研究有固定轉動軸物體的平衡條件
來源：高中物理輔導網 2009-09-09 21:32:08
【目的和要求】
通過實驗研究有固定轉動軸的物體在外力作用下平衡的條件，進一步明確力矩的概念。
【儀器和器材】
力矩盤（J2124型），方座支架（J1102型），鉤碼（J2106M）。杠桿（J2119型），測力計（J2104型），三角板，大頭針若干。
【實驗方法】
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動，調節盤面使其在豎直平面內。在盤面上貼一張白紙。
2．取四根大頭針，將四根細線固定在盤面上，固定的位置可任意選定，但相互間距離不可取得太小。
3．在三根細繩的末端掛上不同質量的鉤碼，第四根細繩掛上測力計，測力計的另一端掛在橫桿上，使它對盤的拉力斜向上方（圖2．6－1）。持力矩盤靜止后，在白紙上標出各懸線的懸點（即大頭針的位置）和懸線的方向，即作用在力矩盤上各力的作用點和方向。標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與對應的力臂值記在下面表格內（填寫時應注明力矩M的正、負號，順時針方向的力矩為負，反時針方向的力矩為正）。
5．改變各力的作用點和大小，重復以上的實驗。
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次數
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F（牛）
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L（米）
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M（牛·米）
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ΣM（牛·米）
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1
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2
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3
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【注意事項】
1．實驗時不應使力矩盤向后仰，否則懸線要與盤的下邊沿發生摩擦，增大實驗誤差。為使力矩盤能靈活轉動，必要時可在軸上加少許潤滑油。
2．測力計的拉力不能向下，否則將會由于測力計本身所受的重力而產生誤差。測力計如果處于水平，彈簧和秤殼之間的摩擦也會影響結果。
3．有的力矩盤上畫有一組同心圓，須注意只有受力方向與懸點所在的圓周相切時，圓半徑才等于力臂的大小。一般情況下，力臂只能通過從轉軸到力的作用線的垂直距離來測量。
【思考題】
1．力矩盤的重心如果不在轉軸上，對實驗將產生什么影響？怎樣檢查力矩盤的重心是否在其中心？
提示：安裝力矩盤時，檢查它在不掛砝碼的情況下，能否在任意位置保持靜止。
2．如果一個力矩盤的重心不在其中心，你有什么辦法可以解決這個問題從而做好實驗？
3．圖2．6－2是研究有固定轉動軸物體的平衡條件的四種實驗方案，請進行比較，哪一種為最佳的選擇？
（提示：第丙種最好。甲中測力計的拉力與一個鉤碼所受的重力在一條直線上，是一種特例；乙中測力計水平，摩擦力過大不易測準；丁中拉力和一個鉤碼所受的重力均過軸心，對盤的轉動不起作用。）
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