高中物理中“轻绳”“轻杆”和“轻弹簧”问题的分析
高中物理中“轻绳”、“轻杆”和“轻弹簧”
的问题分析
中学阶段常涉及到“轻绳”、“轻杆”和“轻弹簧”模型，这三种模型都是由各种实际情况中的绳、杆和弹簧抽象出来的理想化物理模型。但它们的成因和特性并不完全相同，由此导致这类模型在实际应用中有很多同学混淆出错，下面对这三种模型的特点及区别应用作一些简单的讨论和分析。
一、三个模型的正确理解
1. 轻绳模型
轻绳也称细线，它的质量可忽略不计；轻绳是软的；同时它的劲度系数非常大，可认为在受外力作用时它的形变极微小，看作不可伸长；其弹力的主要特征是：①不能承受压力，不能产生侧向力，只能产生沿绳收缩方向的拉力。②内部张力大小处处相等，且与运动状态无关。③轻绳的弹力大小可发生突变。
2. 轻杆模型
轻杆的质量可忽略不计，轻杆是硬的，它的劲度系数非常大，可认为在受外力作用时形变极微小，看作不可伸长或压缩；其弹力的主要特征是：①轻杆既可产生压力、也可产生拉力，且能产生侧向力（力的方向不一定沿着杆的方向）；②轻杆各处受力大小相等，且与运动状态无关；③轻杆的弹力可发生突变。
3. 轻弹簧模型
轻弹簧的质量可忽略不计，可以被压缩或拉伸。其弹力的主要特征是：①轻弹簧能产生沿弹簧轴线伸缩方向的压力或拉力；②轻弹簧各处受力大小相等，且与弹簧形变的方向相反；③轻弹簧产生的弹力是连续变化的，不能发生突变，只能渐变（除弹簧被剪断外）；④在弹性限度内，弹力的大小与弹簧的形变量成正比，即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。
二、三种模型的主要区别及应用
下面结合例题分析它们的区别及应用：
1. 轻绳对物体只能产生沿绳收缩方向的拉力，而轻杆对物体的弹力不一定沿杆的方向。
【例1】如图1所示，轻绳一端系着质量为m的小球，另一端系在固定于小车上一直杆AB的上端；试求当小车以a的加速度水平向左匀加速度直线运动，轻绳对小球作用力的大小和方向？
解析：如图2所示，小球受两个力作用：重力mg和绳对小球弹力T。因为细绳只能被拉伸，则绳的弹力只能是沿绳方向的拉力，设绳与竖直方向的夹角为α。
则有
可见轻绳对小球的作用力大小随着加速度ａ的改变而改变，但它的方向一定是在绳子的方向上。
【例2】如图3所示，小车上固定一弯折硬杆ABC，C端固定一质量为m的小球：
（1）当小车向左匀速直线运动时，BC杆对小球作用力的大小和方向。
（2）当小车以加速度a水平向左做匀加速直线运动时，BC杆对小球作用力的大小和方向。
解析：以小球为研究对象进行受力分析，小球受二个力作用：重力mg和BC杆对小球弹力F（如图4）：
（1）小球受力如图4所示，由平衡条件可知杆对小球的弹力大小为：F = mg，方
向与重力的方向相反，竖直向上。
注意：BC杆对小球的作用力方向并不沿BC杆的方向。
（2）设小车向左运动的加速度的大小为a，杆对小球作用力与竖直方向的夹角为β。如图5所示，
由牛顿第二定律可知杆对小球作用力的大小和方向分别为
可见杆对小球的作用力大小随小车加速度a的改变而改变，它的方向不一定沿着杆的方向，只有当∠α＝∠β，即时，杆对小球作用力的方向才沿BC杆方向。
2. 轻绳的弹力只能是拉力，而轻杆、轻弹簧的弹力可以是拉力也可以是压力。
这种情况常出现在竖直平面内的圆周运动问题中。
【例3】（1）如图6所示，一轻绳一端固定质量为m的小球，以另一端O为圆心，使小球在竖直平面内做半径为R的圆周运动，以下说法正确的是（）
A. 小球过最高点时，最小速度为
B. 小球过最高点时，轻绳所受的弹力可以等于零
C. 小球过最高点时，轻绳对球的作用力可以与球所受重力方向相反。
D. 小球过最高点时，轻绳对球的作用力一定与球所受重力方向相同。
（2）若将图6中的轻绳改为轻杆，其他条件不变，以下说法正确的是（）
A. 小球过最高点时，最小速度为
B. 小球过最高点时，轻杆所受的弹力可以等于零
C. 小球过最高点时，轻杆对球的作用力可以与球所受重力方向相反。
D. 小球过最高点时，轻杆对球的作用力一定与球所受重力方向相同。
[解析]（1）因为小球用轻绳连接，轻绳只能产生沿绳子收缩方向的拉力T，故选项（D）正确，选项（C）错误。
在最高点处由得知当T＝0时，向心力最小，小球的速度也最小，故选项（A）、（B）都正确。
（2）因为小球用轻杆相连，轻杆既可产生拉力，又可产生支持力，也可不产生作用。但重力和杆对小球作用力的合力一定指向圆心，在最高点处（以竖直向下为正）由得知：当mg+F杆＝0时，此时小球速度最小，为V＝0，故选项（Ａ）错；
当时，F杆＝0，故选项（B）正确；
当时，F杆>0，即F杆与重力同向，当时，F杆<0、即F杆与重力反向，故选项（C）对，（D）错。
3. 轻绳及杆的弹力可突变，而轻弹簧的弹力只能渐变。
【例4】如图7所示，小球在细线OB和水平细线AB的作用下处于静止状态，则在剪断水平细线的瞬间，小球的加速度多大？方向如何？
[解析]在剪断细线AB之前对小球进行受力分析，如图8所示，小球在三力作用下平衡，由平衡条件可得：
当剪断水平细线AB时，FT 突然消失（FT=0），此时小球由于细线OB的限制，在沿OB方向上，小球不可能运动，故小球只能沿着与OB垂直的方向运动，也就是说，此时小球所受到的重力的作用效果是使小球拉绳和沿垂直绳的方向做加速运动，其重力分解如图9所示。由图9可知在沿绳的方向有：
在沿垂直绳的方向有
即，方向垂直于OB向下。
（由图9分析可知，在绳OB方向上的拉力突变为，可见当剪断水平细线AB时，细线OB的拉力发生了突变。）
若将图7中的细绳OB改为长度相同、质量不计的轻弹簧，如图10所示，其它条件不变，当剪断细绳AB瞬间小球的加速度又是多少？方向如何？
解析：同理在细线剪断前，由三力平衡条件（如图11所示）可得：
水平细线的拉力为
弹簧的拉力为
当剪断细线的瞬间如图12示，FT 突然消失，而弹簧来不及发生形变，故弹簧弹力F大小和方向没有发生变化，其大小仍为，但小球在FT 反方向上获得加速度a，所以小球加速度大小为，方向水平向右。
轻绳_轻杆_轻弹簧三种模型的特点及其应用
轻绳、轻杆、轻弹簧三种模型的特点及其应用 在中学物理中，经常会遇到绳、杆、弹簧三种典型的模型，在这里将它们的特点归类，供同学们学习时参考。 一. 三种模型的特点 1. 轻绳（或细绳） 中学物理中的绳和线，是理想化的模型，具有以下几个特征： ①轻：即绳（或线）的质量或重力可以视为等于零。由此特点可知，同一根绳（或线）的两端及其中间各点的张力大小相等； ②软：即绳（或线）只能受拉力，不能承受压力。由此特点可知：绳（或线）与其他物体的相互间作用力的方向总是沿着绳子； ③不可伸长：即无论绳（或线）所受拉力多大，绳子（或线）的长度不变。由此特点可知：绳（或线）中的张力可以突变。 2. 轻杆 具有以下几个特征： ①轻：即轻杆的质量和重力可以视为等于零。由此特点可知，同一轻杆的两端及其中间各点的张力大小相等； ②硬：轻杆既能承受拉力也能承受压力，但其力的方向不一定沿着杆的方向； ③轻杆不能伸长或压缩。 3. 轻弹簧 中学物理中的轻弹簧，也是理想化的模型。具有以下几个特征： ①轻：即弹簧的质量和重力可以视为等于零。由此特点可知，向一轻弹簧的两端及其中间各点的张力大小相等； ②弹簧既能承受拉力也能承受压力，其方向与弹簧的形变的方向相反； ③由于弹簧受力时，要发生形变需要一段时间，所以弹簧的弹力不能发生突变，但当弹簧被剪断时，它所受的弹力立即消失。
二. 三种模型的应用 例1. 如图1所示，质量相等的两个物体之间用一轻弹簧相连，再用一细线悬挂在天花板上静止，当剪断细线的瞬间两物体的加速度各为多大？ 解析：分析物体在某一时刻的瞬时加速度，关键是分析瞬时前后的受力情况及运动状态，再由牛顿第二定律求出瞬时加速度。此类问题应注意两种模型的建立。先分析剪断细线前两个物体的受力如图2，据平衡条件求出绳或弹簧上的弹力。可知，F mg 2=， F F mg mg 122=+='。剪断细线后再分析两个物体的受力示意图，如图2，绳中的弹力F 1立 即消失，而弹簧的弹力不变，找出合外力据牛顿第二定律求出瞬时加速度，则图2剪断后m 1的加速度大小为2g ，方向向下，而m 2的加速度为零。 例2. 如图3所示，固定在小车上的支架的斜杆与竖直杆的夹角为θ，在斜杆下端固定有质量为m 的小球，下列关于杆对小球的作用力F 的判断中，正确的是（ ） A. 小车静止时，F mg =cos θ，方向沿杆向上；
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
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. mg B. 33mg C. 21mg D. 4 1 mg 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OA B.必定是OB C ．必定是OC D.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。
物理建模轻杆轻绳轻弹簧模型
物理建模轻杆轻绳轻弹簧 模型 Revised by BLUE on the afternoon of December 12,2020.
物理建模 1.轻杆、轻绳、轻弹簧模型 模型阐述 轻杆、轻绳、轻弹簧都是忽略质量的理想模型，与这三个模型相关的问题在高中物理中有相当重要的地位，且涉及的情景综合性较强，物理过程复杂，能很好地考查学生的综合分析能力，是高考的常考问题. 为结点) 图2－1－8 【典例2】 一轻弹簧两端分别连接物体a 、b ，在水平力作用下共同向右做匀加速运动，如图2－1－9所示，在水平面上时，力为F 1，弹簧长为L 1，在斜面上时，力为F 2，弹簧长为L 2，已知a 、b 两物体与接触面间的动摩擦因数相同，则轻弹簧的原长为( )． 图2－1－9 A.L 1＋L 2 2 B. F 1L 1－F 2L 2 F 2－F 1 C. F 2L 1－F 1L 2F 2－F 1 D.F 2L 1＋F 1L 2 F 2＋F 1 即学即练 (2013·石家庄质检，18)如图2－1－10所示，一个“Y”形弹弓顶部跨度为L ，两根相同的橡皮条自由长度均为L ，在两橡皮条的末端用一块软羊皮(长度不计)做成裹片．若橡皮条的弹力与形变量的关系满足胡克定律，且劲度系数为k ，发射弹丸时每根橡皮条的最大长度为2L (弹性限度内)，则发射过程中裹片对弹丸的最大作用力为( )． 图2－1－10 A ．kL B ．2kL C. 32kL D.15 2 kL 附：对应高考题组(PPT 课件文本，见教师用书) 1．(2010·新课标全国卷，15)一根轻质弹簧一端固定，用大小为F 1的力压弹簧的另一端，平衡时长度为l 1；改用大小为F 2的力拉弹簧，平衡时长度为l 2.弹簧的拉伸或压缩均在弹性限度内，该弹簧的劲度系数为( )． A. F 2－F 1l 2－l 1 B.F 2＋F 1 l 2＋l 1
力学基本模型轻绳轻杆和轻弹簧综合练习
绳、杆和弹簧是力学部分常见的三种模型，从它们自身特点来讲，其力学特点都非常明显，所以这三种模型的相关试题备受历次考试的关注，特别是弹簧模型的相关试题，更是每年高考必考的。以轻质弹簧为载体，设置复杂的物理情景，考查力的概念，物体的平衡，牛顿定律的应用及能的转化与守恒等，此类命题几乎每年的高考试卷均有所见，应引起足够重视。高考考纲中，对轻质弹簧的力学特性的要求为B级，而对其能量特征的要求为A级。本讲将重点针对弹簧模型进行研究。 二、重难点提示 1. 掌握三种模型的特点和区别。 2. 掌握三种模型力的特点，做好这几种模型所对应情景的过程分析。 3. 归纳常见题型的解题方法和步骤。 在中学物理中，经常会遇到绳、杆、弹簧三种典型的模型，现将它们的特点归类，供同学们学习时参考。 1. 轻绳（或细绳） 中学物理中的绳（或线），是理想化的模型，具有以下几个特征： ①轻：即绳（或线）的质量或重力可以视为等于零。由此特点可知，同一根绳（或线）的两端及其中间各点的张力大小相等； ②软：即绳（或线）只能受拉力，不能承受压力。由此特点可知，绳（或线）与其他物体相互间的作用力的方向总是沿着绳子； ③不可伸长：即无论绳（或线）所受拉力多大，绳（或线）的长度不变。由此特点可知：绳（或线）中的张力可以突变。 2. 轻杆 轻杆也是一种理想化的模型，具有以下几个特征： ①轻：即轻杆的质量和重力可以视为等于零。由此特点可知，同一轻杆的两端及其中间各点的张力大小相等； ②硬：轻杆既能承受拉力也能承受压力，但其受力的方向不一定沿着杆的方向； ③轻杆不能伸长或压缩。 3. 轻弹簧 中学物理中的轻弹簧，也是理想化的模型，具有以下几个特征： ①轻：即轻弹簧的质量和重力可以视为等于零。由此特点可知，同一轻弹簧的两端及其中间各点的张力大小相等； ②轻弹簧既能承受拉力也能承受压力，其受力方向与弹簧的形变方向相反； ③轻弹簧的弹力是一种由形变而决定大小和方向的力。当题目中出现弹簧时，要注意弹力的大小与方向时刻要与当时弹簧的形变相对应。在题目中一般应从弹簧的形变入手分析，先确定弹簧原长位置，现长位置，找出形变量x与物体空间位置变化的几何关系，分析形变所对应的弹力大小、方向，以此来分析计算物体运动状态的可能变化。
轻绳、轻杆、轻弹簧的对比
轻绳、轻杆、轻弹簧的三种模型比较 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及应用进行归纳，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
高中物理中“轻绳”“轻杆”和“轻弹簧”问题的分析
高中物理中“轻绳”、“轻杆”和“轻弹簧” 的问题分析 中学阶段常涉及到“轻绳”、“轻杆”和“轻弹簧”模型，这三种模型都是由各种实际情况中的绳、杆和弹簧抽象出来的理想化物理模型。但它们的成因和特性并不完全相同，由此导致这类模型在实际应用中有很多同学混淆出错，下面对这三种模型的特点及区别应用作一些简单的讨论和分析。 一、三个模型的正确理解 1. 轻绳模型 轻绳也称细线，它的质量可忽略不计；轻绳是软的；同时它的劲度系数非常大，可认为在受外力作用时它的形变极微小，看作不可伸长；其弹力的主要特征是：①不能承受压力，不能产生侧向力，只能产生沿绳收缩方向的拉力。②内部张力大小处处相等，且与运动状态无关。③轻绳的弹力大小可发生突变。 2. 轻杆模型 轻杆的质量可忽略不计，轻杆是硬的，它的劲度系数非常大，可认为在受外力作用时形变极微小，看作不可伸长或压缩；其弹力的主要特征是：①轻杆既可产生压力、也可产生拉力，且能产生侧向力（力的方向不一定沿着杆的方向）；②轻杆各处受力大小相等，且与运动状态无关；③轻杆的弹力可发生突变。
3. 轻弹簧模型 轻弹簧的质量可忽略不计，可以被压缩或拉伸。其弹力的主要特征是：①轻弹簧能产生沿弹簧轴线伸缩方向的压力或拉力；②轻弹簧各处受力大小相等，且与弹簧形变的方向相反；③轻弹簧产生的弹力是连续变化的，不能发生突变，只能渐变（除弹簧被剪断外）；④在弹性限度内，弹力的大小与弹簧的形变量成正比，即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。 二、三种模型的主要区别及应用 下面结合例题分析它们的区别及应用： 1. 轻绳对物体只能产生沿绳收缩方向的拉力，而轻杆对物体的弹力不一定沿杆的方向。 【例1】如图1所示，轻绳一端系着质量为m的小球，另一端系在固定于小车上一直杆AB的上端；试求当小车以a的加速度水平向左匀加速度直线运动，轻绳对小球作用力的大小和方向？ 解析：如图2所示，小球受两个力作用：重力mg和绳对小球弹力T。因为细绳只能被拉伸，则绳的弹力只能是沿绳方向的拉力，设绳与竖直方向的夹角为α。 则有 可见轻绳对小球的作用力大小随着加速度ａ的改变而改变，但它的方向一定是在绳子的方向上。
高中物理必考模型：轻绳、轻弹簧、轻杆联系与区别全解析
高中物理必考模型：轻绳、轻弹簧、轻杆联系与区别全解析 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
轻绳、轻杆和轻弹簧模型(修)
轻绳、轻杆和轻弹簧模型的应用 一、三个模型的相同点 1、“轻”—不计质量，不受重力。 2、在任何情况下，沿绳、杆和弹簧伸缩方向的张力、弹力处处相等。 二、三个模型的不同点 1、形变特点 轻绳—可以任意弯曲，但不能伸长，即伸长形变不计。 轻杆—不能任意弯曲，不能伸长和缩短，即伸缩形变不计。 轻弹簧—可以伸长，也可以缩短，且伸缩形变不能忽略不计。 2、施力和受力特点 轻绳—只能产生和承受沿绳方向的拉力。 轻杆—不仅能产生和承受沿杆方向的拉力和压力，还能产生和承受不沿杆方向的拉力和压力。 轻弹簧—可以产生和承受沿弹簧伸缩方向的拉力和压力。 3、力的变化特点 轻绳—张力的产生、变化、或消失不需要时间，具有突变性和瞬时性。 轻杆—拉力和压力的产生、变化或消失不需要时间，具有突变性和瞬时性。 轻弹簧—弹力的产生、变化或消失需要时间，即只能渐变，不具有瞬时性，且在形变保持瞬间，弹力保持不变。（注意：当弹簧的自由端无重物时，形变消失不需要时间） 4、连接体的运动特点 轻绳—轻绳平动时，两端的连接体沿绳方向的速度（或速度分量）总是相等，且等于省上各点的平动速度；轻绳转动并拉直时，连接体具有相同的角速度，而线速度与转动半径成正比。 轻杆—轻杆平动时，连接体具有相同的平动的速度；轻杆转动时，连接体具有相同的角速度，而线速度与转动半径成正比。 轻弹簧—在弹簧发生形变的过程中，两端连接体的速率不一定相等；在弹簧形变最大，即弹性势能最大时，两端连接体的速率相等；在弹簧转动时，连接体的转动半径随弹力变化，速度方向不一定垂直于弹力。 5、作功和能量转化特点 轻绳—在连接体作匀速率和变速率圆周运动的过程中，绳的拉力都不作功；在绳突然拉直的瞬间，有机械能转化为绳的内能，即机械能不守恒。 轻杆—在连接体作匀速率和变速率圆周运动的过程中，轻杆的法向力对物体不作功，而切向力既可以对物体作正功，也可以对物体作负功，但系统机械能守恒。 轻弹簧—弹力对物体作功，系统机械能守恒；弹力作正功，弹性势能减少，物体动能 增加；弹力作负功，弹性势能增加，物体动能减少。 1
物理建模 1.轻杆、轻绳、轻弹簧模型
物理建模 1.轻杆、轻绳、轻弹簧模型 模型阐述 轻杆、轻绳、轻弹簧都是忽略质量的理想模型，与这三个模型相关的问题在高中物理中有相当重要的地位，且涉及的情景综合性较强，物理过程复杂，能很好地考查学生的综合分析能力，是高考的常考问题. 三种模型轻杆轻绳轻弹簧 模型图示 模型特点 形变特点只能发生微小形变 柔软，只能发生微小形变，各处 张力大小相等 既可伸长，也可压缩，各处弹力 大小相等方向特点 不一定沿杆，可以是任意 方向 只能沿绳，指向绳收缩的方向 一定沿弹簧轴线，与形变方向相 反 作用效果特点可提供拉力、推力只能提供拉力可以提供拉力、推力 大小突变特点可以发生突变可以发生突变一般不能发生突变类型特征受力特征 自由杆可以自由转动杆受力一定沿杆方向 固定杆不能自由转动不一定沿杆方向，由物体所处状态决定 为结点) 图2－1－8 【典例2】一轻弹簧两端分别连接物体a、b，在水平力作用下共同向右做匀加速运动，如图2－1 －9所示，在水平面上时，力为F1，弹簧长为L1，在斜面上时，力为F2，弹簧长为L2，已知a、b两物体 与接触面间的动摩擦因数相同，则轻弹簧的原长为()．
图2－1－9 A.L1＋L2 2 B. F1L1－F2L2 F2－F1 C.F2L1－F1L2 F2－F1 D. F2L1＋F1L2 F2＋F1 即学即练(2013·石家庄质检，18)如图2－1－10所示，一个“Y”形弹弓顶部跨度为L，两根相同的橡皮条自由长度均为L，在两橡皮条的末端用一块软羊皮(长度不计)做成裹片．若橡皮条的弹力与形变量的关系满足胡克定律，且劲度系数为k，发射弹丸时每根橡皮条的最大长度为2L(弹性限度内)，则发射过程中裹片对弹丸的最大作用力为()． 图2－1－10 A．kL B．2kL C. 3 2kL D. 15 2kL 附：对应高考题组(PPT课件文本，见教师用书) 1．(2010·新课标全国卷，15)一根轻质弹簧一端固定，用大小为F1的力压弹簧的另一端，平衡时长度为l1；改用大小为F2的力拉弹簧，平衡时长度为l2.弹簧的拉伸或压缩均在弹性限度内，该弹簧的劲度系数为()． A.F2－F1 l2－l1 B. F2＋F1 l2＋l1 C.F2＋F1 l2－l1 D. F2－F1 l2＋l1 2．(2011·山东卷，19)如图所示，将两相同的木块a、b置于粗糙的水平地面上，中间用一轻弹簧连接，两侧用细绳系于墙壁．开始时a、b均静止，弹簧处于伸长状态，两细绳均有拉力，a所受摩擦力F f a≠0，b所受摩擦力F f b＝0.现将右侧细绳剪断，则剪断瞬间()． A．F f a大小不变B．F f a方向改变 C．F f b仍然为零D．F f b方向向右 3．(2012·山东基本能力，85)力是物体间的相互作用，下列有关力的图示及表述正确的是()．
物理建模轻杆轻绳轻弹簧模型图文稿
物理建模轻杆轻绳轻弹 簧模型 集团文件发布号：（9816-UATWW-MWUB-WUNN-INNUL-DQQTY-
物理建模 1.轻杆、轻绳、轻弹簧模型 模型阐述 轻杆、轻绳、轻弹簧都是忽略质量的理想模型，与这三个模型相关的问题在高中物理中有相当重要的地位，且涉及的情景综合性较强，物理过程复杂，能很好地考查学生的综合分析能力，是高考的常考问题. O点受杆的作用力的方向．(O为结点) 图2－1－8
【典例2】一轻弹簧两端分别连接物体a、b，在水平力作用下共同向右做匀加速运动，如图2－1－9所示，在水平面上时，力为F1，弹簧长为L1，在斜面上时，力为F2，弹簧长为L2，已知a、b两物体与接触面间的动摩擦因数相同，则轻弹簧的原长为( )． 图2－1－9 A.L1＋L2 2 B. F1L1－F2L2 F2－F1 C.F2L1－F1L2 F2－F1 D. F2L1＋F1L2 F2＋F1 即学即练(2013·石家庄质检，18)如图2－1－10所示，一个“Y”形弹弓顶部跨度为L，两根相同的橡皮条自由长度均为L，在两橡皮条的末端用一块软羊皮(长度不计)做成裹片．若橡皮条的弹力与形变量的关系满足胡克定律，且劲度系数为k，发射弹丸时每根橡皮条的最大长度为2L(弹性限度内)，则发射过程中裹片对弹丸的最大作用力为( )． 图2－1－10 A．kL B．2kL C. 3 2 kL D.15 2 kL 附：对应高考题组(PPT课件文本，见教师用书) 1．(2010·新课标全国卷，15)一根轻质弹簧一端固定，用大小为F1 的力压弹簧的另一端，平衡时长度为l1；改用大小为F2的力拉弹簧，平衡时长度为l2.弹簧的拉伸或压缩均在弹性限度内，该弹簧的劲度系数为( )． A.F2－F1 l2－l1 B. F2＋F1 l2＋l1 C.F2＋F1 l2－l1 D. F2－F1 l2＋l1
物理建模轻杆轻绳轻弹簧模型
物理建模 1.轻杆、轻绳、轻弹簧模型 模型阐述 轻杆、轻绳、轻弹簧都是忽略质量的理想模型，与这三个模型相关的问题在高中物理中有相当重要的地位，且涉及的情景综合性较强，物理过程复杂，能很好地考查学生的综合分析能力，是高考的常考问题. 为结点) 图2－1－8 【典例2】 一轻弹簧两端分别连接物体a 、b ，在水平力作用下共同向右做匀加速运动，如图2－1－9所示，在水平面上时，力为F 1，弹簧长为L 1，在斜面上时，力为F 2，弹簧长为L 2，已知a 、b 两物体与接触面间的动摩擦因数相同，则轻弹簧的原长为( )． 图2－1－9 A.L 1＋L 2 2 B. F 1L 1－F 2L 2 F 2－F 1 C. F 2L 1－F 1L 2F 2－F 1 D.F 2L 1＋F 1L 2 F 2＋F 1 即学即练 (2013·石家庄质检，18)如图2－1－10所示，一个“Y”形弹弓顶部跨度为L ，两根相同的橡皮条自由长度均为L ，在两橡皮条的末端用一块软羊皮(长度不计)做成裹片．若橡皮条的弹力与形变量的关系满足胡克定律，且劲度系数为k ，发射弹丸时每根橡皮条的最大长度为2L (弹性限度内)，则发射过程中裹片对弹丸的最大作用力为( )． 图2－1－10 A ．kL B ．2kL C. 32kL D.15 2 kL 附：对应高考题组(PPT 课件文本，见教师用书) 1．(2010·新课标全国卷，15)一根轻质弹簧一端固定，用大小为F 1的力压弹簧的另一端，平衡时长度为l 1；改用大小为F 2的力拉弹簧，平衡时长度为l 2.弹簧的拉伸或压缩均在弹性限度内，该弹簧的劲度系数为( )． A. F 2－F 1l 2－l 1 B.F 2＋F 1 l 2＋l 1
(完整版)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 一．轻绳模型 1.轻绳模型的特点： “绳”在物理学上是个绝对柔软的物体，它只产生拉力（张力），绳的拉力沿着绳的方向并指向绳的收缩方向。它不能产生支持作用。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.轻绳模型的规律： 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。 3.绳子的合力一定的情况下，影响绳上拉力大小的因素是绳子的方向而不是绳子的长度。 4.力对绳子做的功，全部转化为绳对物体的做的功。 5.绳连动问题： ①当物体的运动方向沿绳子方向（与绳子平行）时，物体的速度与绳子的速度相同。 ②当物体的运动方向不沿绳子方向（与绳子不平行）时，物体的速度与绳子的速度不相同，一般以物体的速度作为实际速度，绳的速度是物体速度的分速度，当绳与物体的速度夹角为θ 时，= cos v v θ绳物 例1：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1θ，绳子张力为F 1；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2θ，绳子张力为F 2；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3θ，绳子张力为F 3，不计摩擦，则（ ） A ．1θ=2θ=3θ B ．1θ=2θ<3θ C ．F 1 >F 2 >F 3 D ．F 1 =F 2 高中物理轻绳、轻杆、轻弹簧三种模型之比较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及应用进行归纳，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 ，方向是沿着绳子向上。 件可知，绳子对小球的弹力为F mg 若将轻绳换成轻弹簧，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 轻绳、轻杆和轻弹簧模型 一、模型解读 “轻绳”是指质量不计的柔软物体，只能产生沿绳方向伸长的弹性形变，阻碍与其相连接的物体沿绳伸长方向的运动，因形变量很小，故在研究具体问题时不考虑绳的伸长，绳上只存在沿绳方向处处相等的拉力，且拉力大小随外界条件变化而变化，这种变化的时间极短，即拉力可以发生突变。 “轻杆”是指质量不计的刚性体，它不仅可以产生拉伸形变，还可以产生压缩、弯曲和扭转形变，因此，轻杆上的力既可以是拉力也可以是压力，而且力的方向不一定沿杆的方向，并认为其内部弹力处处相等，由于轻杆受力时的形变量很小，故处理轻杆问题时不考虑其形变大小，其受力可以发生突变。 “轻质弹簧”是指质量不计、形变量明显的理想模型，可以产生拉伸和压缩形变，其弹力方向沿弹簧纵轴方向，弹力大小在弹性范围内遵循胡克定律，其内部弹力处处相等，由于弹簧形变需要经历一段时间且弹力大小随形变而渐变，因此，弹力不能突变。 二、典例剖析 类型1 静止或匀速直线运动 例1、如图1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。 图1 类型2 匀变速直线运动 例2、如图2所示，一质量为m的小球用轻绳悬挂在小车顶部，小车向左以加速度a做匀 加速直线运动时，求轻绳对小球的作用力的大小和方向。 图2 类型3 弹力的突变问题 例3. 如图3所示，小球在细线OB和水平细线AB的作用下而处于静止状态，则在剪断水平 细线的瞬间，小球的加速度多大？方向如何？ 图3 例4. 如图4所示，一轻质弹簧和一根细线共同提住一个质量为m的小球，平衡时细线是水 平的，弹簧与竖直方向的夹角是，若突然剪断细线，则在剪断的瞬间，弹簧拉力的大小是 __________，小球加速度与竖直方向夹角等于_________。 感谢您的阅读，祝您生活愉快。 图4 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？ 【答案】1366N 【解析】：以结点A为研究对象，作出其受力图如图所示。 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。 例11答图 例11题图 轻绳、轻杆、轻弹簧三种模型之比较 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。 图2 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3所示。则可知杆对小球的弹力为F mg =，方向与重力的方向相反即竖直向上。 图3 注意：在这里杆对小球的作用力方向不是沿着杆的方向。 2. 匀变速直线运动时 例3. 如图4所示，一质量为m的小球用轻绳悬挂在小车顶部，小车向左以加速度a做匀加速直线运动时，求轻绳对小球的作用力的大小和方向。 解析：以小球为研究对象进行受力分析，如图4所示。根据小球做匀加速直线运动可得在竖直方向F mg cosθ= 在水平方向F m a sinθ= 解之得F m g a a g =+= 22,tanθ 轻杆、轻绳、轻弹簧的力学特征 模型特点： 1. 轻绳 （1）轻绳模型的特点 “绳”在物理学上是个绝对柔软的物体，它只产生拉力（张力），绳的拉力沿着绳的方向并指向绳的收缩方向。它不能产生支持作用。 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）轻绳模型的规律 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）轻杆模型的特点 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）轻杆模型的规律 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）轻弹簧模型的特点 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）轻弹簧的规律 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。 案例探究： 案例1如图所示，一质量为m的物体系于长度分别为L1、L2的两根细绳OA、OB上，OB一端悬挂在天花板上，与竖直方向夹角为θ，OA水平拉直，物体处于平衡状态，现在将OA剪断，求剪断瞬间物体的加速度，若将绳OB换为长度为L2的弹簧，结果又如何？ 分析与解答： 为研究方便，我们将两种情况对比分析。 （1）剪断前，两种情况小球受力一样，分别如图（1）、（2）所示，利用平衡条件， 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。则可知杆对小球的弹力为F=mg，方向与重力的方向相反即竖直向上。注意：在这里杆对小球的作用力方向不是沿着杆的方向。匀变速直线运动 六、轻绳、轻杆、弹性绳和轻弹簧的比较--易错点易、混淆点突破 轻绳轻杆弹性绳轻弹簧模型图示 质量大小0000 受外力作用时形变的种类拉伸形变 拉伸形变、压缩 形变、弯曲形变 拉伸形变 拉伸形变、压缩 形变 受外力作用时 形变量大小 微小，可忽略微小，可忽略较大，不可忽略较大，不可忽略 弹力方向沿着绳，指向 绳收缩的方向 不一定沿杆，固 定杆中可以是 任意方向 沿着绳，指向绳 收缩的方向 沿着弹簧，指向 弹簧恢复原长的 方向 作用效 果特点只能提供拉力 可以提供拉力、 支持力 只能提供拉力只能提供拉力 弹力大小突变 特点 可以突变可以突变不能突变不能突变 (1)轻杆、轻绳、轻弹簧都是忽略质量的理想化模型． (2)分析轻杆上的弹力时必须结合物体的运动状态． (3)讨论轻弹簧上的弹力时应明确弹簧处于伸长还是压缩状态． 1．如图所示的四个图中，AB、BC均为轻质杆，各图中杆的A、C端都通过铰链与墙连接，两杆都在B处由铰链连接，且系统均处于静止状态．现用等长的轻绳来代替轻杆，能保持平衡的是() A．图中的AB杆可以用轻绳代替的有甲、乙、丙 B．图中的AB杆可以用轻绳代替的有甲、丙、丁 C．图中的BC杆可以用轻绳代替的有乙、丙、丁 D．图中的BC杆可以用轻绳代替的有甲、乙、丁 答案：B 解析：选B.如果杆受拉力作用，可以用与之等长的轻绳代替，如果杆受压力作用，则不可用等长的轻绳代替，题图甲、丙、丁中的AB杆均受拉力作用，而甲、乙、丁中的BC杆均受沿杆的压力作用，故A、C、D均错误，B正确． 2．小车上固定一根弹性直杆A，杆顶固定一个小球B(如图所示)，现让小车从光滑斜面上自由下滑，在下列如图所示的情况中杆发生了不同的形变，其中正确的是() 答案：C 解析：小车在光滑斜面上自由下滑，则加速度a＝g sin θ(θ为斜面的倾角)，由牛顿第二定律可知小球所受重力和杆的弹力的合力沿斜面向下，且小球的加速度等于g sin θ，则杆的弹力方向垂直于斜面向上，杆不会发生弯曲或倾斜，C正确． 3.如图所示，小车上固定着一根弯成θ角的曲杆，杆的另一端固定一个质量为m的小球．重力加速度为g，关于杆对球的作用力F，下列判断正确的是() 一、考点突破 绳、杆和弹簧是力学部分常见的三种模型，从它们自身特点来讲，其力学特点都非常明显，所以这三种模型的相关试题备受历次考试的关注，特别是弹簧模型的相关试题，更是每年高考必考的。以轻质弹簧为载体，设置复杂的物理情景，考查力的概念，物体的平衡，牛顿定律的应用及能的转化与守恒等，此类命题几乎每年的高考试卷均有所见，应引起足够重视。高考考纲中，对轻质弹簧的力学特性的要求为B级，而对其能量特征的要求为A级。本讲将重点针对弹簧模型进行研究。 二、重难点提示 1. 掌握三种模型的特点和区别。 2. 掌握三种模型力的特点，做好这几种模型所对应情景的过程分析。 3. 归纳常见题型的解题方法和步骤。 在中学物理中，经常会遇到绳、杆、弹簧三种典型的模型，现将它们的特点归类，供同学们学习时参考。 1. 轻绳（或细绳） 中学物理中的绳（或线），是理想化的模型，具有以下几个特征： ①轻：即绳（或线）的质量或重力可以视为等于零。由此特点可知，同一根绳（或线）的两端及其中间各点的张力大小相等； ②软：即绳（或线）只能受拉力，不能承受压力。由此特点可知，绳（或线）与其他物体相互间的作用力的方向总是沿着绳子； ③不可伸长：即无论绳（或线）所受拉力多大，绳（或线）的长度不变。由此特点可知：绳（或线）中的张力可以突变。 2. 轻杆 轻杆也是一种理想化的模型，具有以下几个特征： ①轻：即轻杆的质量和重力可以视为等于零。由此特点可知，同一轻杆的两端及其中间各点的张力大小相等； ②硬：轻杆既能承受拉力也能承受压力，但其受力的方向不一定沿着杆的方向； ③轻杆不能伸长或压缩。 3. 轻弹簧 中学物理中的轻弹簧，也是理想化的模型，具有以下几个特征： ①轻：即轻弹簧的质量和重力可以视为等于零。由此特点可知，同一轻弹簧的两端及其中间各点的张力大小相等； 轻杆、轻绳、轻弹簧的力学特征 模型特点: 1. 轻绳 （1）轻绳模型的特点 “绳”在物理学上是个绝对柔软的物体，它只产生拉力（张力），绳的拉力沿着绳的方向并指向绳的收缩方向。它不能产生支持作用。 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）轻绳模型的规律 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）轻杆模型的特点 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）轻杆模型的规律 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）轻弹簧模型的特点 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）轻弹簧的规律 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。 案例探究: 【案例1】如图所示，一质量为m 的物体系于长度分别为L 1、L 2的两根细绳OA 、OB 上，0B 一端悬挂在天花板上，与竖直方向夹角为θ，OA 水平拉直，物体处于平衡状态，现在将OA 剪断，求剪断瞬间物体的加速度，若将绳OB 换为长度为L 2的弹簧，结果又如何？ 分析与解答： 为研究方便，我们两种情况对比分析。 （1） 剪断前，两种情况小球受力一样，分别如图（1）、（2）所示，利用平衡条件，则 mg 与F 2的合力与F 1大小相等，方向相反，可以解得F 1=mgtg θ。 （2） （2）剪断后瞬间，绳OA 产生的拉力F 1消失， 对绳来说，其伸长量很微小，可以忽略不计，不需要形变恢复时间，因此，绳子中的张力也立即发生变化，这时F 2将发生瞬时变化，mg 与F 2的合力将不再沿水平方向，而是由于小球下一时刻做单摆运动沿圆弧的切线方向，与绳垂直，如图（3）所示，F 合=mgsin θ，所以a=gsin θ。 对弹簧来说，其伸长量大，形变恢复需要较长时间，认为弹簧的长度还没有发生变化。这时F 2不发生变化，故mg 与F 2的合力仍然保持不变，与F 1大小相等，方向相反，如图（4）所示，所以F 合= F 1=mgstg θ， a=gstg θ。 甲 乙 2 F 合 （3） F 1 （4）高中物理轻绳、轻杆、轻弹簧三种模型之比较专题辅导
巧用物理规律解高考题--轻绳、轻杆和轻弹簧模型(原卷版)
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