Question

细心的小华在修理自行车时，将撑脚支撑起来，车轮离开地面，用力推动一下运转灵活的车轮，车轮转动若干周后停止．多次试验，发现车轮总是车胎气门位置在下时停止．如图（F为车胎气门）．
（1）根据以上情况，可以初步确定飞轮重心P可能在图中

A

．
A．轴心正下方的某一位置    B．轴心左侧的某一位置
C．轴心右侧的某一位置
（2）重心P不在轴心上时，当车轮高速转动时就会发生振动，影响机械的正常运行，严重的会造成事故．小华还发现小汽车车轮轮毂边缘一般都有一小块金属配重，关于这一小块金属配重，小华以下猜想正确的是：

A

．
A．调整车轮重心用的，应该选择密度大的材料
B．调整车轮重心用的，应该选择密度小的材料
C．装饰作用
在机械制造中有一个给大飞轮定重心的工序，该工序的目的是使飞轮的重心发生微小的位移，以使它准确位于轴心上．如果图是一个质量为M=80kg、半径为R=0.6m的金属大飞轮可在竖直平面内绕轴心（图中两虚线的交点）自由转动．
（3）工人在飞轮边缘上的某点E处，焊接上质量为m=0.4kg的金属后，再用力推动飞轮，当观察到

每次推动飞轮后，飞轮边缘上的标记F可以停在任意位置

的现象时，说明飞轮的重心已调整到轴心上了．
（4）请在图中标出E的位置．
（5）试求调整前飞轮的重心P到轴心的距离l．（提示：利用杠杆平衡条件）

Answer 1

分析：（1）转动物体静止时，重心应在最低处，由题目中的条件可确定出重心的大致位置．
（2）因为降低重心可提高稳度，所以当车轮高速转动时就会发生振动，影响机械的正常运行，因此应调整重心；
（3）若重心在转轴处，则物体最后静止时F可在任意点，由此可知答案；
（4）焊接金属的目的是为了让重心回到转轴处，则应焊在重心所在的直径的最外侧；
（5）飞轮能停在任意位置，设转到焊接点与重心处在同一水平面上时，焊接物与重心的力矩应当平衡，则由力矩平衡可求得重心的位置．

解答：解：（1）重心在最低点时，飞轮才能静止，因每次F都与转轴在同一水平面上，则说明重心应在轴心的正下方．
故选A．
（2）当车轮高速转动时就会发生振动，说明重心不稳，因此小汽车车轮轮毂边缘的这小块金属配重是调整车轮重心用的
在体积相同的情况下，密度大的材料质量大，从而可知其重力也越大，所以还应该选择密度大的材料
故选A．
（3）如果重心在轴心处，则停止时，飞轮可以停在任意位置，即F可能出现在任意位置．
故答案为：每次推动飞轮后，飞轮边缘上的标记F可以停在任意位置；
（4）焊接金属块的目的是为了让重心上移，则应焊在重心与轴心的连线上，并且在重心的另一侧，故E点位置如图所示；
（见下图）
（5）考虑到调整后，飞轮可以停在任意位置，
那么当飞轮的重心P和焊接点E转动到同一水平线上时（如图所示），
根据杠杆平衡条件：Mgl=mgR，
解得：l=

mR

M

=

0.4kg×0.6m

80kg

=3×10^-3m=3mm；
答：重心到轴心的距离为3mm．

点评：此题将稳度与杠杆平衡条件联系在一起考查相关的知识点，有一定的拔高难度，需要我们对重心及转动的性质有足够的了解才能顺利求解．因此此题属于难题．