题目内容

14.如图所示,有n块密度均匀、完全相同的砖,长为L,采用如图的方法叠放在水平桌面上,使每一个砖压着下面的砖并伸出一部分,为使得砖块整体伸出桌面长度最大,则从上到下第2块砖在第3块砖上能伸出的长度为$\frac{1}{4}$;第n块砖伸出桌面的长度为$\frac{1}{2n}$.

分析 (1)质量分布均匀、形状规则的物体重心在其几何中心,据此确定砖的重心位置;
(2)砖块可以看做杠杆,由杠杆平衡条件知:只要上面的砖重心不超出支点之外,砖就可平衡,
(3)从上向下分析,求出各砖能伸出的最大长度.

解答 解:
设一块砖的长度为L,砖质量分布均匀,形状规则,其重心在其几何中心;
(1)第1块砖的重心在距砖的右端$\frac{L}{2}$处,如图所示,第1块砖放在第2块砖上面,第2块砖的右端是第1块砖的支点,当第1块砖伸出的长度为$\frac{1}{2}$时,砖的重心恰好在支点上,第1块砖恰能平衡,如果砖伸出的长度大于$\frac{L}{2}$,砖将翻倒,不会平衡,因此第1块砖伸出的最大长度是砖长的$\frac{1}{2}$;
(2)第1与第2块砖组成的整体重心在它们的几何中心,第3块砖的右端是它们的支点,它们重心距第1块砖最右端的距离是$\frac{3L}{4}$,如图所示,第1与第2块砖组成的整体重心距支点的距离为$\frac{3L}{4}$-$\frac{L}{2}$=$\frac{L}{4}$,则第2块砖伸出的最大长度是砖长的$\frac{1}{4}$;
(3)第1、2、3三块砖组成的整体重心位置距第1块砖的距离是$\frac{11L}{12}$,如图所示,第4块砖的右端是上面3块砖的支点,第1、2、3块砖的重心距它们支点的距离是$\frac{11L}{12}$-$\frac{3L}{4}$=$\frac{1L}{6}$,所以第3块砖伸出的最大长度是砖长的$\frac{1}{6}$;
(4)因此可得,第n块砖伸出的最大长度是砖长的$\frac{1}{2n}$.
故答案为:$\frac{1}{4}$;$\frac{1}{2n}$.

点评 本题考查了确定物体伸出的最大长度问题,难度较大,是一道难题;恰当地选择研究对象、确定研究对象的重心,是正确解题的关键.

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