称“重物”质量的特殊方法

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  称物体质量的基本方法是用天平或杆秤等来直接称量,称“重物”质量则常用地磅秤. 如没有这样的秤,则就需要另想办法. 下面介绍几种运用杠杆平衡条件来间接称量的方法。
  
  一、一秤两称法(又叫换位法)
  
  该法要点:用一支杆秤对换悬挂点和着地点,对同一物体先后称两次,然后利用杠杆平衡条件计算得出被称物体的质量。
  例1如图1所示,地面上有一根大木杆,先让木杆B端着地,用杆秤挂在木杆A端,杆秤上的示数为m;再让木杆A端着地,用杆秤挂在木杆B端,杆秤上的示数为m。 试证明该木杆的质量为m=m1+m2
  证明:设木杆长为l,重心在O点,BO长为l。
  若将B端着地,A端稍微抬离地面,则l、l可近似看作力臂,设此时杆秤挂钩对木杆的拉力为F1,由杠杆平衡条件,得 F1l=Gl1……①
  若将A端着地,B端被稍微抬离地面,此时杆秤挂钩对木杆的拉力为F2,同理可得 G(l-l1)=F2l……②
  


  由①②得 F1l+F2l=Gl,G=F1+F2
  

  又 G=mg,F1=m1g,F2=m2
  故 m=m1+m2
  注:此法有广泛的应用,人们常用此法来称大木杆(树)、大金属杆等杆状物体的质量(物体质量超出杆秤量程)。
  
  二、两秤一称法(又叫叠加法)
  
  该法要点:用两支杆秤凭借另一杠杆对物体进行一次称量,然后利用杠杆平衡条件,计算得出被称物体的质量。
  例2某人想称量家里一袋100kg左右的大米的质量,而他家里的杆秤的量程为60kg,无法直接称出;他向朋友借了一支同样规格的杆秤,于是他用一根木杆(质量可不计)和两支杆秤,按图2所示的方法,称出了那袋大米的质量。请说出其中的道理。
  


  析与解设称大米质量时,两秤挂钩分别钩到木杆的A、B两点,两秤对木杆的向上的拉力分别为F1、F2,此时两秤上的示数分别为m1
  和m2,如图2所示。 根据杠杆平衡条件,得
  F1×AB=G×OB(以B为支点),
  F2×AB=G×OA(以A为支点),
  两式相加,
  得(F1+F2)×AB=G×(OB+OA)
  即F1+F2=G。
  又F1=m1g,F2=m2g,G=mg 故m1+m2=m,
  即两杆秤上的示数m1与m2之和就是被称大米的质量m。
  注:应用此法,可称出质量超过杆秤量程的任何形状的物体的质量,操作时,只须将物体挂木杆中间(两秤挂两端),且竖直向上抬起物体(木杆不一定水平)。
  
  三、一秤一杆法(又叫组合法)
  


  该法要点:将杆秤与杆状物(如木杆)组合起来,构成一复合秤(复合杠杆),然后应用杠杆平衡条件计算出被秤物体的质量。
  例3给你一根质量为3kg的粗细均匀的直木棒,一支量程为60kg的杠杆,你能称出(只称一次)一袋约100kg的粮食的质量吗?请说出测量方法和原理。
  解:测量方法为:先把杠秤悬吊起来,然后将直木棒的A端搭在秤钩上,木棒正中间挂粮食,B端放在高架(或桌)上,如图3所示。 再用手移动砣绳,直到杆秤水平平衡。若杆秤示数为51kg,则粮食质量为99kg。
  原理为:根据杠杆平衡条件,从图3知,
   FA×AB=(mg+mg)×OB
  即 mAg×AB=(m+m)g×OB
  将 mA(示数)=51kg,AB=2×OB,m=3kg,代入上式,得m=99kg。
  你会这样去称物体的质量吗?
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