高考物理建模之轻绳模型
高考物理轻绳、轻弹簧、轻杆模型
高考物理轻绳、轻弹簧、轻杆模型在力学中有很多的研究对象是通过“轻绳”“轻杆”“轻弹簧”连接的，在实际解题过程中，发现不少同学对这三种模型的特点、区别还不够清楚，容易混淆，造成解题错误。
特别提醒：轻杆的弹力方向“三百六十度”无死角。
轻绳特点轻绳模型的建立轻绳或称为细线，它的质量可忽略不计，轻绳是软的，不能产生侧向力，只能产生沿着绳子方向的力。
它的劲度系数非常大，以至于认为在受力时形变极微小，看作不可伸长。
轻绳模型的特点①轻绳各处受力相等，且拉力方向沿着绳子；②轻绳不能伸长；③用轻绳连接的系统通过轻绳的碰撞、撞击时，系统的机械能有损失；④轻绳的弹力会发生突变。
轻杆特点轻杆模型的建立轻杆的质量可忽略不计，轻杆是硬的，能产生侧向力，它的劲度系数非常大，以至于认为在受力时形变极微小，看作不可伸长或压缩。
轻杆模型的特点①轻杆各处受力相等，其力的方向不一定沿着杆的方向；②轻杆不能伸长或压缩；③轻杆受到的弹力的方式有拉力或压力。
轻弹簧特点轻弹簧模型的建立轻弹簧可以被压缩或拉伸，其弹力的大小与弹簧的伸长量或缩短量有关。
轻弹簧的特点①轻弹簧各处受力相等，其方向与弹簧形变的方向相反；②弹力的大小为F=kx，其中k为弹簧的劲度系数，x为弹簧的伸长量或缩短量；③弹簧的弹力不会发生突变。
特别提醒：橡皮筋与轻弹簧极为相似，只是橡皮筋不能被压缩！静止或匀速运动例1、如图所示，有一质量为m的小球用轻绳悬挂于小车顶部，小车静止或匀速直线运动时，求绳子对小球作用力的大小和方向。
解析：小车静止或匀速直线运动时，小球也处于静止或匀速直线运动状态。
由平衡条件可知，绳子对小球的弹力为F=mg，方向是沿着绳子向上。
若将轻绳换成轻弹簧，其结果是一样的。
例2、如图所示，小车上有一弯折轻杆，杆下端固定一质量为m的小球。
当小车处于静止或匀速直线运动状态时，求杆对球的作用力的大小和方向。
解析：以小球为研究对象，可知小球受到杆对它一个的弹力和重力作用，由平衡条件可知小球受力如图所示。
高考物理 模型系列之对象模型 专题03 轻绳、轻杆、轻弹簧、接触面模型(2)学案
专题03 轻绳、轻杆、轻弹簧、接触面模型（2）3.轻绳、轻杆、接触面形成的临界与极值问题 （i ）轻绳形成的临界与极值由轻绳形成的临界状态通常有两种,一种是轻绳松弛与绷紧之间的临界状态,其力学特征是绳仍绷直但绳中张力为零;另一种是轻绳断裂之前的临界状态,其力学特征是绳中张力达到能够承受的最大值.（ii ）轻杆形成的临界与极值与由轻绳形成的临界状态类似,一种杆对物体产生拉力与推力之间的临界状态,力学特征是该状态下杆对物体的作用力为零;另一种是轻杆能承受的最大拉力或最大压力所形成的临界状态.（iii ）接触面形成的临界与极值 由接触面形成的临界状态相对较多:①接触面间分离形成的临界,力学特征是接触面间弹力为零②接触面间滑动形成的临界.力学特征是接触面间静摩擦力达到最大值③接触面间翻转、滚动形成的状态，力学特征是接触面间弹力的等效作用点与瞬时转轴重合．或说是接触面间弹力的作用线通过瞬时转轴．例10.物体A 质量为kg m 2=，用两根轻绳B 、C 连接到竖直墙上，在物体A 上加一恒力F ，若图中力F 、轻绳AB 与水平线夹角均为︒=60θ，要使两绳都能绷直，求恒力F 的大小。
【答案】N F N 1.236.11≤≤【解析】：要使两绳都能绷直，必须0021≥≥F F ，，再利用正交分解法作数学讨论。
作出A 的受力分析图，由正交分解法的平衡条件：例10题图例11.如图所示，绳子AB能承受的最大拉力为1000N, 轻杆AC能承受的最大压力为2000N, 问：A点最多能悬挂多重的物体？例11题图【答案】1366N【解析】：以结点A为研究对象，作出其受力图如图所示。
例11答图A点受三个力作用而平衡，且F N和T的合力大小为G。
若T取临界值时，G的最大值为G T；若F N取临界值时，G的最大值为G N，那么A点能悬挂的重物的最大值是G T和G N中的较小值。
在如图所示的力三角形中，由三力平衡条件得：75sin 60sin G F N =，75sin 45sin GF = 当F Nmax = 2000N 时，G N = F Nmax sin75°/sin60°= 2230N 当F max =1000N 时，G T = F max sin75°/sin45° =1366N.当F 最大时，重物的最大重力只能是1366N, 若挂上重2230N 的重物时，AB 绳早被拉断。
高中物理动力学-轻绳轻杆模型
轻绳轻杆模型一、轻绳模型：“活结”与“死结”绳是物体间连接的一种方式，当多个物体用绳连接的时候，其间必然有“结”的出现，根据“结”的形式不同，可以分为“活结”和“死结”两种。
“活结”是绳子间的一种光滑连接，其特点是结的两端同一绳上的张力相等；而“死结”是绳子间的一种固定连接，结的两端绳子上的张力不一定相等。
1.“死结”问题的解决方法：（动态平衡问题）（1）正交分解法：建立直角坐标系，把力分解到X 轴和Y 轴上，然后水平方向合力为零，竖直方向合力为零列方程组。
（2）力的合成（图解法）：如果物体受3个力作用，那么其中两个力的合力与第三个力大小相等，方向相反。
把这3个力放到三角形中，根据三角形三个边长的变化情况来判断力的变化情况。
（3）拉密定理：物体受到3个力的作用，一个恒力（方向大小不变），一个定力（方向不变大小变），一个变力（方向大小都变化），定力与变力的夹角为θ（即恒力屁股对着的夹角）， 那么会有：定力与θ角的变化情况相同当θ角为钝角时，变力与θ角的变化情况相同当θ角为直角时，变力有最小值。
当θ角为锐角时，变力与θ角的变化情况相反。
无论θ角时从锐角变成钝角，还是钝角变成锐角，变力都是先减小后增加。
2.“活结”问题的解决方法：（1） 无论OB 与水平方向的角度如何，OA 、OC 的拉力都不会变，都等于C 的重力。
（2）轻绳的拉力与MN 之间的距离有关，距离越大拉力大，距离约小拉力越小。
如果距离不变（即a 点或b点只是竖直方向移动），那么拉力不变，轻绳与水平方向的夹角也不会变化。
二、轻杆模型：“活杆”与“死杆” 死杆是不可转动，所以杆所受弹力的方向不一定沿杆方向．活杆是可以转动的杆所以杆所受弹力的方向沿杆方向。
1. “死杆”问题的解决方法：由于死杆是不可转动，所以杆所受弹力的方向不一定沿杆方向，也就是说可以是任意方向，那么只能先求出除了杆受到的弹力之外的所有力的合力，那么杆受到的弹力与这个合力大小相等，方向相反。
高考物理专题分析及复习建议： 轻绳、轻杆、弹簧模型专题复习
高考物理专题分析及复习建议：轻绳、轻杆、弹簧模型专题复习，吊着重为180N的物体，不计摩向上移动些，二绳张力大例2：如图所示，三根长度均为l 的轻绳分别连接于C 、D 两点，A 、B 两端被悬挂在水平天花板上，相距2l .现在C 点上悬挂一个质量为m 的重物，为使CD 绳保持水平，在D 点上可施加力的最小值为（）A.mgB.33mg C.21mg D.41mg 变式训练1．段不可伸长的细绳OA 、OB 、OC 能承受的最大拉力相同，它们共同悬挂一重物，如图4-7所示，其中OB 是水平的，A 端、B 端固定.若逐渐增加C 端所挂物体的质量，则最先断的绳（） A ．必定是OAB.必定是OBC ．必定是OCD.可能是OB ，也可能是OC变式训练2．如图所示，物体的质量为2kg ．两根轻细绳AB 和AC 的一端连接于竖直墙上，另一端系于物体上，当AB 、AC 均伸直时，AB 、AC 的夹角60θ=，在物体上另施加一个方向也与水平线成60θ=的拉力F ，若要使绳都能伸直，求拉力F 的大小范围．变式训练3.如图所示，电灯悬挂于两壁之间，更换水平绳OA 使连结点A 向上移动而保持O 点的位置不变，则A 点向上移动时A ．绳OA 的拉力逐渐增大B ．绳OA 的拉力逐渐减小C ．绳OA 的拉力先增大后减小D ．绳OA 的拉力先减小后增大变式训练4.一轻绳跨过两个等高的定滑轮不计大小和摩擦，两端分别挂上质量为m 1=4Kg 和m 2=2Kg 的物体，如图所示。
在滑轮之间的一段绳上悬挂物体m ，为使三个物体不可能保持平衡，求m 的取值范围。
（绳的“死结”问题，也就是相当于几根绳子，每根绳的拉力一般来说是不相同的。
） 左运动时，则对于：如图所示，轻杆的一端铰链连接于墙壁上，另一端装有一光滑的小滑轮，细绳绕过小悬挂在天花板上，下面还拴着劲度系数为k1的轻弹簧上移的高度是多少？的劲度系数分别为k1和k2，若在m1上随时间t变化的图像如图（乙）所示，则（在某一瞬间，物体由一种状态变化到另一种状态，从而引起运动和受力在短时间内发生急剧的变化，，的细绳，细绳上有一小的清滑轮，吊着重为180N的物体，不计向上移动些，二绳张力两端被悬挂在水平点A.mgB.33mg C.21mg D.41mg 2-1．一段不可伸长的细绳OA 、OB 、OC 能承受的最大拉力相同，它们共同悬挂一重物，如图4-7所示，其中OB 是水平的，A 端、B 端固定.若逐渐增加C 端所挂物体的质量，则最先断的绳（A ）A ．必定是OAB.必定是OBC ．必定是OCD.可能是OB ，也可能是OC2-2．如图所示，物体的质量为2kg ．两根轻细绳AB 和AC 的一端连接于竖直墙上，另一端系于物体上，当AB 、AC 均伸直时，AB 、AC 的夹角60θ=，在物体上另施加一个方向也与水平线成60θ=的拉力F ，若要使绳都能伸直，求拉力F 的大小范围．F 的取值范围为：≤F≤2-3.如图所示，电灯悬挂于两壁之间，更换水平绳OA 使连结点A 向上移动而保持O 点的位置不变，则A 点向上移动时（D ）A ．绳OA 的拉力逐渐增大B ．绳OA 的拉力逐渐减小C ．绳OA 的拉力先增大后减小D ．绳OA 的拉力先减小后增大2-4.一轻绳跨过两个等高的定滑轮不计大小和摩擦，两端分别挂上质量为m 1=4Kg 和m 2=2Kg 的物体，如图所示。
竖直平面内圆周运动的“轻绳、轻杆”模型
(1)当 (2)当
v＝0 时,FN＝mg,沿半径背离圆心 0＜v＜ gr时,－FN＋mg＝mvr2,FN
背离
mg＝mvr2
圆心,随 v 的增大而减小 (3)当 v＝ gr时，FN＝0
(2)不能过最高点 v＜ gr， 在到达最高点前球已脱离
(4)当 v＞
gr时，FN＋mg＝mvr2，F增大
【例 3】如图示，长为 L 的轻杆一端固定质量为 m 的小球，另一端固定 在转轴 O，现使小球在竖直平面内做圆周运动，P 为圆周的最高点，若
小球通过圆周最低点时的速度大小为 92gL，忽略摩 擦阻力和空气阻力，则以下判断正确的是( ) A．小球不能到达 P 点 B．小球到达 P 点时的速度大于 gL C．小球能到达 P 点，且在 P 点受到轻杆向上的弹力 D．小球能到达 P 点，且在 P 点受到轻杆向下的弹力
临界问题分析 物体在竖直平面内做的圆周运动是一种典型的变速 曲线运动，该类运动常有临界问题，并伴有“最 大”“最小”“刚好”等词语，现就两种模型分析 比较如下：
轻绳模型
轻杆模型
常见 类型
过最高点的 临界条件
v 临＝ gr
小球恰能做圆周运动，v临＝0
讨论 分析
(1)过最高点时，v≥ gr，绳、 轨 道 对 球 产 生 弹 力 FN＋
B．只要改变h的大小，就能使小球通过a 点后，既可能落回轨道内，又可能落到de 面上
C．无论怎样改变h的大小，都不可能使 小球通过a点后落回轨道内 D．调节h的大小，可以使小球飞出de面 之外(即e的右侧)
审题导析 1.理解小球通过 a点的意义. 2.分析小球整体 运动过程中遵从 的规律.
转 解析
【训练 3】 (多选)如图所示，一个固定在竖直平面上的光滑半圆 形管道，管道里有一个直径略小于管道内径的小球，小球在管道内 做圆周运动，从 B 点脱离后做平抛运动，经过 0.3 s 后又恰好垂直 与倾角为 45°的斜面相碰。已知半圆形管道的半径为 R＝1 m，小 球可看做质点且其质量为 m＝1 kg，g 取 10 m/s2。则( ) A．小球在斜面上的相碰点 C 与 B 点的水平距离是 0.9 m B．小球在斜面上的相碰点 C 与 B 点的水平距离是 1.9 m C．小球经过管道的 B 点时，受到管 道的作用力 FNB 的大小是 1 N D．小球经过管道的 B 点时，受到管 道的作用力 FNB 的大小是 2 N
高中物理轻绳、轻杆、轻弹簧三种模型之比较专题辅导
高中物理轻绳、轻杆、轻弹簧三种模型之比拟在力学中有很多的研究对象是通过“轻绳〞“轻杆〞“轻弹簧〞连接的，在实际解题过程中，发现不少同学对这三种模型的特点、区别还不够清楚，容易混淆，造成解题错误。
下面就这三种模型的特点和不同之处与应用进展归纳，希望对大家有所帮助。
一. 三种模型的主要特点1. 轻绳〔1〕轻绳模型的建立轻绳或称为细线，它的质量可忽略不计，轻绳是软的，不能产生侧向力，只能产生沿着绳子方向的力。
它的劲度系数非常大，以至于认为在受力时形变极微小，看作不可伸长。
〔2〕轻绳模型的特点①轻绳各处受力相等，且拉力方向沿着绳子；②轻绳不能伸长；③用轻绳连接的系统通过轻绳的碰撞、撞击时，系统的机械能有损失；④轻绳的弹力会发生突变。
2. 轻杆〔l〕轻杆模型的建立轻杆的质量可忽略不计，轻杆是硬的，能产生侧向力，它的劲度系数非常大，以至于认为在受力时形变极微小，看作不可伸长或压缩。
〔2〕轻杆模型的特点①轻杆各处受力相等，其力的方向不一定沿着杆的方向；②轻杆不能伸长或压缩；③轻杆受到的弹力的方式有拉力或压力。
3. 轻弹簧〔1〕轻弹簧模型的建立轻弹簧可以被压缩或拉伸，其弹力的大小与弹簧的伸长量或缩短量有关。
〔2〕轻弹簧的特点①轻弹簧各处受力相等，其方向与弹簧形变的方向相反；②弹力的大小为F=kx，其中k为弹簧的劲度系数，x为弹簧的伸长量或缩短量；③弹簧的弹力不会发生突变。
二. 三种模型的主要区别1. 静止或匀速直线运动时例1. 如图1所示，有一质量为m的小球用轻绳悬挂于小车顶部，小车静止或匀速直线运动时，求绳子对小球作用力的大小和方向。
图1解析：小车静止或匀速直线运动时，小球也处于静止或匀速直线运动状态。
由平衡条件可，方向是沿着绳子向上。
知，绳子对小球的弹力为F mg假设将轻绳换成轻弹簧，其结果是一样的。
例2. 如图2所示，小车上有一弯折轻杆，杆下端固定一质量为m的小球。
当小车处于静止或匀速直线运动状态时，求杆对球的作用力的大小和方向。
专题03 轻绳、轻杆、轻弹簧、接触面模型(1)-高考物理模型系列之对象模型(解析版)
一模型界定本模型主要讨论绳和杆的弹力以及接触面间作用力的特点、形成的挂件模型、出现的临界与极值问题，以及它们的力的作用的瞬时性即暂态过程的问题等。
二模型破解 1."轻质"的含义 (i)质量为零(ii)任何状态下所受合力为零例1.如图所示，倾角为α的等腰三角形斜面固定在水平面上，一足够长的轻质绸带跨过斜面的顶端铺放在斜面的两侧，绸带与斜面间无摩擦。
现将质量分别为M 、m(M>m)的小物块同时轻放在斜面两侧的绸带上。
两物块与绸带间的动摩擦因数相等，且最大静摩擦力与滑动摩擦力大小相等。
在α角取不同值的情况下，下列说法正确的有A ．两物块所受摩擦力的大小总是相等B ．两物块不可能同时相对绸带静止C ．M 不可能相对绸带发生滑动D ．m 不可能相对斜面向上滑动 【答案】 C时还应满足m f f ≤,即当m M M +≥2μ时两物块都相对绸带静止,B 错误.当mM M+<2μ时,m 相对绸带滑动,物块所受摩擦力达到最大值:M m f mg f <=αμcos ,M 仍相对绸带静止,C 正确.当m 相对绸带滑动时,若满足ααμsin cos mg mg <即αμtan <时m 相对斜面下滑;若αμtan =时m 静止;αμtan >时m 上滑,故D 错误.模型演练1.某缓冲装置的理想模型如图所示,劲度系数足够大的轻质弹簧与轻杆相连,轻杆可在固定的槽内移动,与槽间的滑动摩擦力恒为f . 轻杆向右移动不超过l 时,装置可安全工作. 一质量为m 的小车若以速度v 0 撞击弹簧,将导致轻杆向右移动4l. 轻杆与槽间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力,且不计小车与地面的摩擦.(1)若弹簧的劲度系数为k,求轻杆开始移动时,弹簧的压缩量x;(2)求为使装置安全工作,允许该小车撞击的最大速度v m ; (3)讨论在装置安全工作时,该小车弹回速度v ’和撞击速度v 的关系.【解析】:（1）轻杆开始移动时，弹簧的弹力kx F = ① 且f F = ② 解得kfx =③2.弹力 (I)弹力的方向 （i ）绳的弹力①绷直的轻绳，其弹力方向沿着绳，与物体的运动状态无关 ②绳只能对物体施加拉力，不能对物体施加推力練1图③质量不能忽略的绳，绳中某处的张力沿该点绳的切线方向（ii）杆的弹力①轻杆的弹力不一定沿着杆，具体方向与物体的运动状态、杆与物体的连接方式有关②杆既可以对物体产生拉力，也可以对物体产生推力③满足下列条件时杆的弹力一定沿着杆:A.轻杆B.轻杆的一端由转轴或绞链固定C.除转轴或绞链对杆的作用力外,其它作用力作用于杆上同一点.（iii）弹簧的弹力①弹簧弹力的方向沿弹簧的中轴线方向,与运动状态无关②弹簧的弹力可以是拉力也可以是推力(iv)接触面的弹力①接触面的弹力一定垂直于接触面,与物体的运动状态无关②接触面只能对物体产生推力,不能对物体产生拉力③接触面间还可以存在摩擦力(II).弹力的大小①无论轻绳、轻杆还是接触面间的弹力,它们的大小具有一点相同的特征,即弹力的大小与系统所处于的运动状态有关,通常需要从平衡条件或牛顿运动定律来求解.②绕过光滑物体的同一条轻绳上各点的张力仍是相大小等的，如光滑滑轮、光滑挂钩等两侧的轻绳；系于一点的两段绳上张力大小不一定相等．③弹簧的弹力大小与运动状态无关,取决于弹簧劲度系统与形变量,遵从胡克定律.例2.重G的均匀绳两端悬于水平天花板上的A、B两点．静止时绳两端的切线方向与天花板成α角．求绳的A端所受拉力F1和绳中点C处的张力F2.例2 题图【答案】例3.如图所示，车厢里悬挂着两个质量不同的小球，上面的球比下面的球质量大，当车厢向右作匀加速运动(空气阻力不计)时，下列各图中正确的是【答案】B【解析】:由于无论系统是处于平衡状态还是处于非平衡状态,轻绳的张力总是沿着绳的.设上面一段绳与竖直方向的夹角为α，下面一段绳与竖直方向的夹角为β，先把M 、m 看做一个整体，对整体分析可知受到重力和上段绳的拉力如图所示，则由牛顿第二定律知：F 合＝(m ＋M)gtanα＝(M ＋m)a 得：a ＝gtanα.以下面的小球m 为研究对象，则有：mgtanβ＝ma′，其中a′＝a ，所以tanβ＝tanα，即α＝β，故选项B 正确．例 4.如图所示，固定在小车上的斜杆与竖直杆的夹角为θ，在斜杆的下端固定有质量为m 的小球，下列关于杆对球的作用力F 的判断中，正确的是 （ ）A 、小车静止时，cos F mg θ=，方向沿杆向上例3答图例4题图θ例3题图B 、小车静止时，cos F mg θ=，方向垂直杆向上C 、小车向右以加速度a 运动时，一定有/cos F mg θ=D 、小车向左以加速度a 运动时，22g a m F +=，方向斜向左上方，与竖直方向的夹角为arctan(/)a g α=【答案】D根据牛顿第二定律有： sin ,F ma α= cos F mg α=可解得：/cos F mg α=，arctan(/)a g α=,可见α随a 大小而改变，不一定等于θ。
2021高考物理模型系列之对象模型专题03轻绳轻杆轻弹簧接触面模型学案
专题03 轻绳、轻杆、轻弹簧、接触面模型（1）一模型界定本模型主要讨论绳和杆的弹力和接触面间作使劲的特点、形成的挂件模型、出现的临界与极值问题，和它们的力的作用的瞬时性即暂态进程的问题等。
二模型破解 1."轻质"的含义 (i)质量为零(ii)任何状态下所受合力为零例1.如图所示，倾角为α的等腰三角形斜面固定在水平面上，一足够长的轻质绸带跨过斜面的顶端铺放在斜面的双侧，绸带与斜面间无摩擦。
现将质量别离为M 、m(M>m)的小物块同时轻放在斜面双侧的绸带上。
两物块与绸带间的动摩擦因数相等，且最大静摩擦力与滑动摩擦力大小相等。
在α角取不同值的情况下，下列说法正确的有A ．两物块所受摩擦力的大小老是相等B ．两物块不可能同时相对绸带静止C ．M 不可能相对绸带发生滑动D ．m 不可能相对斜面向上滑动 【答案】 C时还应知足m f f ≤,即当m M M +≥2μ时两物块都相对绸带静止,B 错误.当mM M+<2μ时,m 相对绸带滑动,物块所受摩擦力达到最大值:M m f mg f <=αμcos ,M 仍相对绸带静止,C 正确.当m 相对绸带滑动时,若满足ααμsin cos mg mg <即αμtan <时m 相对斜面下滑;若αμtan =时m 静止;αμtan >时m 上滑,故D 错误.模型演练1.某缓冲装置的理想模型如图所示,劲度系数足够大的轻质弹簧与轻杆相连,轻杆可在固定的槽内移动,与槽间的滑动摩擦力恒为f . 轻杆向右移动不超过l 时,装置可安全工作. 一质量为m 的小车若以速度v 0 撞击弹簧,将致使轻杆向右移动4l. 轻杆与槽间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力,且不计小车与地面的摩擦.(1)若弹簧的劲度系数为k,求轻杆开始移动时,弹簧的紧缩量x;(2)求为使装置安全工作,允许该小车撞击的最大速度v m ; (3)讨论在装置安全工作时,该小车弹回速度v ’和撞击速度v 的关系.【解析】:（1）轻杆开始移动时，弹簧的弹力kx F = ① 且f F = ② 解得kfx =③2.弹力 (I)弹力的方向練1图（i）绳的弹力①绷直的轻绳，其弹力方向沿着绳，与物体的运动状态无关②绳只能对物体施加拉力，不能对物体施加推力③质量不能忽略的绳，绳中某处的张力沿该点绳的切线方向（ii）杆的弹力①轻杆的弹力不必然沿着杆，具体方向与物体的运动状态、杆与物体的连接方式有关②杆既可以对物体产生拉力，也可以对物体产生推力③知足下列条件时杆的弹力必然沿着杆:A.轻杆B.轻杆的一端由转轴或绞链固定C.除转轴或绞链对杆的作使劲外,其它作使劲作用于杆上同一点.（iii）弹簧的弹力①弹簧弹力的方向沿弹簧的中轴线方向,与运动状态无关②弹簧的弹力可以是拉力也可以是推力(iv)接触面的弹力①接触面的弹力必然垂直于接触面,与物体的运动状态无关②接触面只能对物体产生推力,不能对物体产生拉力③接触面间还可以存在摩擦力(II).弹力的大小①无论轻绳、轻杆仍是接触面间的弹力,它们的大小具有一点相同的特征,即弹力的大小与系统所处于的运动状态有关,通常需要从平衡条件或牛顿运动定律来求解.②绕过滑腻物体的同一条轻绳上各点的张力仍是相大小等的，如滑腻滑轮、滑腻挂钩等双侧的轻绳；系于一点的两段绳上张力大小不必然相等．③弹簧的弹力大小与运动状态无关,取决于弹簧劲度系统与形变量,遵从胡克定律.例2.重G的均匀绳两头悬于水平天花板上的A、B两点．静止时绳两头的切线方向与天花板成α角．求绳的A端所受拉力F1和绳中点C处的张力F2.例2 题图【答案】例3.如图所示，车箱里悬挂着两个质量不同的小球，上面的球比下面的球质量大，当车箱向右作匀加速运动(空气阻力不计)时，下列各图中正确的是例3题图【答案】B【解析】:由于无论系统是处于平衡状态仍是处于非平衡状态,轻绳的张力老是沿着绳的.设上面一段绳与竖直方向的夹角为α，下面一段绳与竖直方向的夹角为β，先把M、m看做一个整体，对整体分析可知受到重力和上段绳的拉力如图所示，例3答图则由牛顿第二定律知：F合＝(m＋M)gtanα＝(M＋m)a 得：a＝gtanα.以下面的小球m为研究对象，则有：mgtanβ＝ma′，其中a′＝a，所以tanβ＝tanα，即α＝β，故选项B正确．例4.如图所示，固定在小车上的斜杆与竖直杆的夹角为θ，在斜杆的下端固定有质量为m的小球，下列关于杆对球的作使劲F的判断中，正确的是（）θ例4题图A 、小车静止时，cos F mg θ=，方向沿杆向上B 、小车静止时，cos F mg θ=，方向垂直杆向上C 、小车向右以加速度a 运动时，必然有/cos F mg θ=D 、小车向左以加速度a 运动时，22g a m F +=，方向斜向左上方，与竖直方向的夹角为arctan(/)a g α=【答案】D按照牛顿第二定律有： sin ,F ma α= cos F mg α=可解得：/cos F mg α=，arctan(/)a g α=,可见α随a 大小而改变，不必然等于θ。
高考物理常用模型四：轻绳、轻杆
╰α 模型四：轻绳、轻杆 绳只能受拉力，杆能沿杆方向的拉、压、横向及任意方向的力。
◆ 通过轻杆连接的物体
如图：杆对球的作用力由运动情况决定只有θ=arctg(
g a )时才沿杆方向
最高点时杆对球的作用力。
假设单B 下摆，最低
点的速度V B =R 2g ⇐mgR=22
1B mv 整体下摆2mgR=mg 2R +'2B '2A mv 21mv 2
1+ 'A 'B V 2V = ⇒ 'A V =gR 53 ； 'A 'B V 2V ==gR 25
6> V B =R 2g 所以AB 杆对B 做正功，AB 杆对A 做负功
◆ 通过轻绳连接的物体
①在沿绳连接方向(可直可曲)，具有共同的v 和a 。
特别注意：两物体不在沿绳连接方向运动时，先应把两物体的v 和a 在沿绳方向分解，求出两物体的v 和a 的关系式，
②被拉直瞬间，沿绳方向的速度突然消失，此瞬间过程存在能量的损失。
讨论：若作圆周运动最高点速度 V 0<gR ，运动情况为先平抛，绳拉直时沿绳方向的速度消失。
即是有能量损失，绳拉紧后沿圆周下落机械能守恒。
而不能够整个过程用机械能守恒。
自由落体时，在绳瞬间拉紧(沿绳方向的速度消失)有能量损失(即v 1突然消失)，再v 2下摆机械能守恒
E m
L
·。
物理建模系列 竖直平面内圆周运动的“轻绳、轻杆”模型
物理建模系列 竖直平面内圆周运动的“轻绳、轻杆”模型1．模型条件(1)物体在竖直平面内做变速圆周运动。
(2)“轻绳模型”在轨道最高点无支撑，“轻杆模型”在轨道最高点有支撑。
2．常用模型该类问题常有临界问题，并伴有“最大”“最小”“刚好”等词语，现对两种模型分析比较如下：好能在竖直面内做完整的圆周运动。
已知水平地面上的C 点位于O 点正下方，且到O 点的距离为1.9L 。
不计空气阻力。
(1)求小球通过最高点A 时的速度v A ；(2)若小球通过最低点B 时，细线对小球的拉力F T 恰好为小球重力的6倍，且小球经过B 点的瞬间细线断裂，求小球的落地点到C 点的距离。
解题指导： 解答本题可按以下思路进行：解析： (1)若小球恰好能做完整的圆周运动，则小球通过A 点时细线的拉力刚好为零，根据向心力公式有mg ＝m v 2AL解得v A ＝gL 。
(2)小球在B 点时，根据牛顿第二定律有F T －mg ＝m v 2BL其中F T ＝6mg解得小球在B 点的速度大小为v B ＝5gL细线断裂后，小球从B 点开始做平抛运动，则由平抛运动的规律得竖直方向上：1.9L －L ＝12gt 2水平方向上：x ＝v B t 解得x ＝3L即小球落地点到C 点的距离为3L 。
答案： (1)gL (2)3L [即学即练](2016·烟台模拟)一轻杆一端固定质量为m 的小球，以另一端O 为圆心，使小球在竖直面内做半径为R 的圆周运动，如图所示，则下列说法正确的是( )A ．小球过最高点时，杆所受到的弹力可以等于零B ．小球过最高点的最小速度是gRC ．小球过最高点时，杆对球的作用力一定随速度增大而增大D ．小球过最高点时，杆对球的作用力一定随速度增大而减小解析： 轻杆可对小球产生向上的支持力，小球经过最高点的速度可以为零，当小球过最高点的速度v ＝gR 时，杆所受的弹力等于零，A 正确，B 错误；若v ＜gR ，则杆在最高点对小球的弹力竖直向上，mg －F ＝m v 2R ，随v 增大，F 减小，若v ＞gR ，则杆在最高点对小球的弹力竖直向下，mg ＋F ＝m v 2R ，随v 增大，F 增大，故C 、D 均错误。
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高考物理建模之轻绳模型
轻质绳是高考物理常见的一种建模，很多题型涉及到轻绳模型，考查方式多样化，可以以选择、计算题出现，可以是简单的受力，也可以是复杂的讨论形式。
可以说，轻绳模型是高中物理最常见也最重要的建模之一。
轻绳模型特点
首先，它的质量可忽略不计，不考虑其重力。
其次，它只能产生拉力(弹力)，不能产生压力或支持力，因此拉力方向一定沿着绳子指向绳子收缩的方向。
轻绳模型规律
▪同一条绳子拉力处处相等；
▪轻绳松弛时不产生拉力，轻绳不能像弹簧一样伸长；
▪用轻绳连接的物体发生碰撞时，会引起机械能损失，即非弹性碰撞；
▪轻绳的拉力会发生突变，具有瞬时突变；
轻绳模型处理方法
根据物体运动状态，选择相对应的定理或定律。
具体表现为：静止或动态平衡时涉及共点平衡原理，加速或减速涉及牛顿第二定律，圆周运动涉及向心力，绳子关联问题涉及运动的合成与分解等等。
轻绳模型常见题型
▪轻绳涉及的平衡问题
这类题型特点在于物体处于静止状态或动态平衡(缓慢移动、匀速运动)，结合受力分析利用合成法或正交分解法解决。
特别提醒，轻绳会与定滑轮挂钩形成"活结"，至于"活结类"的轻绳模型，可以参考这篇文章《高考物理建模型之活结和死结模型》加以理解。
经典例题
如图所示，将一根不能伸长、柔软的轻绳两端分别系于A、B两点上，一物体用动滑轮悬挂在绳子上，达到平衡时，两段绳子间的夹角为θ1，绳子张力为F1；将绳子B端移至C点，待整个系统达到平衡时，两段绳子间的夹角为θ2，绳子张力为F2；将绳子B端移至D点，待整个系统达到平衡时，两段绳子间的夹角为θ3，绳子张力为F3，不计摩擦，则( )
A. θ1=θ2=θ3
B. θ1=θ2<θ3
C. F1> F2> F3
D. F1= F2< F3 答案：BD
解析：先要证明θ跟什么因素有关。
根据轻绳模型可知，不管悬挂点在B、C、D点哪个位置，两段绳子的拉力是一样的，并且拉力的合力刚好在两段绳子夹角的角平分线上。
受力如图所示，做出相应辅助线，可知∠AO1O2=∠BO1O2=∠AO3O1=∠O3BE=θ/2。
设两段绳子总长度为l，A、B两点的水平距离为d，则l= O1A+ O1B，而O1A=O1O3，O3B= O1O3+O1B=l，而F1=F2，且F1与F2的合力F=mg，由几何知识得：
可见，不管悬挂点在B点还是C点，l与d不变，故θ1=θ2，但悬点在D点时，A到D点的水平距离d AD比A到B水平距离d要大，l还是一样，则有θ1<θ3，因此θ1=θ2<θ3，B正确。
对于CD选项，不管θ如何变化，F1与F2的合力F一定与mg等值反向，所以当合力F 一定前提下，θ越小，两分力(即绳子张力)越小，故F1= F2< F3
▪轻绳涉及的牛顿第二定律问题
这类问题往往涉及轻绳突变问题，由于受外力影响，轻绳的张力会突变，恢复时间极短，恢复时间可忽略不计，故引起张力前后变化。
解决这类问题关键利用牛顿第二定律进行处理。
经典例题
如图所示，A、B球的质量相等，弹簧的质量不计，倾角为θ的斜面光滑，系统静止时，弹簧与细线均平行于斜面，在细线被烧断的瞬间，A、B的加速度是多少？
解析：分别对两球烧断绳子前后进行受力分析，如图所示：
对于轻绳，烧断后F T立马为0，而弹簧弹力不会突变，烧断绳子瞬间大小不变。
根据受力可知，烧断前，对B球有：kx=mgsinθ
烧断后，B球所受弹力不变，则a B=0。
烧断后，对A球有：mgsinθ+kx=ma A，即2mgsinθ=ma A，因此a A=2gsinθ。
▪轻绳涉及的圆周运动的问题
这类题型往往考查圆周运动向心力知识，解题步骤4步曲：①定圆心，定半径，画圆弧；
②受力分析；③利用合成法或正交分解法求径向合力，即向心力来源；④代向心力公式F向
=mv2/R=mω2R。
经典例题
质量分别为M和m的两个小球，分别用长2l和l的轻绳拴在同一转轴上，当转轴稳定转动时，拴质量为M和m的小球悬线与竖直方向夹角分别为α和β，如图所示，则()
答案：A
解析：先定圆心，过质点分别做转轴垂线，交点即是各自圆周运动的圆心。
半径分别为R M=2lsinα，R m=lsinβ。
然后进行受力分析，如图所示。
对M有：Mgtanα=Mω2R M= Mω2﹒2lsinα
对m有：mgtanβ=mω2R m= mω2﹒lsinβ
由于ω相等，联立以上两式，可知A选项正确。
▪轻绳涉及的关联问题
这类题型往往考查的是运动的合成与分解，这类题型往往依赖滑轮或光滑挂钩让两个物体关联在一起。
两个主要特点表现：
1.当物体的速度方向沿绳子方向时，v物体=v绳子
2.当物体的速度方向不沿绳子方向时，v物体≠v绳子，此时物体的速度为合速度，绳子
速度即是物体的一个分速度，另外一个分速度必定垂直于绳子的速度。
然后利用
平行四边形结合三角函数求解。
经典例题
在水平面上有A、B两个物体，通过一根跨过定滑轮的不可伸长的轻绳相连接，现A物体以v A的速度向右匀速运动，当绳被拉成与水平面夹角分别为α、β时，B物体的运动速度v B 为(绳始终有拉力) ( )
答案：D
解析：由于A、B运动方向都不沿绳子方向，则v A≠v绳，v B≠v绳。
分别对A、B进行运动的分解，如图所示可得：
对A物体有：v绳=v A cosα，对B物体有：v绳=v B cosβ，联立两式可知D项正确。