用不等式判断一类杠杆失衡问题
杠杆平衡的条件是F1L1=F2L2,如图1所示,若F1L1≠F2L2,则杠杆不平衡,当F1L1>F2L2时,B点上升A点下降;当F2L2>F1L1时,则A点上升B点下降,也就是杠杆会向着力和力臂乘积大的那个力的方向转动.根据这一道理,用不等式判断杠杆失衡问题既快速又准确.
例1 如图2所示,一根粗细均匀的杠杆AB,在两端A、B处有竖直向下的力F1和F2作用时,杠杆处于水平位置平衡,若使F1、F2同时减小4牛的力,则杠杆不再平衡,A端被抬起,B端下降,由此可知杠杆的支点位置 [ ]
(A)在AB的中点处 (B)在靠近杠杆A端处
(C)在靠近杠杆B端处 (D)无法判断
分析:设此杠杆的支点为O,由于处于平衡状态,F1·OA=F2·OB,F1、F2同时减小4牛的力后,左端力和力臂的乘积为(F1-4)·OA,右端力和力臂的乘积为(F2-4)·OB,根据A端被抬起,B端下降,有
(F1-4)·OA<(F2-4)·OB,
即OB<OA,靠近杠杆B端,故选C.
例2 如图3,已知OA∶OB=2∶3,在杠杆A、B两端各挂上一袋细沙甲和乙,这时杠杆恰好平衡,若在甲、乙细沙袋上扎个小孔,使每秒流出细沙质量相等,经3秒钟后其杠杆将 [ ]
(A)还保持平衡 (B)不平衡,B端下沉 (C)不平衡,A端下沉
分析:当杠杆平衡时,有G甲·OA=G乙·OB,由于甲、
乙两沙袋每秒钟流出的细沙质量相等,则3秒钟流出的细沙的重力也相等.设流出的细沙重力均为G,由于
OA·G漏﹤OB·G漏,
所以(G甲-G漏) ·OA>(G乙-G漏) ·OB,A端下沉,故选C.
例3 如图4所示,杠杆上挂着7个相同的钩码,这时杠杆恰好处于平衡状态.若在杠杆的两端再同时各增加一个相同的钩码,则杠杆[ ]
[
(A)右端向下倾斜 (B)左端向下倾斜 (C)仍保持平衡
分析:设左端力臂为L1,右端力臂为L2,每个砝码重为G,杠杆平衡时4L1G=3L2G,由于L1<L2,有L1G<L2G,在杠杆的两端再同时各增加一个相同的钩码后,4L1G+L1G<3L2G+L2G,右端向下倾斜,故选A.
例4 如图5所示,杠杆两端悬挂A、B两物体时,杠杆正好平衡.如果A、B两物体的重力比原来增加了10牛,要使杠杆平衡,杠杆的支点应 [ ]
(A)向左移动 (B)向右移动 (C)位置不变
分析:杠杆平衡时,Ga·OA=Gb·OB,由于OA>OB,当A、B两物体的重力比原来增加了10牛时,100A>100B,则
Ga·OA+10OA>Gb·OB+10OB,
所以A会下降,B会上升,要使杠杆平衡,杠杆的支点应向左移动,故选A.