学生实验五:研究有固定转动轴物体的平衡条件[实验目的] 探究有固定转动轴物体的力矩平衡条件。
[实验器材] 力矩盘、刻度尺、弹簧秤、铁架台、一组钩码、带套环的横杆、大头针、细线。
[实验步骤](1)将力矩盘的金属轴水平的固定在铁架台上，把力矩盘套在轴上并使力矩盘盘面保持竖直，同时在铁架台固定一根横杆，使之与力矩盘在同一竖直平面上。
(2)把大头针固定在力矩盘的任意四个位置上，在其中三个大头针上用细线分别悬挂不同个数的钩码。
第四个大头针用细线与测力计的钩子相连，测力计的另一端则挂在水平横杆的套环上。
如图所示。
(3)当力矩盘在这四个力的作用下处于平衡状态时，测出各个力的力臂，把力和力臂记录在表格中，分别计算出它们的力矩，比较顺时针方向力矩之和与逆时针方向力矩之和。
(4)改变大头针的位置，重复实验一次。
(5)分析数据，得出结论。
【实验结论】有固定转动轴物体的平衡条件是:_______________________________________________________________________________【注意事项】1.力矩盘的重心是否通过转动轴可这样判定:轻轻转动力矩盘，看其是否能够随遇平衡。
（力矩盘每次静止时，在最低点不是同一个位置）若不能随遇平衡，用在最低点的相反一侧加配置直至能够随遇平衡。
2.用于轻扶弹簧秤，使细线与弹簧秤的挂钩在一条直线上。
3.记录力和力臂时还要记录哪些力使盘向逆时针方向转动; 哪些力使盘向逆时针方向转动;以便确定力矩的正负4大头针的位置离转轴稍远些，（减少测力臂时的误差）钩码不能贴着力矩盘。
（减少因接触而引起的摩擦）【巩固训练】1.如图所示，在"有固定转动轴物体的平衡条件实验”中，调节力矩盘使其平衡，弹簧秤的读数为________，此时力矩除受到钩码作用力F1、F2、F3和弹簧拉力F4外，主要还受______力和_________力的作用，如果每个钩码的质量均为0.1kg 盘上各圆的半径分别是0.05m，0.l0m、0.15m、0.20m (取g=10m/s2勺，则F2的力矩是__________N.m有同学在做这个实验时，发现顺时针力矩之和与逆时针力矩之和存在较大差距。
第四章物体的平衡在我们的日常生活和物理学的世界中，“物体的平衡”是一个极其重要的概念。
当我们看到一个静止的物体稳稳地放置在那里，或者一个物体在运动中保持着某种稳定的状态，这背后都隐藏着物体平衡的原理在发挥作用。
那么，什么是物体的平衡呢？简单来说，物体的平衡指的是物体在受到外力作用时，仍然能够保持静止或者匀速直线运动的状态。
要达到这种平衡状态，物体所受到的合外力必须为零，同时合力矩也得为零。
让我们先从静止的物体说起。
想象一下，一张桌子稳稳地放在地上。
此时，桌子受到了向下的重力，而地面则给了桌子一个向上的支持力。
这两个力大小相等、方向相反，且作用在同一条直线上，从而使得桌子所受的合外力为零，能够保持静止不动。
再来看一个例子，一根悬挂着的吊灯。
吊灯受到了向下的重力，而绳子则给了它一个向上的拉力。
这两个力同样大小相等、方向相反，且在同一直线上，所以吊灯能够保持静止的平衡状态。
但仅仅合外力为零还不够，合力矩也需要为零。
比如说，一个跷跷板，如果两边的重量分布不均匀，或者坐的位置不合适，就会导致跷跷板发生转动，无法保持平衡。
在实际生活中，物体的平衡有着广泛的应用。
建筑工人在建造房屋时，必须要确保建筑物的结构能够保持平衡，否则就会出现倾斜甚至倒塌的危险。
桥梁的设计也是如此，工程师需要精确计算桥梁所承受的各种力，以保证桥梁在使用过程中始终处于平衡状态。
在机械制造领域，各种机器零件的设计和安装都要考虑平衡的问题。
如果某个零件的安装不平衡，就会导致机器在运转时产生振动和噪音，不仅影响工作效率，还可能缩短机器的使用寿命。
从物理学的角度来看，物体的平衡可以分为三种类型：稳定平衡、不稳定平衡和随遇平衡。
稳定平衡是指当物体受到微小扰动偏离平衡位置后，能够自动恢复到原来的平衡位置。
比如一个放在山谷底部的球，当它被稍微推一下偏离原位后，会在重力的作用下自动滚回谷底，这就是稳定平衡。
不稳定平衡则相反，当物体受到微小扰动偏离平衡位置后，会在外界作用下继续远离平衡位置。
⏹【教师】布置课前任务，和学生负责人取得联系，让其提醒同学通过或其他学习软件，完成课前任务请大家扫码观看“影响物体平衡的条件”视频，并预习本节课所学知识。
影响物体平衡的条件⏹【学生】完成课前任务来看，上述物体分别处于什么状态？⏹【学生】思考、举手回答传授新知（24 min）⏹【教师】通过学生的回答引入要讲的知识⏹知识点共点力作用下物体的平衡状态❖【教师】讲解共点力作用下物体的平衡状态物体在共点力的作用下保持静止或者做匀速直线运动，我们就说这个物体处于平衡状态。
❖【学生】聆听、理解⏹知识点共点力作用下物体的平衡条件❖【教师】讲解两个力作用下物体的平衡与三个力作用下物体的平衡【课堂问答】❖【教师】提出问题：质量为2 kg的物体放在水平桌面上，该物体受到哪几个力的作用？所受力的大小和方向如何？能称该物体处于平衡状态吗？❖【学生】聆听、思考、回答❖【教师】总结学生的回答，提出二力平衡的概念两个力大小相等，方向相反，作用在同一直线上，它们的合力为零，即为二力平衡。
【课堂互动】❖【教师】提出任务：请三位同学把三个弹簧测力计的挂钩分别通过细线挂到同一轻环上，同时向三个方向拉弹簧测力计，记下弹簧测力计的读数和方向（与水平或者竖直线的夹角）。
然后按各力的大小和方向画出力的图示，再根据力的平行四边形定则求出任意两个力的合力，并将通过教师的讲解和演示，使学生理解物体的共力点平衡与转动轴下平衡的分析、在具体问题中会进行力的平衡分析这个合力与第三个力进行比较。
❖【学生】按照要求实验、记录数据、进行对比物体在三个力的作用下保持平衡时，任意两个力的合力与第三个力大小相等、方向相反，且作用在同一条直线上。
综上所述，共点力作用下物体的平衡条件为：物体所受合外力为零。
❖【学生】聆听、理解、记笔记⏹ 知识点 转动平衡❖【教师】提出转动平衡的概念一个有固定转动轴的物体，在力的作用下如果保持静止或匀速转动，我们称这个物体处于转动平衡状态。
高一物理有固定转动轴物体的平衡【本讲主要内容】有固定转动轴物体的平衡1. 了解转动平衡的概念，理解力臂和力矩的概念。
2. 理解有固定转动轴物体的平衡条件，会应用平衡条件处理简单的转动平衡问题【知识掌握】前面学习共点力平衡知识时，同学们知道“共点力”其实并不是说各力的作用点必须相同或相等的作用线必定交于一点。
很多情况下，在物体可当作质点且不会转动的情况下，我们也把物体受的外力都视为共点力。
若满足物体所受的共点力的合力为零，则物体处于静止或匀速直线运动状态，即平衡状态。
若物体在外力作用下可能发生转动，当然此时物体所受外力不能称为共点力，那么物体还能否保持平衡状态呢?物体若要保持平衡状态需要什么条件呢?【知识点精析】我们生活中常见到下列现象：（1）两个同学一里一外推门，门静止不动。
（2）手提一根一端固定在墙上的铁杆不动（或缓慢转动），如图所示。
（3）电动机的转子匀速转动。
（匀速转动情况下的平衡问题不要求）1. 转动平衡：一个有固定转动轴的物体，在力的作用下，如果保持静止（或匀速转动），这个物体就处于转动平衡状态。
2. 力矩（1）固定转动轴的含义（做转动的物体，物体上的各点都沿圆周运动，如果圆周的中心在同一直线上，这条直线就叫做转动轴。
）①实际转轴：如门的转轴、力矩盘的转轴、电风扇的转轴、自行车悬空转动时的车轴等。
②等效转轴：实际上并不存在的固定转轴，是人们为解决问题而假想的转轴。
（2）力臂（L）：从转动轴到力的作用线的距离。
如下图：OA不是力F的力臂，OB才是力F的力臂。
（3）力矩（M）：力和力臂的乘积。
M＝FL。
理解：①力矩是表示力对物体的转动作用的物理量。
力矩越大，力对物体的转动作用就越强；力矩为零，力对物体不会有转动作用。
②力矩是对某一转轴而言的。
同一个力，对不同的转轴，力矩不同。
③力矩的正负。
力矩的正负是根据力矩的作用效果而人为规定的。
一般规定使物体向逆时针方向转动的力矩为正，使物体向顺时针方向转动的力矩为负。
