初中物理-力矩

教学目标新课引入基本概念例题精选课后作业转轴杠杆力臂力矩力矩平衡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，会使用力矩的计算公式教学目标：思考：你能谈一谈在力的作用下可以使物体发生哪些变化呢？力可以使物体运动状态发生变化力可以使物体发生形变力可以使物体转动用扳手拧螺丝拉门把手开门跷跷板用杆秤称重让我们先来学习几个新的物理概念转轴：物体绕其转动的固定点请找一找下列图片的固定转轴在哪里？杠杆：在力的作用下可以围绕固定点转动的坚硬物体叫做杠杆判断下列那些是杠杆说明原因，并找出固定转轴（×）虽然有固定转轴，但是不是坚硬物体（×）转轴会移动，不固定（√）小石块与木棒相碰的点为转轴（√）此为固定转轴力臂：转动轴到力的作用线的垂直距离FθLFL力F的力臂力F的力臂为LF=LsinθFθF2F1画一画下列各个力的力臂,并求出大小：LF1=LLF=LsinθF2无力臂。所以，当力与杠杆平行时力臂为零LF3F3作用点在转轴上。探讨：力的转动效果与哪些因素有关情况一：力臂相同，力的大小不同情况二：力相同，力臂长短不同力越大，力对物体的转动作用越大力到转动轴的距离越大，力对物体的转动作用越大由上述实验我们知道，力的转动效果与力和力臂有关。接下来让我们进一步定量的研究它们之间的联系：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力矩(M)：1.定义：力F和力臂L的乘积叫做力对转动轴的力矩。2.定义式：M=F×L3.单位：N·m读作“牛米”。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：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。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LF=Lsinθ力矩M＝F•Lsinθ②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。FθLFLF1F2L思考：对轻质杠杆L,F1产生的力矩与F2产生的力矩作用效果相同么？答：不同。F1使杠杆顺时针转动，F2使杠杆逆时针转动abM1=M顺=F1LsinbM2=M逆=F2Lsina当M顺﹥M逆时，杠杆顺时针转动当M顺﹤M逆时，杠杆逆时针转动当M顺=M逆时，杠杆保持不动力矩平衡条件：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。*注意：二力平衡共线，三力平衡共点例：已知细杆在三个力的作用下保持静止状态确定细杆的转动轴，对细杆受力分析：⊙②受力分析③添加辅助线①确定转轴在本题中细杆上任意一点都可以作为其转动轴，可以选择端点以便于解题。N1N2G④画出力臂⑤求解力矩三力平衡交于一点匀质杠杆的重心在它的中点轻质杠杆的质量忽略不计FL如图，长度为L质量为G的匀质细杆，受到大小为F方向垂直于细杆的拉力θ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。下列关于力矩的叙述中正确的是（）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C精选例题一直角尺可绕过A点垂直纸面的轴转动，直角尺AB边的长度为30cm,BC边的长度为40cm，F1=F2=F3=10N,F1⊥BC，F2⊥AC，F3沿着BC的方向(如图)，则此三个力对轴A的力矩M1=，M2=，M3=；其中使直角尺向逆时针方向转动的力矩有，使直角尺向顺时针方向转动的力矩有。ABCF1F2F3●●30cm40cm4N·m5N·m3N·mM2,M3M1