力矩和力矩平衡
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 θ
②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动的力矩之和。
F
F
2
∑M=0或∑M
顺＝∑M
逆
4．解决实际问题的步骤；
（a）确定研究对象——哪个物体；
（b）分析状态及受力——画示意图；
（c）列出力矩平衡方程：
∑M=0或∑M顺＝∑M逆；
（d）解出字母表达式，代入数据；
（e）作必要的讨论，写出明确的答案。
5．正确理解力矩的概念
力矩是改变转动物体的运动状态的物理量，门、窗等转动物体从静止状态变为转动状态或从转动状态变为静止状态时，必须受到力的作用。但是，我们若将力作用在门、窗的转轴上，则无
论施加多大的力都不会改变其运动状态，可见转动物体的运动状态和变化不仅与力的大小有关，
还受力的方向、力的作用点的影响。力的作用点离转轴越远，力的方向与转轴所在平面越趋于垂
直，力使转动物体运动状态变化得就越明显。物理学中力的作用点和力的作用方向对转动物体运
动状态变化的影响，用力矩这个物理量综合表示，因此，力矩被定义为力与力臂的乘积。力矩概
括了影响转动物体运动状态变化的所有规律，力矩是改变转动物体运动状态的物理量。
力矩是矢量，在中学物理中，作用在物体上的力都在同一平面内，各力对转轴的力矩只能使物体顺时针转动或逆时针转动，这样，求几个力矩的合力就简化为代数运算。
三．好题解给你
(1)如图所示，要使圆柱体绕A点滚上台阶，试通过作图来判断在圆柱体上的最
高点所施加的最小力的方向_____________
(2)匀质杆AO可绕O轴转动，今用水平力使它缓缓抬起的过程中，如图所示，
重力对O轴的力臂变化是_____________，重力对O轴的力矩变化情况是_____________，中果已知抬起过程中水平拉力力矩的大小应等于重力的力矩，则水平拉力F的变化情况是_____________。
2.基础题
(1) 下列关于力矩的叙述中正确的是（C杆状物体在一对作用线
过转轴的平衡力作用下也可平衡）
A．使物体保持静止状态的原因
B．是物体转动的原因
C．是物体转动状态改变的原因
D．杆状物体的平衡只能是在力矩作用下的力矩平衡
四．如图所示，ON杆可以在竖直平面内绕O点自由转动，若在N端分别沿图示方向施力F1、F2、F3，杆均能静止在图示位置上．则三力的
大小关系是（D）
A．F1=F2=F3
B．F1＞F2＞F3
C．F2＞F1＞F3
F1
D ．F 1＞F 3＞F 2
(1) 一段粗细不均匀的木棍如图2所示，支在某点恰好平衡，若在该处将木棍截成两段，则所分成两段的重必定是（ B 因为粗段的力臂小） A ．相等
B ．细段轻、粗段重
C ．细段重，粗段轻
D ．不能确定
2. 应用题
(1) 如图，把物体A 放在水平板OB 的正中央，用一不变的力F 将板的B 端匀速地慢慢抬高（O 端不动），设A 相对平板静止，则A 对板的压力将______，A 与B 之间的摩擦力将______，F 对O 点的力矩将______．
(2) 一根均匀的木棒长1m ，在棒的左端挂一个质量为6kg 的物体， 然后在距棒左端0.2m 处将棒支起，棒恰平衡，则棒的质量是______
(3) 一块均匀木板MN 长L ＝15m ，重G 1＝400N ，搁在相距D ＝8m 的两个支架A 、B 上，MA ＝NA ，重G 2＝600N 的人从A 点向B 点走去，如图所示。求：①人走过B 点多远木板会翘起来？②为使人走到N 点时木板不翘起来，支架B 应放在离N 多远处？ 应用题参考答案：
（1）减小，增大，减小 （2）4kg
（3）2.67m 、3m 分析和解：当木板刚翘起来时，板的重力对B 点产生的力矩和人的重力对B 点产
生的力矩使板平衡，设人走过B 端L 时木板会翘起来，则有B L ?=?6004400 可解得L B ＝2.67m, 同理，可设当人走到N 端木板刚要翘起来时，B 支架和N 端的距离为L BN 则有BN BN L L ?=-?600)5.7(400
可得L BN ＝3m 3. 提高题
(1) 如图，均匀杆OA 质量为m ，O 端用铰链悬起，A 端放在木板B 上，杆与板间的动摩擦因数为3
1=
μ，木板在拉力F 的作用下向右作匀
速运动，杆与竖直方向夹角为30°，则杆对木板的压力
N=__
mg 4
1
____． (2) 如图所示，厚薄均匀的BC 板长L 为0.5m,板的一端B 与墙用铰链连接，在C 端用一水平的细绳连接，绳的另一端固定在墙上的A 点，已知AB 和BC 的夹角为60o，在板上放一重球，球重G 1＝20N ，半径为5cm ，板重G 2＝8N ，求水平绳的拉力F （不计摩擦）（2）14.8N
(1) 如图所示，均匀木棒AB 的一端N 支在水平地面上，将另一端用水平拉力F 拉住，使木棒处于平衡状态，则地面对木棒AB 的作用力的方向为
A 、总是竖直向上的，如F 1
B 、总是偏向木棒的右侧，如F 2
C 、总是沿着木棒的方向，如F 3
D 、总是偏向木棒的左侧，如F 4。、
(2) 用秤称物如图，物重4kg ，平衡时OA ∶OB=1∶4．设秤杆、秤盘等重量不计，手的拉力必须是______kg ．
(3) 如图一均匀木板长12m ，重200N ，距A 端3m 处有一固定转轴O ，另一端B 用细绳悬吊着，使木板成水平状态．若细绳能承受的最大拉力为200N ，细绳与木板的夹角为30°，欲使一个体重为600N 的人在板上能安全行走，此人在板上行走的范围是多大？（从转轴左侧1m 到转轴右侧0.5m 之间）
(4) 有一质量为m=50kg 的杆，竖立在水平地面上，杆与地面间的最大静摩擦因数为μ=0.3，杆的上端被固定在地面上的绳索拉住，绳与杆的夹角θ=30°。
①若以水平力F 作用于杆上，作用点到地面的距离h 为杆长L 的5
2
，要使杆不滑到，则力F 最大不能超过多少？ ②若将作用点移到L h 5
4
=
处，情况又如何？ 分析：如下图所示，根据题述，由杆的平衡条件∑F x =0，∑F y =0，建立方程有
F-Tsin θ-f=0， N-Tcos θ-mg=0。
据力矩平衡条件建立方程有 F （L-h ）-fL=0。
因静摩擦力f ≤f m ，所以，f ≤μN 。
解方程组得
①当h=
5
2
L 时，得F 的最大值为
代入已知数据解得 F=385N 。
②当L h 5
4
=
时， 对于任何大小的F 的值，杆都不发生滑动。
力矩与力矩平衡
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=Lsinθ 力矩M＝F?L sinθ ②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F1产生的力矩，M ＝F sinθ?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动的力矩之和。 ∑M=0或∑M 顺＝∑M 逆 F F2
力矩平衡
1．力矩 力的三要素是大小、方向和作用点。由作用点和力的方向所确定的射线称为力的作用线。力作用于物体，常能使物体发生转动，这时外力的作用效果不仅取决于外力的大小和方向，而且取决于外力作用线与轴的距离——力臂(d )。 力与力臂的乘积称为力矩，记为M ，则M Fd =，如图1，O 为垂直于纸面的固定轴，力F 在纸面内。 力矩是改变物体转动状态的原因。力的作用线与轴平行时，此力对物体绕该轴转动没有作用。若力F 不在与轴垂直的平面内，可先将力分解为垂直于轴的分 量F ⊥和平行于轴的分量F ∥，F ∥对转动不起作用，这时力F 的力矩为M F d ⊥=。通常规定 绕逆时方向转动的力矩为正。当物体受到多个力作用时，物体所受的总力矩等于各个力产生力矩的代数和。 某个力的力矩定义为力臂与力的叉乘，即M r F =? 力矩M 是矢量，其方向通常按右手螺旋定则确定：力矩M 同时垂直于力臂r 与力F ，当右手螺旋从r 的方向转到F 的方向时大拇指的方向即为M 的方向. 叉乘a ×b =c c 称“矢量的叉积”，它是一个新的矢量。叉积的大小：c =absinα，其中α为a 和b 的夹角。意义：c 的大小对应由a 和b 作成的平行四边形的面积。叉积的方向：垂直a 和b 确定的平面，并由右手螺旋定则确定方向，如图所示。显然，a ×b ≠b ×a ，但有：a ×b =－b ×a 【注意】转轴可以随意选取，力矩计算的核心技巧是巧选转轴，总的原则是 未知力作用线不能通过转轴，其次是其他未知力作用线尽量过轴。 通常不考虑形变的物体都称作刚体, 刚体平衡必须满足两个条件其 一：力的矢量和等于零，即0Fi ∑= 这就保证了刚体没有平动. 其二：作用于刚体的力对于矩心O 的合力矩也为零，即0Mi ∑= 知识点睛 10.1力矩平衡 第10讲 力矩平衡
力矩以力矩平衡
力矩和力矩平衡 一：力矩的概念 力矩是改变转动物体的运动状态变化的物理量，门、窗等转动物体从静止状态变为转动状态或从转动状态变为静止状态时，必须受到力的作用。但是，我们若将力作用在门、窗的转轴上，则无论施加多大的力都不会改变其转动状态，可见物体的转动运动状态的变化不仅与力的大小有关，还与受力的方向、力的作用点有关。力的作用点离转轴越远，力的方向与转轴所在平面越趋于垂直，力使转动物体运动状态变化得就越明显。在物理学中力对转动物体运动状态变化的影响，用力矩这个物理量来表示，因此，力矩被定义为力与力臂的乘积。力矩概括了影响转动物体运动状态变化的所有规律，力矩是改变转动物体运动状态的物理量。 力矩是表示力对物体产生转动作用的物理量，是物体转动转动状态改变的原因。它等于力和力臂的乘积。表达式为：M=FL，其中力臂L是转动轴到F的力线的（垂直）距离。单位：Nm 效果：可以改变转动物体运动状态。 转轴： 物体转动时，物体上的各点都沿圆周运动，圆周的中心在同一条直线上，这条直线就叫转轴。 特点：1，体中始终保持不动的直线就是转轴。 2，体上轴以外的质元绕轴转动，转动平面与轴垂直且为圆周， 圆心在轴上。 3，转轴相平行的线上各质元的运动情况完全一样。 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。
电机输出扭矩计算公式
电动机输出转矩 转矩（英文为torque ） 使机械元件转动的力矩称为转动力矩，简称转矩。机械元件在转矩作用下都会产生一定程度的扭转变形，故转矩有时又称为扭矩。转矩是各种工作机械传动轴的基本载荷形式，与动力机械的工作能力、能源消耗、效率、运转寿命及安全性能等因素紧密联系，转矩的测量对传动轴载荷的确定与控制、传动系统工作零件的强度设计以及原动机容量的选择等都具有重要的意义。此外,转矩与功率的关系T=9549P/n 电机的额定转矩表示额定条件下电机轴端输出转矩。转矩等于力与力臂或力偶臂的乘积，在国际单位制(SI)中，转矩的计量单位为牛顿?米(N?m)，工程技术中也曾用过公斤力?米等作为转矩的计量单位。电机轴端输出转矩等于转子输出的机械功率除以转子的机械角速度。直流电动机堵转转矩计算公式TK=9.55KeIK 。 三相异步电动机的转矩公式为： S R2 M=C U12 公式[2 ] R22+（S X20）2 C：为常数同电机本身的特性有关；U1 ：输入电压； R2 ：转子电阻；X20 ：转子漏感抗；S：转差率 可以知道M∝U12 转矩与电源电压的平方成正比，设正常输入电压时负载转矩为M2 ，电压下降使电磁转矩M下降很多；由于M2不变，所以M小于M2平衡关系受到破坏，导致电动机转速的下降，转差率S上升；它又引起转子电压平衡方程式的变化，使转子电流I2上升。也就是定子电流I1随之增加（由变压器关系可以知道）；同时I2增加也是电动机轴上送出的转矩M又回升，直到与M2相等为止。这时电动机转速又趋于新的稳定值。 转矩的类型 转矩可分为静态转矩和动态转矩。 静态转矩是值不随时间变化或变化很小、很缓慢的转矩，包括静止转矩、恒定转矩、缓变转矩和微脉动转矩。 静止转矩的值为常数，传动轴不旋转； 恒定转矩的值为常数，但传动轴以匀速旋转，如电机稳定工作时的转矩； 缓变转矩的值随时间缓慢变化，但在短时间内可认为转矩值是不变的； 微脉动转矩的瞬时值有幅度不大的脉动变化。 动态转矩是值随时间变化很大的转矩，包括振动转矩、过渡转矩和随机转矩三种。振动转矩的值是周期性波动的；过渡转矩是机械从一种工况转换到另一种工况时的转矩变化过程；随机转矩是一种不确定的、变化无规律的转矩。 根据转矩的不同情况，可以采取不同的转矩测量方法。 转矩=9550*功率/转速 同样 功率=转速*转矩/9550 平衡方程式中：功率的单位（kW）；转速的单位（r/min)；转矩的单位（N.m）；9550是计算系数。
力矩及平衡条件
课题力矩平 衡 课 型 新授 课 备 课 时 间 2014.10.10 教法 学法 教学 重点了解转动平衡的概念，理解力臂和力矩的概念教学 难点固定转动轴物体平衡的条件 上课时间检查人签 字 教学过程设计及知识点传授： 一、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。 二、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。转动平衡状态和平动平衡状态比较记忆
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=Lsinθ 力矩M＝F?L sinθ ②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F1产生的力矩，M＝F sinθ?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 F L F θ L F θ L F2 F1 教学过程设计及知识点传授： 三、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动的力矩之和。 ∑M=0 或 ∑M顺＝∑M逆 1．解决实际问题的步骤； （a）确定研究对象——哪个物体； （b）分析状态及受力——画示意图； （c）列出力矩平衡方程： ∑M=0或∑M顺＝∑M逆； （d）解出字母表达式，代入数据； （e）作必要的讨论，写出明确的答案。教法学法
什么是扭矩 扭矩计算公式和单位
什么是扭矩扭矩计算公式和单位 2008年01月07日 10:07 转载作者：本站用户评论（0） 关键字： 什么是扭矩 扭矩：扭矩是使物体发生转动的力。发动机的扭矩就是指发动机从曲轴端输出的力矩。在功率固定的条件下它与发动机转速成反比关系，转速越快扭矩越小，反之越大，它反映了汽车在一定范围内的负载能力。 扭矩和功率一样，是汽车发动机的主要指数之一，它反映在汽车性能上，包括加速度、爬坡能力以及悬挂等。它的准确定义是：活塞在汽缸里的往复运动，往复一次做有一定的功，它的单位是牛顿。在每个单位距离所做的功就是扭矩了。是这样的，扭矩是衡量一个汽车发动机好坏的重要标准，一辆车扭矩的大小与发动机的功率成正比。举个通俗的例子，比如，像人的身体在运动时一样，功率就像是身体的耐久度，而扭矩是身体的爆发力。对于家用轿车而言，扭矩越大加速性越好；对于越野车，扭矩越大其爬坡度越大；对于货车而言，扭矩越
大车拉的重量越大。在排量相同的情况下，扭矩越大说明发动机越好。在开车的时候就会感觉车子随心所欲，想加速就可加速，“贴背感”很好。现在评价一款车有一个重要数据，就是该车在0－100公里／小时的加速时间。而这个加速时间就取决于汽车发动机的扭矩。一般来讲，扭矩的最高指数在汽车2000－4000／分的转速下能够达到，就说明这款车的发动机工艺较好，力量也好。有些汽车在5000／分的转速左右才达到该车扭矩的最高指数，这说明“力量”就不是此车所长。 扭矩在物理学中就是力矩的大小，等于力和力臂的乘积，国际单位是牛米Nm，此外我们还可以看见kgm、lb-ft这样的扭矩单位，由于G=mg，当g=9.8的时候，1kg＝9.8N，所以1kgm ＝9.8Nm，而磅尺lb-ft则是英制的扭矩单位，1lb=0.4536kg;1ft=0.3048m，可以算出1lb-ft ＝0.13826kgm。在人们日常表达里，扭矩常常被称为扭力（在物理学中这是2个不同的概念）。现在我们举个例子：8代Civic 1.8的扭矩为173.5Nm@4300rpm，表示引擎在4300转/分时的输出扭矩为173.5Nm，那173.5N的力量怎么能使1吨多的汽车跑起来呢？其实引擎发出的扭矩要经过放大（代价就是同时将转速降低）这就要靠变速箱、终传和轮胎了。引擎释放出的扭力先经过变速箱作“可调”的扭矩放大（或在超比挡时缩小）再传到终传（尾牙）里作进一步的放大（同时转速进一步降低），最后通过轮胎将驱动力释放出来。如某车的1 挡齿比（齿轮的齿数比，本质就是齿轮的半径比）是3，尾牙为4，轮胎半径为0.3米，原扭矩是200Nm的话，最后在轮轴的扭力就变成200×3×4＝2400Nm（设传动效率为100%）在除以轮胎半径0.3米后，轮胎与地面摩擦的部分就有2400Nm/0.3m＝8000N的驱动力，这就足以驱动汽车了。 若论及机械效率，每经过一个齿轮传输，都会产生一次动力损耗，手动变速箱的机械效率约在95%左右，自排变速箱较惨，约剩88%左右，而传动轴的万向节效率约为98%。整体而言，汽车的驱动力可由下列公式计算： 扭矩×变速箱齿比×最终齿轮比×机械效率 驱动力= ———————————————————— 轮胎半径（单位：米） 小结：1kgm＝9.8Nm 1lb-ft＝0.13826kgm 1lb-ft＝1.355Nm 一般来说，在排量一定的情况下，缸径小，行程长的汽缸较注重扭矩的发挥，转速都不会太高，适用于需要大载荷的车辆。而缸径大，行程短的汽缸较注重功率的输出，转速通常较高，适用于快跑的车辆。简单来说：功率正比于扭矩×转速 补充一点：为什么引擎的功率能由扭矩计算出来呢？ 我们知道，功率P＝功W÷时间t 功W＝力F×距离s 所以，P＝F×s/t＝F×速度v
平衡力距力矩与杠杆原理
平衡、力距 「力學」是一門研究物體的運動規律及其應用的學科，有的將其獨立成科，有的將其歸類為物理學的一個分支。查實，古人通過對天文、自然現象的觀察及機械的製作早已對力學有研究，天文、數學及力學基本上不可分割，眾多的「數學大師」如阿基米德(Archimedes)、拉普拉斯(Laplace)、拉格朗日(Lagrange)、牛頓(Newton)、帕斯卡(Pascal)與及較近代的龐加萊(Poincar′e )，介紹他們的時候，除了稱他們為數學家外，亦有稱他們為天文學家、物理學家或力學家。 以牛頓運動定律為基礎的力學稱為「牛頓力學」或「經典力學」，而通常說的「力學」，一般就是指「牛頓力學」或「經典力學」。 「力學」亦有很多分支，按研究問題的性質，可分為：靜力學(statics)、運動學(kinematics)和動力學(dynamics)1。 本欄的主要討論對象為靜力學，討論物體在外界的作用下，機械運動狀態保持不變(平衡)的條件。一件物件能夠保持平衡(equilibrium)的條件： 1.它所受外力的矢量和(vector sum)為零； 2.這些外力對任何軸所產生的力矩(moment of force)互相抵 消。 力矩與槓杆原理 力矩是量度「力」使物體產生轉動作用的量，亦是引致物體轉動狀態改變的原因。如圖，在B 點的力F 作用到A 點的力距M 為F 的大小與力臂d 的乘積，即 M =F d 其中「力臂」是指從轉軸到力的垂直距離。 力矩愈大，使物體轉動的作用愈明顯，如使用扳手擰螺絲 帽，愈長手柄的扳手，因力臂可以更長，用相同的力，會產 生更大的力距，會更易扭動螺絲帽。如圖，槓杆的「支點」為P ， 左右懸掛了物件A 與B ，槓杆 平行的條件為 F 1d 1=F 2d 2 這條件亦稱為「槓 杆原理」。 F 12d d P 1礙于筆者對物理學的認知非常少，未能道出Dynamics 和Kinetics 的分別 1
难点3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。 ●难点考场 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 = 3 2 L ，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 2 L c os θF N 1=21mg 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=mg 2 L cos θ+μ2N F L sin θ 所以2N F = ) tan 1(2θμ-mg ,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=mg 2 L 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3-1 图3-2 图3-3 图3—6
扭矩和功率的计算公式推导及记忆方法(全)
扭矩和功率及转速的关系式，是电机学中常用的关系式，近期在百度知道上常有看到关于扭矩和功率及转速的相关计算式的问答，一般回答者都是直接给出计算公式，公式中的常数采用近似值，常数往往不容易记住，本文的目的就是帮助大家方便的记住这些公式，并在工程应用中熟练的使用。 一记住扭矩和功率的公式形式 扭矩和功率及转速的关系式一般用于描述电机的转轴的做功问题，扭矩越大，轴功率越大；转速越高，轴功率越大，扭矩和转速都是产生轴功率的必要条件，扭矩为零或转速为零，输出轴功率为零。因此，电机空转或堵转就是轴功率等于零的两个特例。 功率和扭矩及转速成正比，扭矩和功率的关系式具有如下形式： P=aTN 上式中，a为常数，对应的有： T=(1/a)(1/N)P 即扭矩和功率成正比，和转速成反比。 记忆方法： 记住扭矩T和功率P成正比，扭矩T和转速N成反比，而系数a不必记忆。 二记住力做功的基本公式 提问者通常都知道上述关系式，问题的焦点在于常数a的具体数值。 如果不是经常使用该公式，的确很难记住这个常数，本人亦是如此。 不过，只要记住扭矩和转速公式的推导方式，可以很快推导出结果，得到系数a的准确值。 我们知道力学中力做功的功率计算公式为： P=FV（2） 上述公式为力做功的基本公式。然而，基本公式中没有出现扭矩T和转速N。 如果我们注意到：扭矩实际上就是力学上的力矩。就很容易联想到扭矩T和力F的关系。 由于力矩等于力F和力臂的乘积，而力臂是轴的半径r，因此有： T=Fr或 F=T/r（3）
图2 扭矩和力臂的关系 记忆方法： N是力的单位，m是长度的单位，因此，力等于扭矩除以长度，而长度就是半径r。扭矩的单位是N.m， 三掌握角速度和速度的转换方法 第二节告诉我们，扭矩与轴的半径有关，可是，扭矩和功率的关系式（1）中，并无轴半径的参数r，也无力做功基本公式（2）中的速度V。 这就引导我们去思考，将速度V变换为转速N后，转速N与扭矩T相乘，应该可以抵消掉轴半径r。实际正是如此： 电动机轴面上任意一点的速度与旋转的角速度及轴半径成正比，即： V=ωr（4） 记忆方法： 圆弧的长度等于角度乘以半径，圆周运动的速度等于角速度乘以半径。 四扭矩和功率的基本公式 将式（3）和（4）代入式（2），得到： P=Tω（5） 式（5）为扭矩和功率的基本公式，这个公式，我们可以按照上述方式推导，不过最好的办法还是直接记住。 记忆方法： 角速度ω和转速N都可以反映转速，采用角速度时，扭矩和功率成正比，扭矩和转速成反比，且正反比的系数均为1，因此，这是扭矩和功率的基本公式。 五单位转换
高考物理力矩和力矩平衡专题训练
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 θ ②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动的力矩之和。 F F 2
扭矩计算公式和单位
扭矩计算公式和单位 扭矩：扭矩是使物体发生转动的力。发动机的扭矩就是指发动机从曲轴端输出的力矩。在功率固定的条件下它与发动机转速成反比关系，转速越快扭矩越小，反之越大，它反映了汽车在一定范围内的负载能力。 扭矩和功率一样，是汽车发动机的主要指数之一，它反映在汽车性能上，包括加速度、爬坡能力以及悬挂等。 它的准确定义是：活塞在汽缸里的往复运动，往复一次做有一定的功，它的单位是牛顿。在每个单位距离所做的功就是扭矩了。是这样的，扭矩是衡量一个汽车发动机好坏的重要标准，一辆车扭矩的大小与发动机的功率成正比。举个通俗的例子，比如，像人的身体在运动时一样，功率就像是身体的耐久度，而扭矩是身体的爆发力。对于家用轿车而言，扭矩越大加速性越好；对于越野车，扭矩越大其爬坡度越大；对于货车而言，扭矩越大车拉的重量越大。在排量相同的情况下，扭矩越大说明发动机越好。在开车的时候就会感觉车子随心所欲，想加速就可加速，“贴背感”很好。现在评价一款车有一个重要数据，就是该车在0－100公里／小 时的加速时间。而这个加速时间就取决于汽车发动机的扭矩。 一般来讲，扭矩的最高指数在汽车2000－4000／分的转速下能够达到，就说明这款车的发动机工艺较好，力量也好。有些汽车在5000／分的转速左右才达 到该车扭矩的最高指数，这说明“力量”就不是此车所长。 扭矩在物理学中就是力矩的大小，等于力和力臂的乘积，国际单位是牛米Nm，此外我们还可以看见kgm、lb-ft这样的扭矩单位，由于G=mg，当g=9.8的时候，1kg＝9.8N，所以1kgm＝9.8Nm，而磅尺lb-ft则是英制的扭矩单位， 1lb=0.4536kg;1ft=0.3048m，可以算出1lb-ft＝0.13826kgm。在人们日常表达里，扭矩常常被称为扭力（在物理学中这是2个不同的概念）。现在我们举个例子：8 代Civic 1.8的扭矩为173.5Nm@4300rpm，表示引擎在4300转/分时的输出扭矩为173.5Nm，那173.5N的力量怎么能使1吨多的汽车跑起来呢？其实引擎发出的扭矩要经过放大（代价就是同时将转速降低）这就要靠变速箱、终传和轮胎了。引擎释放出的扭力先经过变速箱作“可调”的扭矩放大（或在超比挡时缩小）再传到终传（尾牙）里作进一步的放大（同时转速进一步降低），最后通过轮胎将驱动力释放出来。如某车的1挡齿比（齿轮的齿数比，本质就是齿轮的半径比）是3，尾牙为4，轮胎半径为0.3米，原扭矩是200Nm的话，最后在轮轴的扭力就变成200×3×4＝2400Nm（设传动效率为100%）在除以轮胎半径0.3米后，轮胎与地面摩擦的部 分就有2400Nm/0.3m＝8000N的驱动力，这就足以驱动汽车了。 若论及机械效率，每经过一个齿轮传输，都会产生一次动力损耗，手动变速箱的机械效率约在95%左右，自排变速箱较惨，约剩88%左右，而传动轴的万向 节效率约为98%。整体而言，汽车的驱动力可由下列公式计算： 扭矩×变速箱齿比×最终齿轮比×机械效率 驱动力= ———————————————————— 轮胎半径（单位：米） 小结：1kgm＝9.8Nm 1lb-ft＝0.13826kgm 1lb-ft＝1.355Nm
物理：力矩的平衡问题
力矩的平衡问题 I高考最新热门题 1 (典型例题)有人设计了一种新型伸缩拉杆秤．结构如图2-3-l，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，往外移动内外套筒可使杆秤平衡，从内外套筒左端的位置可以读得两个读数，将这两个读数相加，即可得到待测物体的质量．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0.1 Lg．取重力加速度g=10m/s2．求： (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? 命题目的与解题技巧：本题是一道联系实际的问题，考查了力矩平衡条件、分析综合能力以及运用已学知识处理新情景中所提出的问题的迁移能力和创新意识。此题解题方法是，注意分析物体的受力，和力矩情
况，利用力矩平衡的条件即可求解． 【解析1 】 (1)套筒不拉出时杆秤恰好于衡，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 M=2mg =2×O.1 ×10×(0.08-0.02) N·m=0.12 N·m (2)力矩平衡 m1gd=mgx1+mg(x1+x2) 所以m1= (3)正常称1 kg重物时，左边的重物使得逆时针转动的力矩增加了m2gd．为了平衡，内外两个套筒可一起向外拉出x′由于套筒向外拉出 使得顺时针转动的力矩增大了2mgx′ 由力矩的平衡得：m2gd=2mgx′ 外层套筒丢失后称物，此时内套筒左端离秤纽距离为x′— d=0.08 m 力矩平衡 m2gd+M=mg(x′-d+) 所以 m2 2 (典型例题)下图2-3-2是正在治疗的骨折病人腿 部示意图．假定腿和石膏的总质量为15ke，其重心A距支点O的距离为 35cm，悬挂处B距支点O的距离为阻5cm，则悬挂物的质量为 ____________kg.(保留两位小数) **6．5 kg 指导：O点为固定转动轴，F A=M A g，L A=0．35m，F B=mg定滑轮的性质：L B=0．805 m． 据平衡条件： FA·LA=FB·LB=mgL B， 代入数据得m=6．5kg 3 (典型例题)如图2-3-3所示，一自行车上连接踏脚板的连杆长R1，
4-4力矩 力矩的平衡
4—4 力矩力矩的平衡 教学设计方案 （一）引入新课 物体的机械运动有平动和转动两种基本形式，力既能改变物体的平动状态，也能改 变物体的转动状态。（教师提出问题请同学们思考：） （1）请大家列举力改变物体转动状态的实例。 （2）演示用力推门，总结改变转动状态的原因。 （物体转动状态的改变，不仅与施加的作用有关，还与施加力的作用点、力的作用位置有关。） 我们知道，力具有三个要素：大小、方向、作用点。使物体转动，例如开关门、窗的过程，很能说明这三要素中只要有一个不同就会产生不同的效果。那么，能不能定义一个物理量，把这三要素对转动的影响全部考虑进去呢？ （二）引出课程内容 1．刚体的转动 转动：物体上面的各点都绕着同一直线做圆周运动，这种运动称为转动，这条直线称为转轴。 刚体：作转动的物体，在受外力作用时，如果大小和形状都不发生变化，这种物体称为刚体。 刚体的特点：在力的作用下，不发生形变。 刚体是一种理想模型，在研究转动时，我们把物体视为刚体。固体转动时，如果固体上各点都绕轴做匀速圆周运动，则这种转动称为匀速转动。如：风扇的扇叶，齿轮、电动机的转子等正常转动时，都属于匀速转动。起动和停止过程是非匀速转动。 当游乐园的转马的大转盘做匀速转动时，它上面各匹马转动的线速度和角速度是否相同？（见图1，也可以在黑板上画示意图）
图1 物体做匀速转动时，它上面各点的线速度不同，角速度是相同的。如果物体做匀速转动时，它的角速度就是常量，我们用角速度来描述匀速转动的快慢。 2．力矩 请同学们分析怎样才能容易地打开门？结论是力对物体的转动效果不仅与力的大小有关，还和力的方向，力与门轴的距离有关。即 与力和力臂的乘积有关。 （1）力臂：从转动轴到力或力的作用线的垂直距离。 如图2所示，转盘可以绕轴O 转动，在盘上 A ，B 两点各受到1F 和2F 的作用，且1F 和2F 在垂 直于转轴的平面内，画出1F 和2F 的力臂。 1F 的力臂是图中O 点到1F 的作用线的垂直距 离d 1；2F 的力臂是图1中O 点到2F 的作用线的垂直距离d 2 （2）力矩 如图3所示，把横杆水平悬挂起来，其左端系一 质量为m 的物块，用弹簧秤在右端不同位置A 、A ′ 竖直向下拉横杆，使细线处于伸直状态，横杆恰 能转动。记下两次弹簧秤的读数1F 、2F 和A 、A ′ 与悬点O 之间的距离d 1、d 2。 实验结果：1F d 1= 2F d 2 上述实验表明，不同的力作用在一个物体上，如果这些力和对应的力臂的乘积Fd 相等，则力所产生的转动效果相同。这个实验事实告诉我们：应当Fd 用来表示力的转动效果。物理学中，用力矩（M ）作为描述力所产生的转动效果的物理量。可得: ① 定义：力和力臂的乘积称为力矩。M =Fd ② 单位：牛顿米，符号是N ·m 。 （3）力矩的方向： 转动物体角速度的改变情况，就是由力矩决定的。 力矩可以使物体向不同方向转动。在图2中，1F 的力矩 1M 使转盘绕轴O 作顺时针方向转动，而2F 的力矩则使 转盘绕轴O 做逆时针方向转动。通常规定： F 1 图4
拧紧力矩的计算方法
拧紧力矩的计算方法 1. 螺栓和螺母组成的螺纹副在紧固时，紧固力是通过旋转螺母或螺栓（通常是螺母）而获得的，紧固力与旋转螺母所用的扭矩（拧紧扭矩）成正比，为了保证达到设计所需的紧固力，就要在工艺文件中规定拧紧扭矩，并在实际施工中贯彻实施。 2. 机械设计中拧紧扭矩计算方法 M = KPD 式中： M — 拧紧扭矩，Nm K — 扭矩系数 P — 设计期望达到的紧固力，KN D — 螺栓公称螺纹直径，mm 3. 紧固力P 一般在设计上选取螺栓屈服强度σs 的60～80％，安全系数约为1.2以上。 4. 扭矩系数K 是由内外螺纹之间的摩擦系数和螺栓或螺母支撑面与被紧固零件与紧固件接触的承压面的摩擦系数综合而成。它与紧固件的表面处理、强度、形位公差、螺纹精度、被紧固零件承压面粗糙度、刚度的许多因素有关，其中表面处理是一个关键的因素。不同的表面处理，其扭矩系数相差很大，有时相差近一倍。例如：同螺纹规格，同强度的螺纹副，表面处理为磷化时，扭矩系数约为0.13～0.18，而表面处理为发黑时，扭矩系数可达0.26～0.3。 5. 对于M10~M68的粗牙钢螺栓，当螺纹无润滑时，拧紧力矩粗略计算公式： 0.2M PD = 6．VDI 2230中的拧紧力矩计算方法 22(0.160.58)2 : :::::Km A M G K M G Km K D M F P d F P d D μμμμ=?+??+式中: 装配预紧力螺距 外螺纹基本中径 螺栓螺纹摩擦系数螺栓头部下面的摩擦直径 螺栓头支承面摩擦系数 ()()0s 2s 23310 :/4 :=+/2 /6 :=0.50.7 :s s s s s s P A A A d d d d d d d H H σπσσσ=?=?=-?也可以由下表查出 螺纹部分危险剖面的计算直径螺纹牙的公称工作高度 ～螺栓材料的屈服极限
力矩以力矩平衡
力矩与力矩平衡 一:力矩得概念 力矩就是改变转动物体得运动状态变化得物理量,门、窗等转动物体 从静止状态变为转动状态或从转动状态变为静止状态时,必须受到力得作用。但就是,我们若将力作用在门、窗得转轴上,则无论施加多大得力都不 会改变其转动状态，可见物体得转动运动状态得变化不仅与力得大小有关, 还与受力得方向、力得作用点有关。力得作用点离转轴越远,力得方向与 转轴所在平面越趋于垂直,力使转动物体运动状态变化得就越明显。在物 理学中力对转动物体运动状态变化得影响,用力矩这个物理量来表示,因此, 力矩被定义为力与力臂得乘积。力矩概括了影响转动物体运动状态变化得 所有规律,力矩就是改变转动物体运动状态得物理量。 力矩就是表示力对物体产生转动作用得物理量，就是物体转动转动状 态改变得原因。它等于力与力臂得乘积。表达式为：Ｍ＝ＦＬ,其中力臂L 就是转动轴到F得力线得（垂直）距离。单位:Nm 效果:可以改变转动物体 运动状态。 转轴: 物体转动时,物体上得各点都沿圆周运动,圆周得中心在同一条直线上, 这条直线就叫转轴。 特点:1,体中始终保持不动得直线就就是转轴。 2,体上轴以外得质元绕轴转动,转动平面与轴垂直且为圆周,圆 心在轴上。 ３，转轴相平行得线上各质元得运动情况完全一样。 大多数情况下物体得转轴就是容易明确得，但在有得情况下则需要自 己来确定转轴得位置。如:一根长木棒置于水平地面上,它得两个端点为AB，现给B端加一个竖直向上得外力使杆刚好离开地面,求力F得大小。在 这一问题中，过A点垂直于杆得水平直线就是杆得转轴。象这样，在解决 问题之前,首先要通过分析来确定转轴得问题很多,只有明确转轴，才能计 算力矩,进而利用力矩平衡条件。 作用于同一物体得同一力,由于所取转轴得位置不同,该力对轴得力矩 大小可能发生相应得变化，对物体产生转动作用得方向(简称“转向”)也 可能不同。例如如右图中得力F，若以为轴(即对取矩)其力矩为M1＝ＦL１, 使物体逆时针转,若以为轴(即对取矩)其力矩为M２=FL2,使物体顺时针转, 由图可知L1 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 θ ②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 F F 2 求解力矩平衡的方法 求解力矩平衡问题的一般思路 1、确定研究对象（有转动轴的物体） 2、受力分析（转动轴处除外） 3、列出力矩平衡方程求解。 例13：均匀板AB 重300 N ，支于O 点。右端用绳系住，绳与板 的夹角为0 30，如图所示。AO 长4 m ，OB 长8 m ，人重500 N ，绳子 能承受的最大拉力为200 N 。求：人能在板上安全行走的范围。 解析：人往右走过太多时绳子会被拉断，所以能安全行走的最右端就是绳子拉力刚好为200 N 时。设此时人与O 点的距离为1x ，此时板除转轴外受到重力G 、人的压力N 和绳子的拉力T 的作用，如图所示。G 和N 的力矩均为顺时针方向，T 的力矩为逆时针方向，则 ) T N G TL NL GL =+ 由题意可知：m L G 2=，1x L N = m OB L T 430sin 0=?= 代入得：420050023001?=+?x 可解得：m x 4.01= 人往左走过太多时板会逆时针转动。设刚要转动时人与O 点的距离为2x ，此时绳子拉力为零。板除转轴外受到重力G 和人的压力N 的作用，则 2/ Nx NL GL N G == 代入得：25002300x =? 所以：m x 2.12= 人能安全行走的范围为从O 点左边m 2.1到O 点右边m 4.0之间。 说明：转轴处所受力的力臂为零，不产生力矩，所以一般可以不用分析。 \ 思考：T 的力矩你能用分解力的方法求吗 例14：如图所示的杆秤，O 处安装提纽，A 处安装秤钩，C 是秤杆和秤钩的重心。设秤杆和秤钩的总质量kg m 5.01=，cm OC 2=，cm OA 8=，秤砣的质量kg m 12=。问：（1）该杆秤的零刻度在O 点的哪一侧距O 点多远（2）在称量某一物体时，秤砣在提纽左侧cm OB 9=处秤杆平衡，则物体的质量M 为多少 分析：杆秤的平衡有两次，一是称重物前秤陀的重力矩 与秤杆和秤钩的重力矩平衡；二是挂上待称物后的力矩平衡。 解答：当杆秤没有挂重物时，设将秤砣挂在离提纽0x 处， 杆秤水平平衡，则有 021gx m OC g m =? 故杆秤零刻度在O 点右侧，距O 点为cm OC m m x 12 10== 当在秤钩上挂上物体M 时，秤砣移到离提纽O 左侧B 处，杆秤水平平衡，则有 gOB m gOC m MgOA 21+= / 解得：kg OA OB m OC m M 25.18 9121=+=+= 例15：如图所示，均匀杆长为3m ，重为200N ，固定的光滑半圆柱的 半径为m 1，杆搁在半圆柱上而静止时杆与水平面成0 30，则半圆柱对杆 的支持力大小为 N 。 解析：N N 150= 例16：如图所示，长为lm 的轻杆OA 可绕过O 端的水平轴自由 转动，用长为lm 的轻绳系住使杆水平，在A 端挂一质量为m 的物体， 要使绳子拉力最小，拉力的大小和系绳子的点到转轴的距离OB 的长 度分别为多大 解析：G T M M = 1)sin (?=??mg OB T θ mg T =???)sin cos 1(θθ θ θθ2sin 2cos sin mg mg T =?= 当045=θ时，mg T 2min = · 1、（2014闵行一模） 7．如图所示，斜面体M 的底面粗糙，斜面光滑，放在粗糙水平面上．弹簧的一端固定在墙面上，另一端与放在斜面上的物块m 相连，弹簧的轴线与斜面平行，若物块在斜面上做周期性往复运动，斜面体保持静止，则地面对斜面体的摩擦力f 与时间t 的关系图象正确的是（ ） 11．如图所示，竖直轻质悬线上端固定，下端与均质硬直棒OB 的三分之一处A 点连接，悬线长度也为OB 的三分之一，棒的O 端用光滑水平轴铰接在墙上，棒处于水平状态。改变悬线长度，使线与棒的连接点由A 向B 逐渐右移，并保持棒始终处于水平状态。则悬线拉力 ( ) （A ）逐渐减小 （B ）逐渐增大 （C ）先减小后增大 （D ）先增大后减小 24．如图所示，粗细和质量分布都均匀的呈直角的铁料aob 质量为12kg ，ao 、ob 两段长度相等，顶点o 套在光滑固定轴上使直角铁料能绕o 轴在竖直平面内转动，a 端挂有质量为9kg 的物体P ，ao 与竖直方向成37°角，则P 对地面的压力大小是_____________，要使P 对地面的压力为零，至少在b 端上施加力F ＝___________。 （g 取10m/s 2，sin370=0.6，cos370=0.8） 2、（2014浦东一模） 16．在光滑水平地面上放着一个截面为半圆的柱状物体A ，A 与竖直粗糙 墙壁之间放一圆球B ，对A 施加一水平向左的力F ，使整个装置处于 静止状态。设墙对B 的弹力为F 1，A 对B 的弹力为F 2，地面对A 的弹力为F 3。若F 缓慢增大而整个装置仍保持静止，截面如图所示，则在此过程中 A ．F 1保持不变，F 3缓慢增大 B ．F 1缓慢增大，F 3保持不变 C ．F 2缓慢增大，F 3缓慢增大 D ．F 2缓慢增大，F 3保持不变 18．一质量分布均匀的半圆形弯杆OAB ，可绕水平轴O 在竖直平面 内无摩擦转动。在B 点施加一个始终垂直于OB 的力F ，使其缓慢逆时针旋转90°，则此过程中 A ．力F 不断减小 （A ） （B ） （C ） （D ） B A F F O全国中学生物理竞赛——力矩平衡专题
第14讲--求解力矩平衡的方法
力的平衡、力矩平衡解析