为探究平衡木受力特点,喜爱体操的小薇设计了一个平衡木模型。整个装置如图甲所示,AB可绕支点O无摩擦转动,C处固定一竖直硬杆,硬杆的底部安装了压敏电阻片R,R所在的电路放在了硬杆内(整个装置除硬杆以外其它部分的重力均不计),且AB=5m,OA=BC=1m,电源电压恒为3V,硬杆底部R阻值随地面对它的支持力F变化的关系如图乙所示,整个装置放在水平地面上,AB始终处于水平平衡状态,当重360N的小薇站在A点时,电流表的示数为0.1A。
求:
(1)小薇在A点时,C处受到硬杆的拉力;
(2)小薇在A点时,地面对硬杆底部R的支持力;
(3)当电流表的示数为0.3A时,小薇距A点多少米?
解析:
(1)小薇在A点时,杠杆平衡,杠杆受小薇对A点的压力和硬杆对C点的拉力,其中
OA=1m,OC=AB﹣OA﹣BC=5m﹣1m﹣1m=3m,
根据杠杆的平衡条件可得:
G人OA=F拉OC,
即:
360N×1m=F拉×3m,
解得:F拉=120N;
(2)小薇在A点时,电流表的示数I=0.1A,由欧姆定律并代入数据可得,此时压敏电阻的阻值:
R=30Ω;
由图乙知,当R=30Ω时,地面对硬杆底部R的支持力为60N;
(3)小薇在A点时,由力的平衡条件和前面数据可得,硬杆的重力:
G=F支+F拉=60N+120N=180N;
当I′=0.3A时,由欧姆定律,代入数据可得,压敏电阻的阻值为:
R′=10Ω,
由图象乙知,当R=10Ω时,地面对杆的支持力
F支′=300N;
由于F支′>G,所以可知此时杠杆对硬杆产生的是压力,由力的平衡条件可得,杠杆对硬杆的压力:
F压=F支′﹣G=300N﹣180N=120N;
由于力的作用是相互的,则硬杆对杠杆的支持力FC也为120N;
设此时小薇到支点O的距离为L,
根据杠杆的平衡条件可得:
FCOC=G人L,
即:
120N×3m=360N×L
解之得
L=1m
小薇距离A点的距离是
L'=1m+0.5m=1.5m
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