：112234G L Gl G L Gl +=+，即只要两边所增加挂钩码个数相同，依然能平衡。
【答案】 D 2. （2013上海）如图，倾角为37︒，质量不计的支架ABCD 的D 端有一大小与质量均可忽略的光滑定滑轮，A 点处有一固定转轴，CA AB ⊥，0.3m DC CA ==。
质量lkg m =的物体置于支架的B 端，并与跨过定滑轮的轻绳相连，绳另一端作用一竖直向下的拉力F ，物体在拉力作用下沿BD 做匀速直线运动，己知物体与BD 间的动摩擦因数0.3μ=。
为保证支架不绕A 点转动，物体向上滑行的最大距离s = m 。
若增大F 后，支架仍不绕A 点转动，物体能向上滑行的最大距离s ' （填“大于”“等于”或“小于”）s 。
（取sin370.6︒=，cos370.8︒=）【解析】以m 为研究对象，N cos378N F mg =︒=，N 2.4N f F μ==，sin378.4N F mg f =︒+=。
以支架为研究对象，以A 为支点，由几何关系知力F 的力臂为10.24m l =，摩擦力和平行斜面细线拉力的力臂为20.24m l =，压力的力臂为30.32m l s =-，由力矩平衡得12N 32Fl fl F l Fl +=+，解得0.248m s =。
由于12l l =，可见增大F 后，物体向上滑行的最大矩离不变，即s s '=。
力矩平衡条件的应用
力矩平衡条件的应用力矩平衡基础例1如图：BO 是一根质量均匀的横梁，重量G 1＝80N ，BO 的一端安在B 点，可绕通过B 点且垂直于纸面的轴转动，另一端用钢绳AO 拉着横梁保持水平，与钢绳的夹角o 30=θ，在横梁的O 点挂一个重物，重要G 2＝240N ，求钢绳对横梁的拉力F 1：例2如图所示，OAB 是一弯成直角的杠杆，可绕过O 点垂直于纸面的轴转动，杆OA 长30cm ，AB 段长为40cm ，杆的质量分布均匀，已知OAB 的总质量为7kg ，现在施加一个外力F ，使杆的AB 段保持水平，则该力作用于杆上哪一点，什么方向可使F 最小？例3一辆汽车重1.2×104N ，使它的前轮压在地秤上，测得的结果为6.7×103N ，汽车前后轮之间的举例是2.7m ，求汽车重心的位置，（即求前轮或后轮与地面接触点到重力作用线的距离）力矩平衡初步例1一块均匀木板MN 长L ＝15cm ，G 1＝400N ，搁在相距D ＝8m 的两个支架A 、B 上，MA ＝NB ，重G 2＝600N 的人从A 向B 走去，如图：问人走过B 点多远时，木板会翘起来？例2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.练习1如图所示，均匀直杆AB 的A 端装有垂直于纸面的水平转动轴，B 端搁在小车上，杆与车的水平上表面间滑动摩擦系数为μ，小车静止时，杆对车的压力大小为N1.当小车水平向左运动时，杆对车的压力大小为N2，则 ( )A.N1＝N2.B.N1＜N2.C.N1＞N2.D.无法确定.图练习2如图所示，重200N 的均匀杆OA ，可绕过O 点的水平轴自由转动，杆斜靠在竖直墙上，杆与水平面间的夹角θ＝60°，墙与杆间夹有一张纸，纸的重及纸与墙间的摩擦力不计，纸与杆间的滑动摩擦系数μ＝0.2.问要多大的竖直向上的力才能将纸向上匀速抽出?练习3右图所示是用电动砂轮打磨工件的装置，砂轮的转轴通过图中O 点垂直于纸面，AB 是一长度l=0.60m 、质量m1=0.50kg 的均匀刚性细杆，可绕过A 端的固定轴在竖直面(图中纸面)内无摩擦地转动，工件C 固定在AB 杆上，其质量m2=1.5kg ，工件的重心、工件与砂轮的接触点P 以及O 点都在过AB 中点的竖直线上，P 到AB杆的垂直距离d=0.1m ，AB 杆始终处于水平位置，砂轮与工件之间的动摩擦因数μ=0.6.(1)当砂轮静止时，要使工件对砂轮的压力F0=100N ，则施于B 端竖直向下的力FB 应是多大?(2)当砂轮逆时针转动时，要使工件对砂轮的压力仍为F0=100N ，则施于B 端竖直向下的力FB′应是多大?练习4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。
力矩、力矩平衡及答案
第三节 力矩、力矩平衡
一．选择题：
1．如图所示，用与木棒垂直的力作用于A 端，使木棒缓慢拉起，木棒只能绕O 端转动，拉力F 的大小及F 的力矩大小变化是：( )
A ．力变小，力矩变小
B ．力变大，力矩变大
C ．力不变，力矩变小
D ．力变小，力矩不变
2．如图，要使圆柱本滚上台阶，则在圆柱体最高点作用的力最省力的是：( )
A ．1F
B ．2F
C ．3F
D ．4F
3．均匀木棒的质量是m ，可绕固定轴O 点转动，另一端放在木块上，木块的质量为
M ，木块放在光滑桌面上，如果木块在一个水平推力F 作用下仍保持静止，则木棒所受力矩的个数和原来相比( )
A ．由1个变为2个
B ．由2个变为3个
C ．和原来一样
D ．以上说法均不正确
4．如图，匀质球被一轻质细绳斜拉着靠在墙上保持静止，则关于墙对球的摩擦力的正确说
法：( )
A ．没有摩擦力
B ．有向上的摩擦力
C ．有向下的摩擦力
D ．不能确定
二．计算题：
5．如图甲，杆AB 的一端用铰链固定在墙上，另一端放在长方形木块上，不计铰链处的摩擦。
静止时，木块对杆的弹力N=10牛。
若将木块向左拉出时，木块对杆的弹力变为N 1=9牛。
将木块向右拉出时，木块对杆的弹力N 2为多大？
第三节力矩、力矩平衡
一、选择题：
1、A
2、C
3、B
4、B
二、计算题：
45
5、N
4。
力矩 有固定转动轴物体的平衡(含答案)
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？3、有固定转动轴物体的平衡：（1）有固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。
力矩力矩的平衡
力矩力矩的平衡力矩力矩的平衡1.什么是物体的平衡状态？物体在共点力的作用下，如果保持静止或者做匀速直线运动，我们就说这个物体处于平衡状态。
2.在共点力作用下，物体的平衡条件是什么？F合= 0OA为轻质杆，求绳AB上的拉力B F2θOA F1 GG1G若考虑OA的重力由于OA的重量G1与其余三个力为非共点力，就不能用前面学到的知识解题，要用到今天上讲的知识。
一、转动平衡1、力可以使物体转动：(1)门转动时，门上各点绕门轴做圆周运动。
(2)电风扇转动时，叶片上各点都沿圆周运动，圆周的中心在同一直线上。
2、转动轴：物体转动时，各点做圆周运动的圆心的连线。
3、转动平衡：一个有固定转动轴的物体，在力的作用下，如果保持静止(或匀速转动),我们称这个物体处于转动平衡状态。
4、物体的平衡状态：包括保持静止、匀速直线运动、匀速转动这三种状态。
力对物体的转动作用跟什么因素有关？举例1力越大，力对物体的转动作用越大演示2即力臂演示3力和转动轴的距离越大，力对物体的转动作用越大力对物体的转动作用与转动轴到力的作用点的距离没有必然关系力臂：从转动轴到力的作用线的垂直距离。
※力臂的找法一轴：即先找到转动轴；二线：找到力的作用线；三垂直：从转轴向力的作用线作垂线示例：如图表示有两个力F1和F2作用在杠杆上，杠杆的转动轴过O点垂直于纸面，求F1和F2对转动轴的力臂？A L1OB L2F1 说转动轴到力的作用点的距离明不是力臂。
F2练习1:均匀正方形，边长为a,可绕过C点的水平轴转动，重力的力臂多大？在A点施力，如何使力臂最大？如何使力臂最小？力臂能否大于作用点到轴的距离？A a D a C B练习2:均匀杆重为G,用水平力F拉住，(1)画出F和G的力臂，(2)写出其表达式，(3)当增大时，它们的力臂各如何变化？F L O决定物体转动效果的两个因素：1.力的大小；2.力臂。
力和力臂的乘积越大，力对物体的转动作用就越大力矩为反映力对物体的转动作用大小而引入力矩的概念.二、力矩(M):力矩总是对某一转轴而言的，对不同的转轴，同一个力的力臂不同，力矩也不同。
1_全国中学生物理竞赛——力矩平衡专题
力矩和力矩平衡一． 内容黄金组.1．了解转动平衡的概念，理解力臂和力矩的概念。
2．理解有固定转动轴物体平衡的条件 3．会用力矩平衡条件分析问题和解决问题二． 要点大揭秘1． 转动平衡：有转动轴的物体在力的作用下，处于静止或匀速转动状态。
明确转轴很重要：大多数情况下物体的转轴是容易明确的，但在有的情况下则需要自己来确定转轴的位置。
如：一根长木棒置于水平地面上，它的两个端点为AB ，现给B 端加一个竖直向上的外力使杆刚好离开地面，求力F 的大小。
在这一问题中，过A 点垂直于杆的水平直线是杆的转轴。
象这样，在解决问题之前，首先要通过分析来确定转轴的问题很多，只有明确转轴，才能计算力矩，进而利用力矩平衡条件。
2． 力矩：力臂：转动轴到力的作用线的垂直距离。
力矩：力和力臂的乘积。
计算公式：M ＝FL 单位： Nm 效果：可以使物体转动（1）力对物体的转动效果力使物体转动的效果不仅跟力的大小有关，还跟力臂有关，即力对物体的转动效果决定于力矩。
①当臂等于零时，不论作用力多么大，对物体都不会产生转动作用。
②当作用力与转动轴平行时，不会对物体产生转动作用，计算力矩，关键是找力臂。
需注意力臂是转动轴到力的作用线的距离，而不是转动轴到力的作用点的距离。
（2）大小一定的力有最大力矩的条件： ①力作用在离转动轴最远的点上；②力的方向垂直于力作用点与转轴的连线。
（3）力矩的计算：①先求出力的力臂，再由定义求力矩M ＝FL如图中，力F 的力臂为L F =Lsin θ力矩M ＝F •L sin θ②先把力沿平行于杆和垂直于杆的两个方向分解，平行于杆的分力对杆无转动效果，力矩为零；平行于杆的分力的力矩为该分力的大小与杆长的乘积。
如图中，力F 的力矩就等于其分力F 1产生的力矩，M＝F sin θ•L两种方法不同，但求出的结果是一样的，对具体的问题选择恰当的方法会简化解题过程。
3． 力矩平衡条件：力矩的代数和为零或所有使物体向顺时针方向转动的力矩之和等于所有使物体向逆时针方向转FF 2动的力矩之和。
竞赛讲义力矩平衡
力。
O
A P1
F
B
P2
解：
（1）
以AB为研究对象，有
Fl2sinP2 l22 cos
tan P2
2F
O
A P1
F
B
以OA+AB为研究对象，有
P2
P 1 l 2 1 c o s P 2 ( F l 1 c o s l 2 2 ) F ( l 1 s i n l 2 s i n)
4.物理意义：力矩是表示力对物体的转动作用的物理量。
力矩越大，力对物体的转动作用就越大； 力矩为零，力对物体不会有转动作用。
注意：力矩是表示力对物体的转动作用的物理量，物
体转动方向通常认为有顺时针和逆时针两个，使物体顺 时针转动的力矩通常表示为M顺（负力矩），使物体逆 时针转动的力矩通常表示为M逆（正力矩）。
3
β
β
θ
b
a
θC
30
D
mbg
4 53 0
mag
12 、 如 图 所 示 ， 均 匀 球 重 为 G 30N , 放 在 倾 角 为
37 的 固 定 斜 面 上 ， 球 的 顶 端 用 一 根 水 平 绳 子 拉
住，球静止。求： （1）绳子对球的拉力 T ；
（2）斜面对球的弹力 N 和摩擦力 f 。
的是 ( D )
A．BO绳上的拉力大小不变。
B．BO绳上的拉力先变大后变小。
C．BO绳上的拉力对轻杆的力矩先变大后变小。
D．BO绳上的拉力对轻杆的力矩不变。 B
A
O
匀质杆OA重P1，长为l1，能在竖直平面内绕固定铰链O 转动，此杆的A端用铰链连另一重为P2、长为l2的均匀 杆AB，在AB杆的B端加一水平力F。求平衡时此两杆与
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第三讲力矩平衡条件及应用（竞赛辅导）一、力矩1．力和转动轴之间的距离，即从转动轴到力的作用线的距离，叫做力臂。
2．力矩：定义力F与其力臂L的乘积叫做力对转动轴的力矩。
用字母M表示。
表达式M＝FL。
二、物体平衡条件力矩的平衡条件：有固定转动轴物体的平衡条件是力矩的代数和等于零。
即M1＋M2＋M3＋ 0或者：M合＝0力矩平衡以其广泛的实用性，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）中隔离分析等.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.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.【解题方法指导】例1.一个重要特例：请分析杆秤上的刻度为什么是均匀的？例2. 如图所示，重G的均匀木杆可绕O轴在竖直平面内转动，现将杆的A端放在光滑地面上的木块上面，杆与竖直方向的夹角为30°，用水平力F＝G/20匀速拉动木块，求杆和木块间的动摩擦因数。
【典型例题分析】例1.如下图是半径分别为r和2r的两个质量不计的圆盘，共轴固定连结在一起，可以绕水平轴O无摩擦转动，大圆盘的边缘上固定有一个质量为m的质点，小圆盘上绕有细绳。
开始时圆盘静止，质点处在水平轴O的正下方位置。
现以水平恒力F拉细绳，使两圆盘转动，若恒力F＝mg，两圆盘转过的角度θ＝时，质点m的速度最大。
例2.有人设计了一种新型伸缩拉杆秤。
结构如下图，秤杆的一端固定一配重物并悬一挂钩，秤杆外面套有内外两个套筒，套筒左端开槽使其可以不受秤纽阻碍而移动到挂钩所在位置（设开槽后套筒的重心仍在其长度中点位置），秤杆与内层套筒上刻有质量刻度。
空载（挂钩上不挂物体，且套筒未拉出）时，用手提起秤纽，杆秤恰好平衡，当物体挂在挂钩上时，往外移动内外套筒待测物体的质量。
已知秤杆和两个套筒的长度均为16cm ，套筒可移出的最大距离为15cm ，秤纽到挂钩的距离为2cm ，两个套筒的质量均为0.1kg 。
取重力加速度g＝10m/s 2。
（1）当杆秤空载平衡时，秤杆、配重物及挂钩所受重力相对秤纽的合力矩；（2）当在秤钩上挂一物体时，将内套筒向右移动5cm ，外套筒相对内套筒向右移动8cm ， 杆秤达到平衡，物体的质量多大？（3）若外层套筒不慎丢失，在称某一物体时，内层套筒的左端在读数为1千克处杆秤恰好平衡，则该物体实际质量多大？例3. 一架均匀梯子，长10m ，静止地靠在光滑的竖直墙面上，下端离墙6m ， 梯子重力为400N ；下端与地面静摩擦因数为μ＝0.40，一人重力为800N ，缓缓登梯。
求（1）地面对梯子下端的最大静摩擦力。
（2）人沿梯子攀登5m 时， 地面对梯的静摩擦力。
（3）人最多能沿梯子攀上多少距离。
例4. 下图是用电动砂轮打磨工件的装置，砂轮的转轴过图中O 点垂直于纸面，AB 是一长度L ＝0.60 m ，质量kg m 50.01=的均匀刚性细杆，可绕过A 端的固定轴在竖直面（图中纸面）内无摩擦地转动。
工件C 固定在AB 杆上，其质量kg m 5.12=，工件的重心、工作与砂轮的接触点P 以及O 点都在过AB 中点的竖直线上。
P 到AB 杆的垂直距离d ＝0.10m ，AB 杆始终处于水平位置。
砂轮与工件之间的动摩擦因数μ＝0.60。
（1）当砂轮静止时，要使工件对砂轮的压力F 0＝100N ，则施于B 端竖直向下的力F B 应是多大?（2）当砂轮逆时针转动时，要使工件对砂轮的压力仍为F 0＝100N ，则施于B 端竖直向下的F B '应是多大?第三讲 力矩平衡条件及应用一、力矩1．力和转动轴之间的距离，即从转动轴到力的作用线的距离，叫做力臂。
2．力矩：定 义 力F 与其力臂L 的乘积叫做力对转动轴的力矩。
用字母M 表示。
表达式 M ＝FL 。
二、物体平衡条件力矩的平衡条件：有固定转动轴物体的平衡条件是力矩的代数和等于零。
即M 1＋M 2＋M 3＋ 0或者：M 合＝0力矩平衡以其广泛的实用性，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）中隔离分析等.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.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.【解题方法指导】例1. 一个重要特例：请分析杆秤上的刻度为什么是均匀的？解析：杆秤的基本原理是利用力矩平衡条件来称量物体的质量的，其构造如图1所示，主要由秤杆、秤钩、提纽和秤砣构成。
图1设秤砣的质量为m 0，秤杆和秤钩的质量大小为M 0，重心在图2中的C 点，当秤钩上不挂任何重物，提起提纽时，秤砣置于A 点，杆秤保持水平平衡，由力矩平衡条件可得： m g OA M g OC 00×× （1）图2 所以OA ＝00m M OC对一确定的杆秤来说，秤杆的质量和重心的位置都是确定的，秤砣的质量也是确定的，所以A 的位置也是确定的，由于O 是秤钩上不挂任何重物时秤砣所在的位置，所以A 点是杆秤的零刻度位置，叫做定盘星。
当用杆秤来称量重物P 的质量时，秤砣必须置于秤杆上的某一位置D ，才能使杆秤保持水平平衡，如图3所示，由力矩平衡条件可得：图3 Mg·OB ＝M 0g·OC ＋m 0g·OD （2）由（1）、（2）两式可得m AD M OB 0××= 即：M m OB AD 0= 由上式可以看出：当杆秤称量重物时，秤砣到定盘星A 点的距离与重物的质量成正比，尽管秤杆的形状粗细不一，杆秤的重心不在杆秤中点，但杆秤的刻度是均匀的。
例2. 如图所示，重G 的均匀木杆可绕O 轴在竖直平面内转动，现将杆的A 端放在光滑地面上的木块上面，杆与竖直方向的夹角为30°，用水平力F ＝G/20匀速拉动木块，求杆和木块间的动摩擦因数。
解析：要求木块与杆间的动摩擦因数，涉及到木块与杆间的摩擦力，需将木块与杆分隔开，分别进行研究，以杆为分析对象，除O 点外，杆的受力情况如图所示，设杆长为L ，由M 合＝0，得：G ·Lsin30°/2－N ·Lsin30°－f ·Lcos30°＝0因f ＝μN，上式简化为G/4－N/2－3μ/2＝0①再以木块为分析对象，杆的A端对木块的摩擦力水平向右，由F合＝0，F－μN＝0 ②依题意F＝G/20 ③解①、②、③得μ＝0.12小结：以上是两类平衡问题的综合，常用隔离法恰当选择隔离体后分别按单一体的解法求解，与单一体解法不同的是：要留心相关物理量的分析，如上例中，木块对杆的摩擦力与杆对木块的摩擦力的关联性，是一对作用力与反作用力。
【典型例题分析】例1.如下图是半径分别为r和2r的两个质量不计的圆盘，共轴固定连结在一起，可以绕水平轴O无摩擦转动，大圆盘的边缘上固定有一个质量为m的质点，小圆盘上绕有细绳。
开始时圆盘静止，质点处在水平轴O的正下方位置。
现以水平恒力F拉细绳，使两圆盘转动，若恒力F＝mg，两圆盘转过的角度θ＝时，质点m的速度最大。
解析：这是一个典型的转动问题，题目中问何时圆盘转动的角速度最大，我们应首先研究圆盘的转动规律，力矩是盘转动的原因，当盘受到的力矩不平衡时，盘转动的角速度将会改变，本题中开始时Ｆ的力矩大于m的力矩，所以盘将沿逆时针方向加速转动，m的力矩逐渐增大，当Ｆ的力矩与小球m的力矩平衡时转速达到最大，之后m的力矩将继续增大，大于Ｆ的力矩，圆盘转动的速度将减小，即：mg2r sinθ＝Ｆr，可得θ＝30°。
例 2.有人设计了一种新型伸缩拉杆秤。
结构如下图，秤杆的一端固定一配重物并悬一挂钩，秤杆外面套有内外两个套筒，套筒左端开槽使其可以不受秤纽阻碍而移动到挂钩所在位置（设开槽后套筒的重心仍在其长度中点位置），秤杆与内层套筒上刻有质量刻度。
空载（挂钩上不挂物体，且套筒未拉出）时，用手提起秤纽，杆秤恰好平衡，当物体挂在挂钩上时，往外移动内外套筒待测物体的质量。
已知秤杆和两个套筒的长度均为16cm，套筒可移出的最大距离为15cm，秤纽到挂钩的距离为2cm，两个套筒的质量均为0.1kg。
取重力加速度g ＝10m/s2。
（1）当杆秤空载平衡时，秤杆、配重物及挂钩所受重力相对秤纽的合力矩；（2）当在秤钩上挂一物体时，将内套筒向右移动5cm，外套筒相对内套筒向右移动8cm，杆秤达到平衡，物体的质量多大？（3）若外层套筒不慎丢失，在称某一物体时，内层套筒的左端在读数为1千克处杆秤恰好平衡，则该物体实际质量多大？解答：（1）套筒不拉出时杆秤恰好平衡，此时两套筒的重力相对秤纽的力矩与所求的合力矩相等，设套筒长度为L，合力矩)2/(2d L mg M -= ①)(12.0)02.008.0(101.02m N ⋅=-⨯⨯⨯= ②（2）力矩平衡 )(2111x x mg mgxgd m ++= ③ m d x x m 2112+=∴ ④)(9.01.002.008.005.02kg =⨯+⨯=⑤ （3）正常称衡1kg 重物时，内外两个套筒可一起向外拉出x '力矩平衡 x mg gd m '='22⑥ )(1.002.01.02122m d m m x =⨯⨯='='∴ ⑦ 外层套筒丢失后称物，此时内套筒左端离秤纽距离为m d x 08.0=-'力矩平衡 )2/(2L d x mg M gd m +-'=+ ⑧gd M L d x d m m -+-'=∴)2/(2 )(2.06.0)08.008.0(02.01.0kg =-+⨯=小结：力矩平衡问题的研究方法和思想与共点力平衡问题是相似的，只不过一个研究的是力的平动效果，匀速或加速运动，一个研究的是物体的转动效果，匀速转动或加速转动。