在受力分析时,细绳与轻杆是两个重要物理模型,要注意的是,细绳受力永远是沿着绳子指向它的收缩方向,而轻杆出现的情况很复杂,可以沿杆方向“拉”、“支”也可不沿杆方向,要根据具体情况具体分析。

1.轻绳的“活结”和“死结”问题

从弹力产生的原因分析,绷紧的轻绳就像拉伸的弹簧(或橡皮筋)一样,我们可以用弹簧模型分析绳子中的弹力。

拉伸的弹簧各处的弹力大小相同,所以无约束的轻绳中各处的弹力大小必定相同。如果拉伸的弹簧某一点被外力固定住,则固定点两侧的弹簧拉伸长度有可能不同,从而弹力不同,同理,被固定的两段绳子中弹力大小有可能不同。由此引申出轻绳的“活结”和“死结”问题。

(1)活结:当绳绕过光滑的滑轮或挂钩时,由于滑轮或挂钩对绳无约束,因此绳上的力大小是相等的,即滑轮或挂钩只改变力的方向不改变力的大小。

(2)死结:若结点不是滑轮,而是固定点时,称为“死结”,这时两侧绳上的弹力大小不一定相等。

2.轻杆的“定杆”和“动杆”问题

杆既可以发生拉伸或压缩形变(产生拉力或支持力),也可以发生弯曲或扭转形变,所以杆的弹力不一定沿杆的方向。杆发生弯曲时产生的弹力叫剪切力,杆发生扭转时产生的弹力叫扭力,这两种弹力都不沿杆的方向,而是指向恢复原状的方向(这两种力了解即可,可以帮助理解杆中的弹力为什么不一定沿杆的方向)。杆中的弹力不沿杆时,一般是根据与杆相连的物体所受其他外力的情况和共点力的平衡条件判断杆中产生的弹力方向。

轻杆按其连接方式可分为“动杆”和“定杆”两种。

(1)动杆:若轻杆用光滑的转轴或铰链连接,当杆处于平衡状态时杆所受到的弹力方向一定沿着杆,否则会引起杆的转动。如图甲所示,若轻杆的C端用转轴固定,则轻杆在缓慢转动中,弹力方向始终沿杆的方向。

(2)定杆:若轻杆被固定而不发生转动,则杆所受到的弹力方向不一定沿杆的方向,如图乙所示。

高中物理轻绳与轻杆关联(高一物理-轻绳轻杆的弹力问题)(1)

值得注意的是:

轻绳、轻杆以及轻弹簧只是理想模型,大多数情况可用此模型分析解决问题。但某些情况下,绳、杆以及弹簧的质量(重力)不可忽略,这时绳、杆、弹簧中各处的弹力大小一般不同(例如:竖直悬挂的粗绳,可看作一串用细线连在一起的小球,故其上端弹力等于绳的重力,下端弹力为零)。对于这类问题,其特征是题目一般给出具体条件或隐含条件(例如:给出绳的质量m、“弯曲下垂的高压线”意味着高压线的重力不可忽略),此时必须考虑研究对象的重力进行受力分析。

(1)“死结”相当于将一段绳子分成两段,所以“死结”两侧轻绳的拉力大小不一定相等。“活结”两侧轻绳虽然受力方向不同,但仍是一根绳子,故两侧轻绳的张力大小相等,两侧轻绳张力的合力沿绳子的角平分线。

(2)“动杆”的弹力一定沿杆的方向,“定杆”的弹力不一定沿杆的方向。

高中物理轻绳与轻杆关联(高一物理-轻绳轻杆的弹力问题)(2)

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