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“活结”和“死结”“动杆”和“定杆”
目标要求 知道“活结”和“死结”“动杆”和“定杆”的区别,掌握各自的受力特点。
“活结”和“死结”问题
分类
模型结构(举例)
模型解读
模型特点
“活结”模型
“活结”一般由绳跨过滑轮或绳上
挂一光滑挂钩而形成,绳子因“活
结”而弯曲,但实际为同一根绳
“活结”两侧的绳子上
的张力大小处处相等
“死结”模型
“死结”把绳子分为两段,且不可
沿绳子移动,“死结”两侧的绳因
结而变成两根独立的绳
“死结”两侧的绳子上
张力不一定相等
例1 (2024·山东济宁市期中)如图所示,细绳一端固定在A 点,跨过与A 等高的光滑定滑轮B 后在另一
端悬挂一个沙桶Q。现有另一个沙桶P 通过光滑轻质挂钩挂在AB 之间,稳定后挂钩下降至C 点,∠ACB
=120°,下列说法正确的是( )
A.若只增加Q 桶内的沙子,再次平衡后C 点位置不变
B.若只增加P 桶内的沙子,再次平衡后C 点位置不变
C.若在两桶内增加相同质量的沙子,再次平衡后C 点位置不变
D.若在两桶内增加相同质量的沙子,再次平衡后沙桶Q 位置上升
答案 C
解析 对沙桶Q 受力分析有FT=GQ,若两绳的夹角为θ,对C 点受力分析可知,C 点受三力而平衡,而C 点
为“活结”绳上的点,两侧绳的张力大小相等,有2FTcos θ
2=GP,联立可得2GQcos θ
2=GP,故只增大Q 的
重力时,夹角θ 变大,C 点上升;只增大P 的重力时,夹角θ 变小,C 点下降,A、B 错误;当θ=120°时,
GP=FT=GQ,故两沙桶增加相同质量的沙子,P 和Q 的重力仍相等,C 点的位置不变,C 正确,D 错误。
“动杆”和“定杆”问题
分类
模型结构(举例)
模型解读
模型特点
“动杆”模型
轻杆用光滑的转轴或铰链
连接,轻杆可围绕转轴或
铰链自由转动
当杆处于平衡时,杆所
受的弹力方向一定沿杆
向内或向外
1
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“定杆”模型
轻杆被固定在接触面上,
不发生转动
杆所受的弹力方向不一
定沿杆,可沿任意方向
例2 (2025·山东东营市开学考)甲图中,轻杆AB 一端与墙上的光滑的铰链连接,另一端用轻绳系住,绳、
杆之间夹角为30°,在B 点下方悬挂质量为m 的重物。乙图中,轻杆CD 一端插入墙内,另一端装有光滑
小滑轮,现用轻绳绕过滑轮挂住质量为m 的重物,绳、杆之间夹角也为30°。甲、乙中杆都垂直于竖直墙,
则下列说法中正确的是( )
A.甲、乙两图中杆中弹力之比为1∶√3
B.甲图中杆的弹力更大
C.两根杆中弹力方向均沿杆方向
D.若甲、乙中轻绳能承受最大拉力相同,则重物质量增大时(甲、乙中重物质量始终相等),乙中轻绳先断
裂
答案 B
解析 题图甲中的杆有铰链相连,可以自由转动,弹力方向沿杆方向,题图乙中的杆一端插在墙里,不能自
由转动,弹力方向不一定沿杆方向,而是沿两根绳合力的反方向,故C 错误;
题图甲中,以B 点为研究对象,受力分析如图(a),根据平衡条件可得
FN=
mg
tan30° =√3mg
题图乙中,以D 点为研究对象,受力分析如图(b),受到重物的拉力、上边绳的拉力和CD 杆的弹力,由于拉
力FT'和重力的夹角为120°且大小均为mg,则由几何知识可得FN'=FT'=mg
即轻杆中的弹力大小为mg,则甲、乙两图中杆中弹力之比为√3∶1,故A 错误,B 正确;
题图甲中轻绳的拉力大小为FT=
mg
sin30° =2mg
题图乙中轻绳的拉力大小FT'=mg
若甲、乙中轻绳能承受最大拉力相同,则重物质量增大时,甲中轻绳先断裂,故D 错误。
2
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“晾衣架”中的“活结”问题
1.模型结构示例
2.模型解读
如图所示,晾晒衣服的绳子轻且光滑,悬挂衣服的衣架的挂钩也是轻质光滑的,轻绳两端分别固定在两根竖
直杆上的A、B 两点,衣服处于静止状态。如果保持绳子A 端位置不变,将B 端分别移动到不同的位置。结
点为O。
由于绳子拐弯处是平滑连接,故FOA=FOB=F
水平方向:Fsin θ1=Fsin θ2,结合几何关系知θ1=θ2=θ
竖直方向:Fcos θ+Fcos θ=mg
故F=mg
2cosθ ,可知F 只与θ 有关。
由几何关系:sin θ=
d
LOA+LOB
=d
L(L 为绳的总长)。
可知θ 只与两杆之间的水平距离d 有关。
3.模型特点:若d 不变,上、下移动绳子B 端,θ 不变,F 不变;两杆之间水平距离越远,θ 越大,F 越大。
例3 (多选)( 2024·山东泰安市校考)如图所示,轻质不可伸长的晾衣绳两端分别固定在竖直杆M、N 上
的a、b 两点,悬挂衣服的衣架挂钩是光滑的,挂于绳上处于静止状态。如果只人为改变一个条件,当衣
架静止时,下列说法正确的是( )
A.将绳的右端上移到b',绳子拉力大小不变
B.将杆N 向右移一些,绳子拉力变大
C.绳的两端高度差越小,绳子拉力越小
D.若换挂质量更大的衣服,则衣架悬挂点右移
答案 AB
解析 设衣架挂于绳上O 点,衣架与衣服质量之和为m,绳aOb 长为L,M、N 的水平距离为d,bO 延长线
交M 于a',
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由几何关系知a'O=aO,sin θ=d
L,由平衡条件有2Fcos θ=mg,则F=mg
2cosθ 。当绳右端从b 上移到b'时,
d、L 不变,θ 不变,故F 不变,选项A 正确,C 错误;将杆N 向右移一些,L 不变,d 变大,θ 变大,cos θ
变小,则F 变大,选项B 正确;只改变衣服的质量,则m 变化,其他条件不变,则sin θ 不变,θ 不变,衣架
悬挂点不变,选项D 错误。
1.(多选) (2025·山东济宁市实验中学月考)如图所示,在竖直平面内有固定的半径为R 的半圆轨道,其两端
点M、N 连线水平。将一轻质小环A 套在轨道上,一细线穿过轻环,一端系在M 点,另一端系一质量为
m 的小球,小球恰好静止在图示位置。不计一切摩擦,重力加速度为g,下列说法正确的是( )
A.细线对M 点的拉力大小为√3
2 mg
B.轨道对轻环的支持力大小为√3mg
C.细线对轻环的作用力大小为mg
D.图示位置时MA=√3R
答案 BD
解析 轻环两侧细线的拉力大小相等,均为FT=mg,
则细线对M 点的拉力大小为mg,故A 错误;轻环两侧细线的拉力与轻环对半圆轨道的压力的夹角相等,设
为θ,由OA=OM 得∠OMA=∠MAO=θ,则3θ=90°,得θ=30°,轻环受力平衡,则轨道对轻环的支持力大
小FN=2mgcos θ=√3mg,故B 正确;细线对轻环的作用力是轻环两侧细线拉力的合力,大小为FN'=FN=√3
mg,此时MA=2Rcos θ=√3R,故C 错误,D 正确。
2.如图(a)、(b)、(c)所示为三种形式的吊车的示意图,OA 为杆,AB 为缆绳,杆和缆绳重力不计,当它们
吊起相同重物时,杆OA 受力分别为Fa、Fb、Fc,下列关系正确的是( )
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A.Fa>Fb>Fc
B.Fa>Fc=Fb
C.Fa=Fb>Fc
D.Fa=Fb=Fc
答案 C
解析 分别对三种形式的结点进行受力分析,各图中FT=mg。
在图(a)中,Fa=2FTcos 30°=√3mg,在图(b)中,Fb=FTtan 60°=√3mg,在图(c)中,Fc=FTcos 30°=√3
2 mg,
故选C。
3.(2024·山东德州市模拟)抖空竹是一种传统杂技节目,叫“抖空钟”,南方也叫“扯铃”。表演者用两根
短竿系上绳子,将空竹(也有用壶盖或酒瓶)扯动使之旋转,并表演出各种身段。如图所示,表演者手持短
竿使细绳一端A 不动,另一端B 沿图中的四个方向缓慢移动,忽略空竹转动的影响,不计空竹和轻质细
绳间的摩擦力,且认为细绳不可伸长。下列说法正确的是( )
A.细绳B 端沿虚线a 向左移动时,细绳对空竹的合力增大
B.细绳B 端沿虚线b 向上移动时,细绳的拉力大小不变
C.细绳B 端沿虚线c 斜向上移动时,细绳的拉力减小
D.细绳B 端沿虚线d 向右移动时,细绳的拉力不变
答案 B
解析 细绳B 端沿虚线a 向左移动时,细绳对空竹的合力与空竹的重力等大反向,可知合力不变,A 错误;
细绳B 端沿虚线b 向上移动时,A、B 两点水平间距不变,绳长不变,可知细绳与竖直方向的夹角θ 不变,则
细绳的拉力大小不变,B 正确;细绳B 端沿虚线c 斜向上移动时,细绳与竖直方向的夹角θ 增大,则细绳的
拉力将增大,C 错误;细绳B 端沿虚线d 向右移动时,细绳与竖直方向的夹角θ 增大,则细绳的拉力将增大,
D 错误。
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