Question

某同學(xué)自制了一個(gè)可以測(cè)人體重心位置的裝置，如圖所示，取一塊與自己等長(zhǎng)的木板，一端固 定，另一端用輕質(zhì)細(xì)繩通過(guò)一個(gè)滑輪懸掛起來(lái)（摩擦不計(jì)），在繩子末端的托盤上放一些重物，使木板水平平衡，如果該同學(xué)身高160cm、質(zhì)量為50kg，平躺到木板上后在托盤中再加上重為150N的物體，木板再次水平平衡．
（1）該裝置中滑輪的作用是

改變力的方向

（2）在測(cè)人體重心之前，先“在繩子末端的托盤上放一些重物，使木板水平平衡”，這樣做的目的是

讓木板先達(dá)到平衡狀態(tài)，避免木板本身重力帶來(lái)的實(shí)驗(yàn)誤差

．
（3）請(qǐng)?jiān)趫D中標(biāo)注“杠桿的五要素”．
（4）請(qǐng)通過(guò)計(jì)算說(shuō)明該同學(xué)的重心位置．（g取10N/kg ）

Answer 1

分析：（1）定滑輪的工作特點(diǎn)是：不能省力，但能改變力的作用．
（2）此題可類比“杠桿平衡條件的探究實(shí)驗(yàn)”來(lái)進(jìn)行分析，使木板水平平衡的目的主要有兩方面：
①木板水平平衡時(shí)，可直接利用木板長(zhǎng)，求出重心到支點(diǎn)O的距離（即：重心到頭頂?shù)拈L(zhǎng)度），方便確定力臂；
②木板水平平衡時(shí)，可以排除木板自身重力對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響．
（3）根據(jù)圖示確定杠桿的支點(diǎn)、動(dòng)力、動(dòng)力臂、阻力、阻力臂等，并作圖．
（4）木板處于水平平衡時(shí)，構(gòu)成了以重物的重力為動(dòng)力、木板長(zhǎng)為動(dòng)力臂、人的重力為阻力、重心到支點(diǎn)的距離為阻力臂的杠桿，其中，前兩個(gè)條件都已給出，人的重力可由G=mg求得，直接根據(jù)杠桿的平衡條件代值計(jì)算，即可得出人的重心到支點(diǎn)O的距離，即重心到頭頂?shù)木嚯x．

解答：解：（1）由圖可知，圖示滑輪為定滑輪，木板左邊的拉力方向向上，
而重物的重力方向豎直向下，由此可見(jiàn)，定滑輪的作用是：改變力的方向；
（2）若在測(cè)量重心前不將杠桿調(diào)整為水平平衡，那么在測(cè)量過(guò)程中，
杠桿的阻力實(shí)際是人的重力與杠桿自重的和，這樣就會(huì)影響到測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性；
所以測(cè)量前，先在托盤上放置少量的重物，來(lái)平衡杠桿的自重，排除干擾．
這樣做的目的是：讓木板先達(dá)到平衡狀態(tài)，避免木板本身重力帶來(lái)的實(shí)驗(yàn)誤差．
（3）杠桿的五要素如圖所示．
（4）已知：G_物=150N，L_物=160cm=1.6m，G_人=mg=50kg×10N/kg=500N；
由杠桿的平衡條件知：G_物L_物=G_人L_重，即：
L_重=

G物L物

G人

=

150N×1.6m

500N

=0.48m；
故答案為：（1）改變力的方向；（2）讓木板先達(dá)到平衡狀態(tài)，避免木板本身重力帶來(lái)的實(shí)驗(yàn)誤差；
（3）杠桿五要素如圖所示；（4）該同學(xué)的重心位置為0.48m．

點(diǎn)評(píng)：此題考查了定滑輪的工作特點(diǎn)和杠桿平衡條件的綜合應(yīng)用，木板與同學(xué)的身高相同，是此題的一個(gè)隱含條件，需要注意．