Question

質(zhì)量相等的鐵塊和銅塊，分別掛在杠桿的兩端，杠桿處于平衡狀態(tài)，若將銅塊和鐵塊同時(shí)浸沒(méi)在水中，則杠桿（ ）
A．仍保持平衡
B．鐵塊一端下沉
C．銅塊一端下沉
D．無(wú)法判斷

Answer 1

【答案】分析：根據(jù)原來(lái)杠桿處于平衡狀態(tài)，利用杠桿的平衡條件可以得到該杠桿是一個(gè)等臂杠桿．
然后求出銅塊和鐵塊浸沒(méi)在水中時(shí)，受到的浮力，比得出其浮力的大小關(guān)系；分別表示出鐵塊和銅塊此時(shí)的力矩．通過(guò)比較力矩的大小確定其傾斜的方向．
解答：解：由于兩者質(zhì)量相等，所以設(shè)鐵塊和銅塊的質(zhì)量為m，
杠桿又處于平衡狀態(tài)，根據(jù)杠桿的平衡條件可得：mgL₁=mgL₂，所以該杠桿是一個(gè)等臂杠桿，即L₁=L₂=L．
鐵塊和銅塊浸沒(méi)在水中時(shí)，鐵塊受到的浮力：F_鐵=ρ_水gV_鐵=ρg，同理銅塊受到的浮力：F_銅=ρ_水g，由于ρ鐵＜ρ銅，所以ρg＞ρ_水g，
即鐵塊受到的浮力大于銅塊受到的浮力；
此時(shí)作用在杠桿上的力是重力減去它們受到的浮力即：G-F_浮．
由此可知鐵塊產(chǎn)生的力矩（力臂和力的乘積）：（mg-ρg）L，同理銅塊產(chǎn)生的力矩：（mg-ρ_水g），
由于銅塊受到的浮力小于鐵塊受到的浮力，所以：（mg-ρg）L＜（mg-ρ_水g）L，
杠桿將向力矩大的一方，即銅塊一側(cè)傾斜，故銅塊一端下沉．
綜上分析故選C．
點(diǎn)評(píng)：杠桿之所以不再平衡，關(guān)鍵是銅塊和鐵塊受到了浮力的作用，因此確定銅塊和鐵塊受到的浮力大小是解決此題的關(guān)鍵．