高考物理二轮专题训练试题力矩平衡.docx

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高考物理二轮专题训练试题力矩平衡

高中物理大题集练——力矩平衡

1、改进后的“研究有固定转动轴物体平衡条件”的实验装置如图所示，力传感器、定滑轮固定在横杆上，替代原装置中的弹簧秤，已知力矩盘上各同心圆的间距均为5cm

（1）（多选题）做这样改进的有点是

A．力传感器既可测拉力又可测压力

B．力传感器测力时不受主观判断影响，精确度高

C．能消除转轴摩擦力引起的实验误差

D．保证力传感器所受拉力方向不变

（2）某同学用该装置做实验，检验时发现盘停止转动时G点始终在最低处，他仍用该盘做实验。

在对力传感器进行调零后，用力传感器将力矩盘的G点拉到图示位置，此时力传感器读数为3N。

再对力传感器进行调零，然后悬挂钩码进行实验，此方法________（选填“能”、“不能”）消除力矩盘偏心引起的实验误差，已知每个钩码所受重力为1N，力矩盘按图示方式悬挂钩码后，力矩盘所受顺时针方向的合力矩为_________Nm。

力传感器的读数为_______N.

2、如图，框架ABC由三根长度均为l、质量均为m的均匀细棒组成，A端用光滑铰链铰接在墙壁上．现用竖直方向的力F作用在C端，使AB边处于竖直方向且保持平衡，则力F的大小为　   　．若在C点施加的作用力改为大小为1.5mg、方向始终垂直于AC边的力F′，使框架从图示位置开始逆时针转动，运动过程中当框架具有最大动能时，力F′所做的功为　   　．

3、如图，一对平行金属板水平放置，板间距为d，上极板始终接地。

长度为d/2、质量均匀的绝缘杆，上端可绕上板中央的固定轴0在竖直平面内转动，下端固定一带正电的轻质小球，其电荷量为q。

当两板间电压为U1时，杆静止在与竖直方向00′夹角

=300的位置；若两金属板在竖直平面内同时绕O、O′顺时针旋转

=150至图中虚线位置时，为使杆仍在原位置静止，需改变两板间电压。

假定两板间始终为匀强电场。

求:

（1）绝缘杆所受的重力G；

（2）两板旋转后板间电压U2。

（3）在求前后两种情况中带电小球的电势能W1与W2时，某同学认为由于在两板旋转过程中带电小球位置未变，电场力不做功，因此带电小球的电势能不变。

你若认为该同学的结论正确，计算该电势能；你若认为该同学的结论错误，说明理由并求W1与W2。

4、一足够长的斜面，最高点为O点，有一长为l＝1.00m的木条AB，A端在斜面上，B端伸出斜面外。

斜面与木条间的摩擦力足够大，以致木条不会在斜面上滑动。

在木条A端固定一个质量为M＝2.00kg的重物（可视为质点），B端悬挂一个质量为m＝0.50kg的重物。

若要使木条不脱离斜面，在下列两种情况下，OA的长度各需满足什么条件？

①木条的质量可以忽略不计。

②木条质量为m′＝0.50kg，分布均匀。

5、如图所示，一个轻质直角形薄板ABC，AB=0.80m，AC="0.60"m，在A点固定一垂直于薄板平面的光滑转动轴，在薄板上D点固定一个质量为m=0.40kg的小球，现用测力计竖直向上拉住B点，使AB水平，如图（a），测得拉力F1=2.0N；再用测力计竖直向上拉住C点，使AC水平，如图（b），测得拉力F2=2.0N（g取10m/s2，sin37°=0.6，cos37°=0.8）。

求：

（1）小球和转动轴的距离AD；

（2）在如图（a）情况下，将小球移动到BC边上距离A点最近处，然后撤去力F1，薄板转动过程中，AB边能转过的最大角度；

（3）在第

（2）问条件下，薄板转动过程中，B点能达到的最大速度

。

6、如图

（1）所示，均匀长方体木块长b=18cm，高h=16cm，宽L=10cm，被两个力传感器支撑起来，两传感器间距为a=10cm且到木块两边的距离相等，传感器能够将支撑点的受力情况通过数据采集器在计算机屏幕上反映出来。

现用一弹簧测力计水平拉木块，拉力作用在木块的中点且缓慢均匀增大，木块则始终保持静止状态，计算机屏上出现如图

（2）所示的图线。

问：

图

（2）上的直线A反映的是_______________传感器上的受力情况（“左边”或“右边”）弹簧测力计的最大拉力是_______________N。

7、如图所示，在光滑水平面上，一绝缘细杆长为

，两端各固定着一个带电小球，处于水平方向、场强为E的匀强电场中，两小球带电量分别为＋q和－q，轻杆可绕中点O自由转动。

在轻杆与电场线夹角为

时，忽略两电荷间的相互作用，两电荷受到的电场力对O点的力矩大小为___________，两电荷具有的电势能为___________。

8、如图所示，质量为m、边长为l的等边三角形ABC导线框，在A处用轻质细线竖直悬挂于质量也为m、长度为L的水平均匀硬杆一端，硬杆另一端通过轻质弹簧连接地面，离杆左端L/3处有一光滑固定转轴O。

垂直于ABC平面有一个水平方向的匀强磁场，磁感应强度大小为B，当在导线框中通以逆时针方向大小为I的电流时，AB边受到的安培力大小为________，此时弹簧对硬杆的拉力大小为________。

9、如图所示，竖直放置的两平行带电金属板间的匀强电场中有一根质量为m的均匀绝缘杆，上端可绕轴O在竖直平面内转动，下端固定一个不计重力的点电荷A，带电量＋q。

当板间电压为U1时，杆静止在与竖直方向成

＝45°的位置；若平行板以M、N为轴同时顺时针旋转

＝15°的角，而仍要杆静止在原位置上，则板间电压应变为U2。

求：

U1/U2的比值。

某同学是这样分析求解的：

两种情况中，都有力矩平衡的关系。

设杆长为L，两板间距为d，当平行板旋转后，电场力就由

变为

，电场力对轴O的力臂也发生相应的改变，但电场力对轴O的力矩没有改变。

只要列出两种情况下的力矩平衡方程，就可求解了。

你觉得他的分析是否正确？

如果认为是正确的，请继续解答；如果认为有错误之处，请说明理由并进行解答。

10、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，DC＝CA＝0.3m。

质量m＝lkg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μ＝0.3。

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′＿＿＿＿s（填：

“大于”、“等于”或“小于”。

）（取sin37°＝0.6，cos37°＝0.8）

11、水平导轨AB固定在支架CD上，其形状、尺寸如图所示。

导轨与支架的总质量M=4kg，其重心在O点，它只能绕支架C点且垂直于纸面的水平轴转动。

质量m=1kg的小铁块静止于水平导轨AB的A端，现受到水平拉力F=2.5N的作用。

已知小铁块和导轨之间的动摩擦因数μ＝0.2。

g取10m/s2，求：

（1）小铁块刚开始运动时的加速度大小？

（2）小铁块运动到离A端多远时，支架将要开始翻转？

（3）若在小铁块运动的过程中，支架始终保持静止，则拉力F作用的最长时间为多少？

12、如图所示，斜面底端与一水平板左端a相接，平板长2L，中心C固定在高为R=L=1m的竖直支架上，支架的下端与垂直于纸面的固定转轴O连接，因此平板可绕转轴O沿顺时针方向翻转。

当把质量m=0.5kg的小物块A轻放在C点右侧离C点0.2m处时，平板左端a恰不受支持力。

A与斜面间和平板的动摩擦因数均为μ＝0.2，A从斜面由静止下滑，不计小物块在a处碰撞时的能量损失。

重力加速度g="10"m/s2。

现要保证平板不翻转，求：

（1）小物块能在平板上滑行的最大距离。

（2）有同学认为，在h0一定的情况下，平板是否翻转与斜面的倾角有关，倾角越大，越容易翻转。

请用相关知识分析上述认识是否正确。

（3）若h0=1m，斜面倾角不能超过多大？

13、图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

（1）当砂轮静止时，要使工件对砂轮的压力

N，则施于B端竖直向下的力

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

N，则施于B端竖直向下的力

应是多大？

14、塔式起重机的结构如图所示，设机架重P＝400kN，悬臂长度为L＝10m，平衡块重W＝200kN，平衡块与中心线OO/的距离可在1m到6m间变化，轨道A、B间的距离为4m。

⑴当平衡块离中心线1m，右侧轨道对轮子的作用力fB是左侧轨道对轮子作用力fA的2倍，问机架重心离中心线的距离是多少？

⑵当起重机挂钩在离中心线OO/10m处吊起重为G＝100kN的重物时，平衡块离OO/的距离为6m，问此时轨道B对轮子的作用力FB时多少？

15、如图为悬挂街灯的支架示意图，横梁BE质量为6kg，重心在其中点。

直角杆A.DC重力不计，两端用铰链连接。

已知BE=3m，BC=2m，∠A.CB=30°，横梁E处悬挂灯的质量为2kg，则直角杆对横梁的力矩为_______N·m，直角杆对横梁的作用力大小为_______N。

（重力加速度g=l0m/s2）

16、一个质量为m＝50kg的均匀圆柱体，放在台阶的旁边，台阶的高度h是柱体半径r的一半，如图所示（图为其横截面），柱体与台阶接触处（图中P点所示）是粗糙的，现要在图中圆柱体最上方A处施一最小的力，使圆柱体刚能开始以P为轴向台阶上滚，求：

（1）所加的力的大小

（2）台阶对圆柱体的作用力的大小

17、重为60N的均匀直杆AB一端用铰链与墙相连，另一端用一条通过定滑轮M的绳子系住，如图所示，绳子一端与直杆AB的夹角为30°，绳子另一端在C点与AB垂直，AC=0.1AB。

滑轮与绳重力不计。

求：

（1）B点与C点处绳子的拉力TB、TC的大小。

（2）轴对定滑轮M的作用力大小。

18、如图所示，有一长为L质量为M的木板，一端用铰链固定在水平地面上，另一端靠在直墙上，木板与地面夹角为，设木板与竖直平面AO之间没有摩擦。

在木板的上端放一个质量为m的物体，物体与木板间动摩擦因数为，试回答：

（1）物体将作什么运动并求出由A到B所用的时间。

（2）木板对墙上A点的压力

随时间而变化的关系式。

19、如图甲所示，有两个质量均为0.4kg的光滑球，半径均为r＝3cm，静止在半径R＝8cm的光滑半球形碗底，求两球之间相互作用力的大小（取g＝10m/s2,sin37°＝0.6，cos37°＝0.8）

20、如图所示，一块质量为0.6kg均匀平板AB长0.8m，其左端搁在水平地面上，板与地面的夹角为370，板中心C垂直固定在轻支架上，支架长OC为0.3m，支架下端与水平固定转轴O连接．在平板A点处有一质量为0.5kg的小物体m以初速v0沿板向上运动，物体与平板间的动摩擦因数为0.2．试求：

【小题1】平板所受的重力的力矩；

【小题2】小物体运动到距B端多远恰能使平板翻转？

【小题3】若要保证平板不翻倒，给物体的初速度v0不能超过多大?

答案

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