實驗三研究有固定轉(zhuǎn)動軸物體的平衡

1、研究有固定轉(zhuǎn)動軸物體的平衡實驗?zāi)康?通過實驗研究有固定轉(zhuǎn)動軸的物體在外力作用下平衡的條件,進(jìn)一步明確力矩的概念。實驗器材:力矩盤(帶有金屬軸的圓木板 ,三角板(一邊帶有刻度 ,彈簧秤,幾個等質(zhì)量的鉤碼,帶有鐵 夾的鐵架臺,帶有幾個套環(huán)的橫桿,大頭針,兩端有套環(huán)的絲線四條。準(zhǔn)備作業(yè):1.本實驗的研究對象是2. 實驗中力矩盤的固定轉(zhuǎn)動軸應(yīng) 地固定在鐵架臺上, 這樣才能使力矩盤的平面調(diào)節(jié)在 平面內(nèi)。 這是因為實驗中主要是利用鉤碼對細(xì)線產(chǎn)生豎直向下的拉力使力矩盤轉(zhuǎn)動, 所以細(xì)線應(yīng)與力矩盤保持 。3.觀察右圖,如果被彈簧秤拉緊的細(xì)線方向通過轉(zhuǎn)動軸 O ,那么彈簧秤的拉力對力矩盤產(chǎn)生的力矩等于 ,該力對力

2、矩盤轉(zhuǎn)動將不起作用,所以在實驗中被彈簧秤拉緊的細(xì)線方向不能通過轉(zhuǎn)動軸 O 。4.實驗中要確定各個力的作用線時,只能用鉛筆沿著絲線在紙上輕輕地點上兩個點于(想一想, 能不能用手去拿住力矩盤 , 待實驗完畢后, 用尺連接兩個點, 作出力的作用線并量出相應(yīng)的力臂。實驗步驟1.將力矩盤和一橫桿安裝在支架上,使盤可繞水平軸自由靈活地轉(zhuǎn)動,調(diào)節(jié)盤面使其在豎直平面 內(nèi)。在盤面上貼一張白紙。2. 取四枚圖釘, 將四根細(xì)線固定在盤面上, 固定的位置可任意選定, 但相互間距離不可取得太小。3. 在三根細(xì)繩的末端掛上不同質(zhì)量的鉤碼, 第四根細(xì)繩掛上測力計, 測力計的另一端掛在橫桿上, 使它對盤的拉力斜向上方。待力矩

3、盤靜止后,在白紙上標(biāo)出各懸線的懸點和懸線的方向,即作用 在力矩盤上各力的作用點和方向。標(biāo)出力矩盤軸心的位置。4.取下白紙,量出各力的力臂 L 的長度,將各力的大小 F 與對應(yīng)的力臂值記在下面表格內(nèi)(填寫 時應(yīng)注明力矩 M 的正、負(fù)號,順時針方向的力矩為負(fù),反時針方向的力矩為正 。 數(shù)據(jù)處理 結(jié)論通過實驗得出,有固定轉(zhuǎn)動軸物體的平衡條件是:。討論題1.如將力矩盤(上圖上左側(cè)的一個鉤碼撤去,力矩盤將向2.這個實驗中作用在力矩盤上的力有四個,其中有一個是彈簧秤的彈力,而不全是鉤碼對絲線產(chǎn) 生的拉力,這是因為彈簧秤拉力的大小不受 的限制,這樣做可以使實驗靈活方 便。注意事項1.實驗前要檢查力矩盤是否在

4、任何位置都能平衡,如果達(dá)不到這個要求表明盤的重心偏離轉(zhuǎn)軸, 必須另加配重,校正后方能使用。2.由于彈簧秤的測量精度要比鉤碼的精度低得多,因此在實驗中應(yīng)該使彈簧秤的讀數(shù)盡量大一些 (也就是拉力要大一些,但不能超過彈簧秤的限度 。3.轉(zhuǎn)盤平衡時,要使各力的力臂都不能太小,否則將增大測量力臂的相對誤差。4.實驗時,應(yīng)該用手扶持彈簧秤,以減小因自重下垂而帶來的誤差。相關(guān)習(xí)題1.用力矩盤研究有固定轉(zhuǎn)動軸物體的平衡條件時,下述正確的是(A 鐵架上的橫桿一定保持水平,且盡量高些(B 力矩盤的半徑應(yīng)盡量大些(C 力矩盤的自重大些實驗可更精確(D 彈簧秤使用前先要調(diào)零2.如圖所示,用力矩盤驗證有固定轉(zhuǎn)動軸物體的

5、平衡條件,盤面上各同心圓間距相等, 每個鉤碼重均為 G =0.5N 。 在力矩盤上以盤中心為圓心的同心圓之間的間距都相等,均等于最內(nèi)一個圓周的半徑。(1求彈簧秤的讀數(shù);(2如果同時取走兩個單個的鉤碼,此力矩盤還能平衡嗎?3.(2007寶山用右圖所示裝置做“研究有固定轉(zhuǎn)動軸物體平衡條件”的實驗,力矩盤上各同心 圓的間距相等。(1在用細(xì)線懸掛鉤碼前,以下措施中必要的是(A 判斷力矩盤是否處在豎直平面(B 判斷橫桿 MN 是否嚴(yán)格保持水平(C 判斷力矩盤與轉(zhuǎn)軸間的摩擦是否足夠小(D 判斷力矩盤的重心是否位于盤中心(2在 A 、 B 二點分別用細(xì)線懸掛鉤碼, M 、 C 兩點用彈簧秤連接后,力矩盤平衡

6、(如圖所示 ,已知每個鉤碼所受的重力為 0.49N ,則由力矩平衡條件可推算出彈簧秤的示數(shù)為 N (已知彈簧秤的最小刻度是 0.1N 。4.(2007閔行 在一個力矩盤中的 A 點懸掛一組砝碼。 不慎將懸掛線鉤掛在 P 點的大頭針上,另一組砝碼跨過定滑輪懸掛在 B 點,如圖所示。此時力矩盤平衡,若每個砝碼重為 1N ,且 O 點到 B 點懸線的距離為 2cm ; AP線與豎直方向夾角為 37°,且 O 點和 P 點處在同一水平線上。則 O 點到 P點豎直懸線的距離為 cm , 此時力矩盤受到的順時針轉(zhuǎn)動力矩之和為 N m 。演示力矩盤平衡在實驗圖如右。圖中 O 是固定轉(zhuǎn)動軸, A 、

7、 B 是兩個光 滑的定滑輪,兩組砝碼跨過定滑輪懸掛。有一組砝碼原懸掛在 C 點,實 驗中不慎將其懸線跨過 P 點處的大頭針,成圖中所示的情況。力矩盤處 于平衡狀態(tài)。盤上每個圓環(huán)間距都是 2.0厘米,每個砝碼重 0.10牛。則 從圖中可得出順時針方向的力矩之和是 牛·米。實驗時,由于 力矩盤偏心未經(jīng)調(diào)整,實際測出的彈簧秤讀數(shù)偏大。則力矩盤的重心在 軸的 。 (填“左方”或“右方” 5.(1986上海某學(xué)生在做“有固定轉(zhuǎn)動軸物體的平衡條件”實驗時,他把力矩盤調(diào)節(jié)到平衡, 如圖所示, 盤上各圓的半徑分別是 0.1m 、 0.2m 、 0.3m 、 0.4m 、 0.5m ,每個鉤碼的質(zhì)量均

8、為 100g 。 若規(guī)定逆時針力矩為正,順 時 針 力 矩 為 負(fù) , 則 F 1的 力 矩 是 N ·m , F 2的 力 矩 是N ·m 。根據(jù)平衡條件,測力計與圓盤連線上的拉力 T 應(yīng)該是 N ,但該學(xué)生發(fā)現(xiàn)測力計的示數(shù)與該值有偏差,除摩擦等原因外,從所示的圖中可看出引起誤差的原因是: 。6.(2004楊浦用力矩盤做驗證有固定轉(zhuǎn)動軸物體的平衡條件實驗時,對力矩盤重心位置的制作 要求是: ;實驗中判定重心位置是否合乎要求的檢驗方法是 。 實驗時,力矩盤的平面應(yīng)在 ,彈簧測力計的軸線應(yīng)與所拉的細(xì)線在 _。 實驗中加入一個測力計的好處是 。7.(2003上海 如圖所示, 在 “有固定轉(zhuǎn)動軸物體的平衡條件”實驗中,調(diào)節(jié)力矩盤使其平衡,彈簧秤的讀數(shù)為 N ,此 時力矩盤除受到鉤碼作用力 F 1、 F 2、 F 3和彈簧秤拉力 F 4外,主要還受到 力和 力的作用; 如果每個鉤碼的質(zhì)量均為 0.1kg ,盤上各圓的半徑分別是 0.05m 、 0.10m 、 0.15