Question

9．閱讀短文，回答下列問題：
力矩    門、窗等轉(zhuǎn)動物體從靜止狀態(tài)變?yōu)檗D(zhuǎn)動狀態(tài)或從轉(zhuǎn)動狀態(tài)變?yōu)殪o止狀態(tài)時，必須受到力的作用．但是，我們?nèi)魧⒘ψ饔迷陂T、窗的轉(zhuǎn)軸上，則無論施加多大的力都不會改變其運動狀態(tài)，可見轉(zhuǎn)動物體的運動狀態(tài)和變化不僅與力的大小有關(guān)，還與受力的方向、力的作用點的影響有關(guān)．力的作用點離轉(zhuǎn)軸越遠，力的方向與轉(zhuǎn)軸所在平面越趨于垂直，力使轉(zhuǎn)動物體運動狀態(tài)變化得就越明顯．物理學中力的作用點和力的作用方向?qū)�轉(zhuǎn)動物體運動狀態(tài)變化的影響，用力矩這個物理量綜合表示，因此，力矩被定義為力與力臂的乘積．力矩概括了影響轉(zhuǎn)動物體運動狀態(tài)變化的所有規(guī)律，力矩是改變轉(zhuǎn)動物體運動狀態(tài)的物理量．
    力矩用M表示，即M=FL，式中L為力臂，力臂是轉(zhuǎn)動軸到力的作用線的距離．在國際單位制中，力矩的單位是牛頓•米，符號為N•m．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)．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）用垂直于門的力推門，推力F=50N，手到門軸的距離為0.3m，則F對門軸的力矩M為15N•m，若將力作用在門、窗的轉(zhuǎn)軸上，則F對門軸的力矩M為0N•m．
（2）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，現(xiàn)有一方向不變的水平力F作用于該棒的A點，使棒從豎直位罝緩慢轉(zhuǎn)到偏角θ＜90°的某一位罝（緩慢轉(zhuǎn)動可視為勻速轉(zhuǎn)動），設M為力F對轉(zhuǎn)軸的力矩，對此過程中M和F的判斷正確的是A．（選填字母）
A．M不斷變大，F(xiàn)不斷變大     B．M不斷變大，F(xiàn)不斷變小
C．M不斷變小，F(xiàn)不斷變大     D．M不斷變小，F(xiàn)不斷變小
（3）圖中，如果用一個大小不變的拉力F在A點拉動木棒，要想力矩最大，力的方向應該是垂直于木棒向上．
（4）使棒從豎直位罝緩慢轉(zhuǎn)到偏角θ＜90°的某一位罝的過程中（緩慢轉(zhuǎn)動可視為勻速轉(zhuǎn)動），木棒的機械能增大（選填“增大”、“減小”或“不變”）．

Answer 1

分析 （1）利用M=FL求推力F對門軸的力矩；
（2）木棒從豎直位置緩慢地轉(zhuǎn)到偏角為θ的過程中，以O點為轉(zhuǎn)軸，找出杠桿的五要素，明確這個過程中動力臂與阻力臂的變化，根據(jù)水平力F的力矩與重力的力矩平衡分析力F的變化；
（3）根據(jù)M=FL分析；
（4）由同一個物體的動能大小取決于速度大小，重力勢能大小取決于高度來分析．

解答 解：
（1）由材料提供的信息可知，力矩的表達式為：M=FL，
用垂直于門的力推門，推力的力臂等于手到門軸的距離，即L=0.3m，則推力F對門軸的力矩：
M=FL=50N×0.3m=15N•m；
若將力作用在門、窗的轉(zhuǎn)軸上，L=0，根據(jù)M=FL可知，F(xiàn)對門軸的力矩M為0N•m；
（2）水平力F為動力，木棒的重力G為阻力，重力的力臂為OB，動力臂為OC，如圖所示

使棒從豎直位罝緩慢轉(zhuǎn)到偏角θ＜90°，在θ增大的過程中，OB逐漸增大，而OC逐漸減小，
因重力的力臂增大，故重力的力矩變大；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，而力F對轉(zhuǎn)軸的力臂OC減小，由力矩M=FL可知，F(xiàn)不斷變大，故A正確．
（3）圖中，如果用一個大小不變的拉力F在A點拉動木棒，要想力矩最大，則拉力的力臂最大，所以拉力的方向應該是：垂直于木棒向上．
（4）使棒從豎直位罝緩慢轉(zhuǎn)到偏角θ＜90°的某一位罝的過程中（緩慢轉(zhuǎn)動可視為勻速轉(zhuǎn)動），因速度大小不變，動能不變，而木棒重心升高了，故重力勢能變大，機械能增大．
故答案為：（1）15；0；（2）A；（3）垂直于木棒向上；（4）增大．

點評 本題考查力矩的有關(guān)知識，并應用力矩的知識解決有關(guān)問題，關(guān)鍵是從題中獲取有效的信息，體現(xiàn)了與高中知識的銜接．