Question

（2013?衡阳）如图是一个上肢力量健身器示意图．D是动滑轮；配重A的底面积为5×10^-2m²，放在水平地面上对地面的压强P₀为2.4×10⁴Pa．杠杆EH可绕O点在竖直平面内转动，OE：OH=2：5．此人受到的重力为600N，他通过细绳在H点施加竖直向下的拉力T₁时，杠杆在水平位置平衡，他对地面的压力为F₁，配重A对地面的压力为F_A1，配重A受到的拉力为T_A1．配重A对地面的压强P₁为6×10³Pa；他在H点施加竖直向下的拉力T₂时，杠杆仍在水平位置平衡，他对地面的压力为F₂，配重A对地面的压力为F_A2，配重A受到的拉力为T_A2，配重A对地面的压强P₂为4×10³Pa．已知F₁：F₂=20：19，杠杆EH和细绳的质量均忽略不计．求：
（1）配重A受到的重力G_A．
（2）拉力T_A1和T_A2．
（3）动滑轮D受到的重力G_D．

Answer 1

分析：（1）根据F=G的关系，由公式F=pS计算出压力，得出配重A的重力；
（2）求解物体配重A受到的拉力，先要对配重A受到的拉力和小成进行受力分析，根据处于平衡状态的物体，所受的合力为零求解，配重A对地面的压力根据压强公式P=

F

S

得出的F=PS公式计算．
（3）动滑轮D的重力和物体配重A对绳子的拉力共同作用的杠杆的左端，要求解小成在H点施加竖直向下的拉力为T₂和动滑轮的重力需通过分析杠杆的两次平衡，根据杠杆的平衡条件列出方程，结合F₁：F₂=20：19的关系组成方程组进行求解．

解答：解：（1）根据p=

F

S

得，G=F=p₀S=2.4×10⁴Pa×5×10^-2m²=1.2×10³N
（2）当在H点施加竖直向下的拉力为T₁时，静止的配重A的受力情况如图2：
则：F_A1=F′=P₁S=6×10³Pa×5×10^-2m² =300N．
∵G=T_A1+F_A1
∴T_A1=G-F_A1=1200N-300N=900N．
当在H点施加竖直向下的拉力为T₂时，静止的配重A的受力情况如图1：

则：F_A2=F″=P₂S=4×10³pa×5×10^-2m² =200N．
∵G=T_A2+F_A2
∴T_A2=G-F_A2=1200N-200N=1000N．
（3）∵动滑轮D的优点是省一半力．∴对杠杆EH的E的拉力为F_拉1=

TA1+G动

2

．
人本身的受力情况如图3：
则：T₁=G_人-F₁．
对杠杆EH受力分析如图4中甲图：

∵在水平位置平衡．∴由杠杆平衡条件得：

T1

F拉1

=

OE

OH

．
即：

G人-F1

TA1+G动 2

=

OE

OH

，代入数据得：

600N-F1

900N+G动

=

2

5

--------①．
同理，当在H点施加竖直向下的拉力为T₂时，杠杆EH受力分析如图4中乙图：
可得：

G人-F2

TA2+G动 2

=

OE

OH

，代入数据得：

600N-F2

1000N+G动

=

2

5

-------②．
根据题意可知：

F1

F2

=

20

19

-------③．
解由①②③组成的方程组得：
G_动=100N；F₁=200N；F₂=190N．
答：（1）配重A受到的重力为1200N；（2）拉力T_A1为900N，T_A2为1000N；（3）动滑轮D受到的重力G_D为100N．

点评：本题是力学中难度较大的计算题，涉及简单机械（杠杆、滑轮）和压强的综合，求解时注意根据题干先分清研究的对象，对其进行受力分析，然后逐个解答．