高考物理必考难点3:力矩平衡条件及应用(含答案)
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1、难点难点 3 力矩平衡条件及应用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
2、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. () 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,
3、另一端放在动摩擦因数为的小车平台上,小车置于光滑平面上,棒与平台的夹角为,当: 图 3-1 图 3-2 (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: FN1Lcos=mg2
4、LcosFN1=21mg 图 34 图 35 (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 3-5 所示,则有2NFLcos=mg2Lcos+2NFLsin 所以2NF=)tan1 (2mg,则2NF1NF (3)小车向右运动时,棒受到向右的摩擦力 F2作用,受力如图 3-6 所示,有3NFLcos+3NFLsin=mg2Lcos 解得3NF=)tan1 (2mg 所以3NF1NF 图 3-3 图 36 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
5、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. 图 37 (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=20 cm,R2=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 R1为一力臂, 在框中画出这一杠杆示意图, 标出支点,力臂
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