第一题:如下图,天平一侧放半杯水,另一侧放砝码,天平平衡。当一手指浸入水中,但不碰到烧杯,请问天平向哪边倾斜?
第二题:如下图,天平两侧有同样的水和烧杯。在左烧杯中加入一个中空的气球拴在杯底(气球、绳子自重不计),右侧悬挂一个铁球,两球体积相同,二个烧杯中的水均未溢出。请问此时天平会向哪边倾斜?
这是两道具有迷惑性的题,很多人都在做各种受力分析。
研究生的分析如下:
比如液面升高,水对烧杯底部压强变大;气球受到水向上的浮力;绳子对烧杯底部向上的拉力;绳子对铁球的拉力等等。
其实大家把问题复杂化了,我们只需要清楚两件事:
1、烧杯和水是一个整体系统。2、作用力和反作用力。
先看题一:水烧杯系统对浸入水中的手指有个向上的浮力,所以手指对系统的力向下。左侧下沉。
题二:右侧铁球和手指是一个道理。左侧气球由于和烧杯用绳子连接,所以绳子的力属于内力,即气球水烧杯是一个系统,不影响整体重力。右侧下沉。
初中生的分析如下:
托盘天平依据杠杆原理制成,在杠杆的两端各有一小盘,一端放砝码,另一端放要称的物体,杠杆中央装有指针,两端平衡时,两端的质量(重量)相等。
m(质量)=p(密度)V (体积),再结合这两题的意思,分析这2个参数是否发生变化呢?密度p是指水的密度,至始至终都没有发生变化;体积V是指水的体积,同样没有发生变化。所以说质量m也没有变化,那么天平应该是没有发生倾斜,始终保持平衡。这里特别提示第一题:手插入水中时会有个作用力,会打破天平平衡,向装水这边倾斜,但待手指完全静止时,天平最后还是保持平衡。
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