杠桿平衡的狀態(tài),是指杠桿處于靜止?fàn)顟B(tài)或緩慢的勻速狀態(tài)。當(dāng)力或力臂發(fā)生改變時,原來處于平衡狀態(tài)的杠桿,在新的情況下是否還能平衡,這個問題在各地中考試題中,常以選擇題或填空題的形式出現(xiàn)。如果根據(jù)杠桿平衡條件,比較變化后的力和力臂的乘積是否相等來判斷,過程較繁,影響解題速度。對此,我采用了“比較變化積”法,以達到事半功倍的效果。
例:如圖1所示,輕質(zhì)杠桿兩端分別施加F1、F2兩個力作用,且L1>L2,杠桿處于平衡狀態(tài)。
?。?)若將F1、F2兩個力同時增加ΔF,此杠桿處于什么狀態(tài)?
?。?)若將F1、F2兩個力的作用點同時靠近支點ΔL,此杠桿處于什么狀態(tài)?
一、常規(guī)思路
根據(jù)杠桿平衡條件可知,要判斷力或力臂改變后,杠桿是否平衡,則需比較后來杠桿兩端受到的力與力臂的乘積是否相等。
二、解析
1.初始狀態(tài)時,由杠桿的平衡條件可得:F1L1=F2L2。
當(dāng)F1、F2兩個力同時增加ΔF時,如圖1。則杠桿左端力和力臂的乘積為:
M1=(F1+ΔF)L1=F1L1+ΔFL1
則杠桿右端力和力臂的乘積為:
M2=(F2+ΔF)L2=F2L2+ΔFL2
若比較M1、M2的大小,只需比較ΔFL1與ΔFL2的大小,又因為L1>L2,所以
ΔFL1>ΔFL2,即M1>M2,因此杠桿左端下沉。
2.當(dāng)F1、F2兩個力的作用點同時靠近支點ΔL時,如圖2
則杠桿左端力和力臂的乘積為:
M3=F1(L1-ΔL)=F1L1-1F1ΔL
則杠桿右端力和力臂的乘積為:
M4=F2(L2-ΔL)=F2L2-F2ΔL
同理,只需比較F1ΔL與F2ΔL大小,由初始時L1>L2,可知F1
三、結(jié)論
根據(jù)上面的例題可以看出,判斷杠桿是否平衡,僅僅是由杠桿兩端變化積的大小決定的。所謂“變化積”,指的是變化的力與相應(yīng)力臂的積或相應(yīng)力與變化力臂的積。如果屬于增加型的,則增加積大的一端下沉;如果屬于減小型的,則減小積小的一端下沉。當(dāng)然,如果變化積相等,杠桿仍處于平衡狀態(tài)。
若能熟記此問題的結(jié)論,可使解題難度大大降低,并能迅速求解,尤其做填空題和選擇題,無論是提高解題速度,還是檢驗答案的正確性,都十分簡便有效。
四、例題
如圖3所示,杠桿上分別放著質(zhì)量不等的小球,杠桿恰在水平位置平衡。
1.如果兩球以相同的速度同時勻速遠離支點,則杠桿()。
2.如果兩球為冰球,以相同的速度熔化,且熔化后的水不留在杠桿上,則杠桿()。
A.能平衡
B.不能平衡,大球那端下沉
C.不能平衡,小球那端下沉
D.無法判斷
解析:因為杠桿是否平衡,僅僅是由杠桿兩端的變化積的大小以及是增加還是減小決定的。
兩球以相同的速度同時勻速遠離支點,力臂增加,屬于增加型,設(shè)增加的力臂為ΔL:
因為G大ΔL>G小ΔL
所以杠桿左端下沉,應(yīng)選B。
兩球為冰球,以相同的速度熔化,且熔化后的水不留在杠桿上,杠桿兩端所受力減小,屬于減小型,設(shè)冰球減小的重力為ΔG:
由題意得:L1
所以杠桿右端上翹,應(yīng)選B。
五、練習(xí)
1.(2010甘肅蘭州)如圖4所示,將體積相同的物體G1、G2分別掛在杠桿的兩端,杠桿處于平衡狀態(tài)。若將兩個物體G1、G2同時浸沒在水中,則網(wǎng)()
A.杠桿仍能保持平衡
B.杠桿不能平衡,A端下沉
C.杠桿不能平衡,B端下沉
D.無法確定杠桿的狀態(tài)
2.(2010四川內(nèi)江)如圖5所示,(a)所示的杠桿是平衡的,在此杠桿支點兩側(cè)的物體下方分別加掛一個物體,如圖(b)所示,那么,以下說法中正確的是()
A.杠桿仍然平衡
B.杠桿可能平衡
C.杠桿一定不能平衡
D.杠桿是否平衡與加掛物體的質(zhì)量多少無關(guān)
3.(2010江蘇宿遷)小明和小華玩蹺蹺板,當(dāng)小明坐在離支點2m處時,剛好能撬動小華,此時蹺蹺板在水平位置平衡。設(shè)小明體重為G1,小華體重為G2(G1<G2),則小華離支點的距離為 m.若兩人再拿同樣重的鐵球,則 (填“小明”或“小華”)將下降。
答案:(1)C (2)B (3)2G1/G2 小明
?。ㄗ髡邌挝?睢寧縣寧海外國語學(xué)校)