Question

如圖所示，AB、CD分別是兩個可以繞A、C兩轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動的質(zhì)量均勻的杠桿，它們的質(zhì)量相等，長度相等．現(xiàn)在B端施加一個始終垂直AB桿的力，使AB桿和CD桿緩緩繞順時針或逆時針轉(zhuǎn)動．設(shè)使AB桿順時針轉(zhuǎn)動到圖示位置時施加在B點的力為F₁，使AB桿逆時針轉(zhuǎn)動到圖時位置時施加在B點的力為F₂．則下列說法中正確的是

1. A.
   若CD桿與AB桿接觸處是光滑的，則F₁＜F₂
2. B.
   若CD桿與AB桿接觸處是光滑的，則F₁＞F₂
3. C.
   若CD桿與AB桿接觸處是有摩擦的，則F₁＜F₂
4. D.
   無論接觸點是否光滑，及轉(zhuǎn)動方向如何，F(xiàn)₁=F₂

Answer 1

C
分析：將CD桿與AB桿接觸處分光滑的和有摩擦的兩種情況，分別利用杠桿平衡條件，對CD桿的平衡情況列出等式，分析出CD桿對AB桿產(chǎn)生的壓力的變化情況，然后對杠桿AB的平衡分析比較即可．
解答：（1）若CD桿與AB桿接觸處是光滑的．
AB桿上的B為支點，作用在AB桿上的力有：F、重力G、CD桿對AB桿的壓力F′，

則根據(jù)杠桿平衡條件得：
F?L₁=G?L₂+F′?L₃，
無論AB桿順時針轉(zhuǎn)動還是逆時針轉(zhuǎn)動，F(xiàn)的力臂L₁、AB桿的重力G及重力力臂L₂、壓力F′及力臂L₃都不變，所以，
F₁=F₂．
（2）若CD桿與AB桿接觸處是有摩擦的．
AB桿受力F，G，F(xiàn)′，摩擦力f，力矩為
順時針轉(zhuǎn)動：F₁?L₁=G?L₂+F₁′?L₃+f₁?0---------------①
逆時針轉(zhuǎn)動：F₂?L₁=G?L₂+F₂′?L₃+f₂?0---------------②
∵CD桿對AB桿的壓力F′在兩種情況中不同，
①順時針轉(zhuǎn)動時，
CD桿受力：有G、F₁″、f₁′，摩擦力f₁′方向沿AB桿向上，μ為CD桿與AB桿之間的摩擦系數(shù)，
則：F₁″?L₄+f₁′?L₆=G?L₅，即：F₁″?L₄+μ?F₁″?L₆ =G?L₅，
∴F₁″=
②逆時針轉(zhuǎn)動時，
CD桿受力也是有G，F(xiàn)₂″，f₂′，但摩擦力f₂′方向沿AB桿向下，
則：F₂″?L₄=G?L₅+f₂′?L₆，
即：F₂″?L₄=G?L₅+μ?F₂″?L₆
∴F₂″=
∵CD桿上的G、L₄、L₅、μ、L₆ 都不變，
∴F₁″＜F₂″
∵F₁′與F₁″，F(xiàn)₂′與F₂″是一對相互作用力，
∴F₁′＜F₂′-----------③．
代入前面的①②式比較可得：
F₁＜F₂．
故選C．
點評：本題考查杠桿平衡條件的應(yīng)用，但重點注意CD桿對AB桿的壓力的變化，若無摩擦不會產(chǎn)生影響，若有摩擦，則由于摩擦力的方向不同，使CD桿對AB桿產(chǎn)生的壓力也就不同，利用杠桿平衡條件分析出這個壓力的變化，即可解答．