Question

有人設(shè)計(jì)了一種新型伸縮拉桿秤．結(jié)構(gòu)如圖，秤桿的一端固定一配重物并懸一掛鉤，秤桿外面套有內(nèi)外兩個(gè)套筒，套筒左端開(kāi)槽使其可以不受秤紐阻礙而移動(dòng)到掛鉤所在的位置（設(shè)開(kāi)槽后套筒的重心仍在其長(zhǎng)度中點(diǎn)位置）．秤桿與內(nèi)層套筒上刻有質(zhì)量刻度．空載（掛鉤上不掛物體，且套筒未拉出）時(shí)．用手提起秤紐，桿桿秤恰好平衡．當(dāng)物體掛在掛鉤上時(shí)，往外移動(dòng)內(nèi)外套筒可使桿秤平衡，從內(nèi)外套筒左端的位置可以讀得兩個(gè)讀數(shù)，將這兩個(gè)讀數(shù)相加，即可得到待測(cè)物體的質(zhì)量．已知秤桿和兩個(gè)套稠的長(zhǎng)度均為16cm，套筒可移出的最在距離為15cm，秤紐到掛鉤的距離為2cm，兩個(gè)套筒的質(zhì)量均為0.1kg．取重力加速度g=9.8m/s²．求：
（1）當(dāng)桿秤空載時(shí)，秤桿、配重物及掛鉤所受重力相對(duì)秤紐的合力矩；
（2）當(dāng)在秤鉤上掛一物體時(shí)，將內(nèi)套筒向右移動(dòng)5cm，外套筒相對(duì)內(nèi)套筒向右移動(dòng)8cm，桿秤達(dá)到平衡，物體的質(zhì)量多大？
（3）若外層套筒不慎丟失，在稱某一物體時(shí)，內(nèi)層套筒的左端在讀數(shù)為1kg外桿恰 好平衡，則該物體實(shí)際質(zhì)量多大？

Answer 1

分析：（1）根據(jù)平衡時(shí)兩套筒的重力相對(duì)秤紐的力矩與所求的合力矩相等求解．
（2）由物體的力矩與內(nèi)外套筒增加的力矩之和平衡求出．
（3）正常稱量重物時(shí)，內(nèi)外套筒可一起向外拉出，由力矩平衡求出內(nèi)外套筒可一起向外拉出，再由力矩平衡求解物體實(shí)際質(zhì)量．

解答：解：（1）由題意：套筒不拉出時(shí)桿稱恰好平衡，此時(shí)兩套筒的重力相對(duì)秤紐的力矩與所求的合力矩相等，設(shè)套筒長(zhǎng)度為L(zhǎng)，
   則所求合力矩M=2mg（

L

2

-d）=2×0.1×10（0.08-0.02）Nm=0.12N?m，
    （2）由力矩平衡得
     m₁gd=mgx₁+mg（x₁+x₂）
解得m₁=

2x1+x2

d

m=

2×0.05+0.08

0.02

×0.1kg=0.9kg．
 （3）正常稱量1kg重物時(shí)，內(nèi)外套筒可一起向外拉出x′
由力矩平衡得  m₂′gd=2mgx′，x′=

m ′ 2

2m

d=0.1m
     外套筒丟失后，此時(shí)內(nèi)套筒左端離稱紐距離為x′-d=0.08m
由力矩平衡
     m₂gd+M=mg（x′-d+

L

2

）
解得m₂=0.2kg
答：（1）當(dāng)桿秤空載時(shí)，秤桿、配重物及掛鉤所受重力相對(duì)秤紐的合力矩為0.12Nm；
    （2）當(dāng)在秤鉤上掛一物體時(shí)，將內(nèi)套筒向右移動(dòng)5cm，外套筒相對(duì)內(nèi)套筒向右移動(dòng)8cm，桿秤達(dá)到平衡，物體的質(zhì)量為0.9kg．
    （3）該物體實(shí)際質(zhì)量為0.2kg．

點(diǎn)評(píng)：本題考查理論聯(lián)系實(shí)際，運(yùn)用物理知識(shí)處理實(shí)際問(wèn)題的能力．注意第（2）問(wèn)中列式時(shí)，秤桿、配重物及掛鉤所受重力相對(duì)秤紐的合力矩與兩套筒的重力原來(lái)相對(duì)秤紐的力矩平衡，未列出．