Question

某同学自制了一个可以测人体重心位置的装置，如图所示，取一块与自己等长的木板，一端固 定，另一端用轻质细绳通过一个滑轮悬挂起来（摩擦不计），在绳子末端的托盘上放一些重物，使木板水平平衡，如果该同学身高160cm、质量为50kg，平躺到木板上后在托盘中再加上重为150N的物体，木板再次水平平衡．
（1）该装置中滑轮的作用是______
（2）在测人体重心之前，先“在绳子末端的托盘上放一些重物，使木板水平平衡”，这样做的目的是______．
（3）请在图中标注“杠杆的五要素”．
（4）请通过计算说明该同学的重心位置．（g取10N/kg ）

Answer 1

解：（1）由图可知，图示滑轮为定滑轮，木板左边的拉力方向向上，
而重物的重力方向竖直向下，由此可见，定滑轮的作用是：改变力的方向；
（2）若在测量重心前不将杠杆调整为水平平衡，那么在测量过程中，
杠杆的阻力实际是人的重力与杠杆自重的和，这样就会影响到测量结果的准确性；
所以测量前，先在托盘上放置少量的重物，来平衡杠杆的自重，排除干扰．
这样做的目的是：让木板先达到平衡状态，避免木板本身重力带来的实验误差．
（3）杠杆的五要素如图所示．
（4）已知：G_物=150N，L_物=160cm=1.6m，G_人=mg=50kg×10N/kg=500N；
由杠杆的平衡条件知：G_物L_物=G_人L_重，即：
L_重===0.48m；
故答案为：（1）改变力的方向；（2）让木板先达到平衡状态，避免木板本身重力带来的实验误差；
（3）杠杆五要素如图所示；（4）该同学的重心位置为0.48m．
分析：（1）定滑轮的工作特点是：不能省力，但能改变力的作用．
（2）此题可类比“杠杆平衡条件的探究实验”来进行分析，使木板水平平衡的目的主要有两方面：
①木板水平平衡时，可直接利用木板长，求出重心到支点O的距离（即：重心到头顶的长度），方便确定力臂；
②木板水平平衡时，可以排除木板自身重力对实验的影响．
（3）根据图示确定杠杆的支点、动力、动力臂、阻力、阻力臂等，并作图．
（4）木板处于水平平衡时，构成了以重物的重力为动力、木板长为动力臂、人的重力为阻力、重心到支点的距离为阻力臂的杠杆，其中，前两个条件都已给出，人的重力可由G=mg求得，直接根据杠杆的平衡条件代值计算，即可得出人的重心到支点O的距离，即重心到头顶的距离．
点评：此题考查了定滑轮的工作特点和杠杆平衡条件的综合应用，木板与同学的身高相同，是此题的一个隐含条件，需要注意．