Question

（2009?北京）如圖是小剛設(shè)計(jì)的一個(gè)通過(guò)簡(jiǎn)單機(jī)械自動(dòng)拉開開關(guān)的裝置示意圖．該裝置主要由滑輪組、配重C、D以及杠桿AB組成，配重C通過(guò)細(xì)繩與動(dòng)滑輪相連，配重C、D分別通過(guò)支架固連在杠桿AB兩端，支架與杠桿垂直．杠桿的B端放在水平臺(tái)面上，杠桿可以繞支點(diǎn)O在豎直平面內(nèi)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，開關(guān)被拉開前，杠桿在水平位置平衡．已知?jiǎng)踊�輪P的質(zhì)量m_P為0.2kg，OA：OB=3：1，配重D的質(zhì)量m_D為1.5kg，作用在D上的豎直向下的壓力F為75N，剛好拉開開關(guān)所需的拉力T為6N．杠桿、支架和細(xì)繩的質(zhì)量均忽略不計(jì)，滑輪與軸的摩擦、杠桿與軸的摩擦均忽略不計(jì)，g取10N/kg．求：配重C的質(zhì)量m_C等于多少kg，開關(guān)剛好能被拉開？

Answer 1

分析：以杠桿為研究對(duì)象，因?yàn)楦軛U平衡，根據(jù)杠桿的平衡條件得出兩邊受力的大小關(guān)系；
左邊受力根據(jù)動(dòng)滑輪的特點(diǎn)和同一直線上力的合成求得；
右邊受力根據(jù)同一直線上同方向力的合成求得；
最后根據(jù)兩邊受力大小關(guān)系求配重C的質(zhì)量m_C．

解答：解：若開關(guān)剛好能被拉開，則拉力T=6N，此時(shí)杠桿在水平位置平衡，B端受地面的支持力為0，
如右圖：F_A×OA=F_B×OB，
∵OA：OB=3：1，
∴F_A：F_B=1：3；-------①
∵細(xì)繩的質(zhì)量、滑輪與軸的摩擦忽略不計(jì)，
∴T=

1

2

（F_拉+G_輪），
∴物體C受到的向上的拉力：
F_拉=2T-G_輪=2×6N-m_Pg=12N-0.2kg×10N/kg=10N；
∴杠桿左邊受到力：
F_A=G_C-F_拉=m_Cg-10N，--------②
F_B=F+G_D=75N+m_Dg=75N+1.5kg×10N/kg=90N------③
將②③代入①得：
（m_Cg-10N）：90N=1：3，
∴m_C=4kg．
答：配重C的質(zhì)量m_C等于4kg，開關(guān)剛好能被拉開．

點(diǎn)評(píng)：本題綜合考查了重力的計(jì)算、動(dòng)滑輪的特點(diǎn)、杠桿的平衡條件、同一直線上力的合成，杠桿在水平位置平衡，B端受地面的支持力為0是分析本題的關(guān)鍵．