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40kg，平躺到木板上后在托盤中再加上重為137.2N的物體，木板再次水平平衡．
（1）該裝置中滑輪的作用是

 

．
（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

 

．
（3）請通過計算說明該同學的重心位置（g取9.8N/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）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）由圖知，木板左邊的拉力方向向上，而重物的重力方向豎直向下，所以定滑輪起到了改變力的方向的作用；
故答案為：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．
其目的是：消除木板重力對實驗的影響．
（3）已知（如圖）：G_物=137.2N，L_物=160cm=1.6m，G_人=mg=40kg×9.8N/kg=392N；
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

=

137.2N×1.6m

392N

=0.56m；
答：該同學的重心距支點（頭頂）0.56m．

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．