Question

如圖：杠桿在水平位置平衡，已知OA=10cm，OC=20cm，物體甲受到的重力為360N，物體乙受到的重力為60N，物體甲的密度為3.6×10³kg/m³，容器內(nèi)鹽水的密度為1.2×10³kg/m³．往容器中倒入清水使液體密度變?yōu)?.08×10³kg/m³，為使甲對(duì)容器底部的壓強(qiáng)不變，問(wèn)（1）支點(diǎn)不動(dòng)，乙物體應(yīng)向哪端動(dòng)，移動(dòng)多少厘米？（2）支點(diǎn)不動(dòng)，乙位置不動(dòng)，應(yīng)在乙的下面加掛多重的物體？（g=10N/kg）

Answer 1

解：杠桿在水平位置平衡時(shí)，物體甲在密度為1.2×10³kg/m³的鹽水中受力情況如圖：
∵F_拉?OA=G_乙?OC，
∴，
又：=0.01m³
∴F_浮=ρ₁gV_甲，=1.2×10³kg/m³×10N/kg×0.01m³=120N，
∴F_支=G_甲-F_拉-F_浮=360N-120N-120N=120N，
倒入水后：
F_浮'=ρ₂gV_甲=1.08×10³kg/m³×10N/kg×0.01m³=108N，
∵為使甲對(duì)容器底部的壓強(qiáng)不變，則F_支不變，
∴F_拉'=G_甲，-F_浮′-F_支=360N-108N-120N=132N，
（1）支點(diǎn)不動(dòng)，設(shè)物體乙在D點(diǎn)，根據(jù)杠桿平衡條件得：F_拉'?OA=G_乙?OD，
∴OD=．
∵OD＞OC，∴向右移動(dòng)乙物體到D點(diǎn)，
且CD=OD-OC=22cm-20cm=2cm．
（2）支點(diǎn)不動(dòng)，乙位置不動(dòng)，則在乙的下面加掛G₀的物體，
則：F_拉'?OA=（G_乙+G₀）?OC
∴G₀===6N．
答：（1）支點(diǎn)不動(dòng)，乙物體應(yīng)向右端動(dòng)，移動(dòng)2厘米；
（2）支點(diǎn)不動(dòng)，乙位置不動(dòng)，應(yīng)在乙的下面加掛6N的物體．
分析：首先根據(jù)第一次杠桿平衡求出甲物體受到的拉力，利用F_浮=ρgV求出浮力F_浮，結(jié)合甲物體的受力情況分析，求出甲對(duì)容器底部的壓力，
因?yàn)槭辜讓?duì)容器底部的壓強(qiáng)不變，即甲對(duì)容器底部的壓力保持不變即可，然后根據(jù)杠桿平衡分別計(jì)算支點(diǎn)不動(dòng)、乙物體的位置和支點(diǎn)不動(dòng)、乙位置不動(dòng)，應(yīng)在乙的下面加掛的物體重力．
點(diǎn)評(píng)：本題結(jié)合物體的浮力計(jì)算來(lái)考查杠桿平衡條件的應(yīng)用，主要是考查使杠桿重新平衡的兩種方法：在阻力和阻力臂不變的條件下，一是保持動(dòng)力不變，改變動(dòng)力臂；二是保持動(dòng)力臂不變，改變動(dòng)力．