Question

16．仔細(xì)閱讀材料，根據(jù)材料提供的信息回答問題：
我們已經(jīng)學(xué)過杠桿的力臂和杠桿的平衡條件，如果把這些知識稍加拓寬和延伸，就可嘗試用新的方法來解決一些實際問題．有固定轉(zhuǎn)動軸的物體在力的作用下處于靜止或勻速轉(zhuǎn)動的狀態(tài)稱為力矩平衡狀態(tài)．物理學(xué)中把力和力臂的乘積叫做力對轉(zhuǎn)動軸的力矩（力矩用M表示）．在國際單位制中，力矩的單位是牛頓•米．引入力矩概念后，杠桿的平衡條件可敘述為：使杠桿沿順時針轉(zhuǎn)動的力矩與使杠桿沿逆時針轉(zhuǎn)動的力矩相等．用公式表示為：M_順=M_逆．
（1）力矩的表達(dá)式為：M=FL．
（2）用垂直于門的推力為80N，手到門軸的距離為0.3m，則推力對門軸的力矩為24N•m．
（3）如圖所示，一根均勻木棒OA可繞過O點的水平軸自由轉(zhuǎn)動，有一始終豎直向上的力F作用于該棒的A點，使木棒從圖示位罝緩慢勻速轉(zhuǎn)動到虛線位罝，設(shè)M為力F對轉(zhuǎn)軸的力矩，則此過程中力矩M將先變大后變小，力F將不變．（均選填“變大”、“不變”、“變小”、“先變大后變小”、“先變小后變大”）

Answer 1

分析 （1）由材料提供的信息可得力矩的表達(dá)式和力矩的國際單位；
（2）用垂直于門的力推門，推力的力臂等于手到門軸的距離，利用M=FL求推力F對門軸的力矩；
（3）木棒從豎直位置緩慢地轉(zhuǎn)到偏角為θ的過程中，以O(shè)點為轉(zhuǎn)軸，水平力F的力矩與重力的力矩平衡．重力的力臂增大，其力矩增大，根據(jù)力矩平衡條件分析力F對轉(zhuǎn)軸的力矩的變化情況．力F對轉(zhuǎn)軸的力臂減小，再由力矩M=FL，分析力F的變化．

解答 解：
（1）由材料提供的信息可知，力矩的表達(dá)式為：M=FL，力矩的國際單位為N•m；
（2）用垂直于門的力推門，推力的力臂等于手到門軸的距離，L=0.3m，推力F對門軸的力矩M=FL=80N×0.3m=24N•m；
（3）以O(shè)點為轉(zhuǎn)軸，重力的力臂增大，其力矩增大，根據(jù)力矩平衡條件可知，水平力F的力矩與重力的力矩平衡，則力F對轉(zhuǎn)軸的力矩M不斷變大，其轉(zhuǎn)過水平位置以后，重力的力臂減小，其力矩減小，根據(jù)力矩平衡條件可知，水平力F的力矩與重力的力矩平衡，則力F對轉(zhuǎn)軸的力矩M也減小，由力矩M_順=M_逆，GL₁=FL₂，由三角函數(shù)分析可知，L₁、L₂變化相同，故F不變．
故答案為：（1）FL；（2）24；（3）先變大后變小； 不變．

點評 本題考查了杠桿平衡條件的應(yīng)用，涉及到高中的“力矩”問題，屬于與高中“掛鉤”的題目，關(guān)鍵是從題目中得到有用信息并加以利用．