Question

某同學自制了一個可以測人體重心位置的裝置，如圖所示，取一塊與自己等長的木板，一端固 定，另一端用輕質細繩通過一個滑輪懸掛起來（摩擦不計），在繩子末端的托盤上放一些重物，使木板水平平衡，如果該同學身高160cm、質量為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

讓木板先達到平衡狀態，避免木板本身重力帶來的實驗誤差

．
（3）請在圖中標注“杠桿的五要素”．
（4）請通過計算說明該同學的重心位置．（g取10N/kg ）

Answer 1

分析：（1）定滑輪的工作特點是：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驗”來進行分析，使木板水平平衡的目的主要有兩方面：
①木板水平平衡時，可直接利用木板長，求出重心到支點O的距離（即：重心到頭頂的長度），方便確定力臂；
②木板水平平衡時，可以排除木板自身重力對實驗的影響．
（3）根據圖示確定杠桿的支點、動力、動力臂、阻力、阻力臂等，并作圖．
（4）木板處于水平平衡時，構成了以重物的重力為動力、木板長為動力臂、人的重力為阻力、重心到支點的距離為阻力臂的杠桿，其中，前兩個條件都已給出，人的重力可由G=mg求得，直接根據杠桿的平衡條件代值計算，即可得出人的重心到支點O的距離，即重心到頭頂的距離．

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，定滑輪的作用是：改變力的方向；
（2）若在測量重心前不將杠桿調整為水平平衡，那么在測量過程中，
杠桿的阻力實際是人的重力與杠桿自重的和，這樣就會影響到測量結果的準確性；
所以測量前，先在托盤上放置少量的重物，來平衡杠桿的自重，排除干擾．
這樣做的目的是：讓木板先達到平衡狀態，避免木板本身重力帶來的實驗誤差．
（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）讓木板先達到平衡狀態，避免木板本身重力帶來的實驗誤差；
（3）杠桿五要素如圖所示；（4）該同學的重心位置為0.48m．

點評：此題考查了定滑輪的工作特點和杠桿平衡條件的綜合應用，木板與同學的身高相同，是此題的一個隱含條件，需要注意．