物理选修 物体的平衡

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1、你知道建筑工人可以用什么方法判断大楼是否竖直呢？物体的平衡问题:稳定平衡、不稳定平衡和随遇平衡。物体稍微偏离平衡位置，如果重心升高，就是稳定平衡；如果重心降低，就是不稳定平衡；如果重心的位置不变，就是随遇平衡。从物理学的角度来看，重心的位置和物体的平衡之间有着密切联系：（1）物体的重心在竖直方向的投影只有落在物体的支撑面内或支撑点上，物体才可能保持平衡。（2）物体的重心位置越低，物体的稳定程度越高。类型1:不倒瓮为什么不倒?探究：结合右侧两幅图片研究一下合力一定时分力大小与夹角的关系，并判断小孩所采用方法的可行性。结论：当合力一定时，，两个分力间

2、的夹角越大，分力也就越大现代桥梁通常分为梁式桥、拱式桥、斜拉桥及悬索桥四类。近年来，中学教材和教辅资料中出现了一些相关内容和习题，从技术应用的角度展示了物理学与社会生活的联系，体现了物理与技术的结合，培养了学生观察、探究身边物理现象的兴趣和能力。一、梁式桥梁式桥是以受弯为主的主梁作为主要承重构件的桥梁。按主梁的静力图示，梁式桥又可分为简支梁桥、连续梁桥和伸臂梁桥三类。析当物体压在该桥梁上时，桥墩内侧桥板的上表面受的是压力，下表面受的是拉力。桥墩外侧桥板上表面受的是拉力，下表面受的是压力。为了使钢筋受到的都是拉力，所以应当按图1(a)所示的方式放置钢

3、筋。点评题的关键是体会桥梁各部分承受的是压力还是拉力。拱式桥拱式桥是以承受轴向压力为主的拱(称为主拱圈)作为主要承重构件的桥梁。我国古代能工巧匠建造出许多结构精美的拱桥，如赵州桥等，堪称早期拱形桥的经典。目前世界最大的钢拱桥为上海卢浦大桥，主跨为550m。已建成的较大跨度的拱桥还有重庆万州长江大桥(混凝土拱桥，主跨达420m)及湖南凤凰乌巢河石拱桥(主跨达120m)。根据力的分解原理，拱形梁在A处的受力方向应为切向(如图2所示中补画的箭头所示)。其优点是：梁身所受的力通过切向传递，最终将受力传递给桥墩，同时形成较大的跨度空间。悬索桥是以承受拉力的钢

4、索或链索(均称为主索)作为主要承重构件的桥梁。它由主索、索塔、锚碇、吊索(或吊杆)、桥面等部分组成，基本示意图如图5所示。主索主要承受拉力，一般用抗拉强度高的钢材制作，可以充分利用材料的强度，且具有用料省、自重轻等特点，因而在各类桥梁中跨越能力最大(跨径可达到1000m以上)。悬索桥的主要缺点是刚度小。中国江阴长江大桥江阴长江大桥位于中国江苏江阴市与靖江市之间，是规划的沿海南北主干线跨越长江的位置。桥型方案为中跨1386m的大跨径悬索桥。它是中国的第一座跨经超千米的桥梁，全桥总长近3km。该桥桥面布置为高速公路标准的双向6车道，设中央分隔带和紧急停

5、车带，在主桥跨江部分的两侧各设1.5m宽的人行道。主跨桥道梁采用带风嘴的扁钢箱梁结构，箱高3m，总宽37.7m。一对缆索的垂跨比为1/10.5，由Φ5镀锌高强钢丝组成，采用平行钢丝束法架设。桥下通航净高50m。桥塔高182.39m，为门式钢筋混凝土结构。江阴长江公路大桥是我国首座跨径超千米的特大型钢箱梁悬索桥梁，也是20世纪“中国第一、世界第四”大钢箱梁悬索桥，是国家公路主骨架中同江至三亚国道主干线以及北京至上海国道主干线的跨江“咽喉”工程，是江苏省境内跨越长江南北的第二座大桥。例l999年lO月，我国第一座跨度超千米的特大悬索桥在江阴正式通车。该

6、桥主跨为1385m，桥全长3071m，桥下通航高度为50m，两岸的桥塔高196m。横跨长江南北两岸的两根主缆绕过桥塔顶鞍座，由南北锚碇固定，整个桥面和主缆的4.8万吨重量都悬在这两根主缆上。为计算方便起见，其整体结构可简化为如图6所示，每根主缆的张力约为()A．2．4万吨B．6万吨C．12万吨D．24万吨大桥受整个桥面和主缆的总重力以及四段钢索的拉力，这些力的合力为零，设总重力为G(4.8×108N)，四段钢缆每段拉力均为F，解得F＝5.8×108N。故选择选项B。点评实际悬索桥计算甚为复杂，本题作此简化，学生就可以根据中学物理知识进行估算了。优点

7、相对于其它桥梁结构悬索桥可以使用比较少的物质来跨越比较长的距离。悬索桥可以造得比较高，容许船在下面通过，在造桥时没有必要在桥中心建立暂时的桥墩，因此悬索桥可以在比较深的或比较急的水流上建造。悬索桥比较灵活，因此它适合大风和地震区的需要，比较稳定的桥在这些地区必须更加坚固和沉重。缺点悬索桥的坚固性不强，在大风情况下交通必须暂时被中断悬索桥不宜作为重型铁路桥梁。悬索桥的塔架对地面施加非常大的力，因此假如地面本身比较软的话，塔架的地基必须非常大和相当昂贵。[3]结构分析悬索桥中最大的力是悬索中的张力和塔架中的压力。由于塔架基本上不受侧向的力，它的结构可以

8、做得相当纤细，此外悬索对塔架还有一定的稳定作用。假如在计算时忽视悬索的重量的话，那么悬索形成一个双曲线。这样计算悬索桥的过