高中物理竞赛-物理力矩平衡条件及应用.pdf

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 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______. 图3-1 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 图3-2 ［例1］（★★★★★）如图3-3所示，长为L质量为m 的均匀木棒， μ 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 θ 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 图3-3 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： L 1 θ θ F Lcos =mg cos F = mg N1 2 N1 2 图3—4 图3—5 F （2）小车向左运动，棒另外受到一个水平向左的摩擦力F 作用，受力如图 3-5 所示，则有 Lcos 1 N2 L θ θ μF θ =mg cos + Lsin 2 N2 mg F F F 所以 = ,则 ＞ N   N N 2 2(1 tan ) 2 1 （3）小车向右运动时，棒受到向右的摩擦力F 作用，受力如图 3-6 2 所示，有 L F θ μF θ θ Lcos + Lsin =mg cos