高中物理教科版必修1学案 活结与死结 Word版含解析

活结与死结
【考纲解读与考频分析】
所谓活结是指光滑滑轮或光滑挂钩，活结的特征是光滑滑轮或光滑挂钩可自由移动，光滑滑轮或光滑挂钩两侧细绳中的拉力相等；所谓死结是指几段细线连接在一起，死结的特征组成结的细绳中一般拉力不相等。高考经常以活结与死结为情景命题，考查灵活运用知识的能力。
【高频考点定位】：
活结 死结
考点一：活结
【3年真题链接】
1．（2019全国理综I卷19）如图，一粗糙斜面固定在地面上，斜面顶端装有一光滑定滑轮。一细绳跨过滑轮，其一端悬挂物块N。另一端与斜面上的物块M相连，系统处于静止状态。现用水平向左的拉力缓慢拉动N，直至悬挂N的细绳与竖直方向成45°。已知M始终保持静止，则在此过程中（ ）
A．水平拉力的大小可能保持不变 B．M所受细绳的拉力大小一定一直增加
C．M所受斜面的摩擦力大小一定一直增加 D．M所受斜面的摩擦力大小可能先减小后增加
【参考答案】BD
【命题意图】本题考查动态平衡及其相关知识点。
【解题思路】用水平向左的拉力缓慢拉动N，水平拉力一定逐渐增大，细绳对N的拉力一定一直增大，由于定滑轮两侧细绳中拉力相等，所以M所受细绳的拉力大小一定一直增大，选项A错误B正确； 由于题述没有给出M、N的质量关系，所以M所受斜面的摩擦力大小可能先减小后增大，选项C错误D正确。
【方法归纳】解答此题也可设出用水平向左的拉力缓慢拉动N后细绳与竖直方向的夹角，分析受力列出解析式，得出细绳的拉力随细绳与竖直方向的夹角表达式，进行讨论。
2.（2017天津理综卷）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．绳的右端上移到，绳子拉力不变 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
【参考答案】AB
【名师解析】设两杆间距离为d，绳长为l，Oa、Ob段长度分别为la和lb，则，两部分绳子与竖直方向夹角分别为α和β，受力分析如图所示。绳子中各部分张力相等，，则。满足，，即，，d和l均不变，则sin α为定值，α为定值，cos α为定值，绳子的拉力保持不变，衣服的位置不变，故A正确，CD错误；将杆N向右移一些，d增大，则sin α增大，cos α减小，绳子的拉力增大，故B正确。
考点：受力分析，共点力的平衡
【2年模拟再现】
1.（2019西安联考）在如图所示的A、B、C、D四幅图中，滑轮本身的重力忽略不计，滑轮的轴O安装在一根轻木杆P上，一根轻绳ab绕过滑轮，a端固定在墙上，b端下面挂一个质量都是m的重物，当滑轮和重物都静止不动时，图A、C、D中杆P与竖直方向夹角均为θ，图B中杆P在竖直方向上，假设A、B、C、D四幅图中滑轮受到木杆弹力的大小依次为FA、FB、FC、FD，则以下判断中正确的是(　　)
A.FA＝FB＝FC＝FD B.FD＞FA＝FB＞FC
C.FA＝FC＝FD＞FB D.FC＞FA＝FB＞FD
【参考答案】　B
【名师解析】　设滑轮两边细绳的夹角为φ，对重物，可得绳子拉力等于重物重力mg，滑轮受到木杆弹力F等于细绳拉力的合力，即F＝2mgcos，由夹角关系可得FD＞FA＝FB＞FC，选项B正确。
2.（2019武汉联考）如图所示，一条细线一端与地板上的物体B相连，另一端绕过质量不计的定滑轮与小球A相连，定滑轮用另一条细线悬挂在天花板上的O′点，细线与竖直方向所成角度为α，则(　　)
A．如果将物体B在地板上向右移动一点，α角将增大
B．无论物体B在地板上左移还是右移，只要距离足够小，α角将不变　
C．增大小球A的质量，α角一定减小
D．悬挂定滑轮的细线的弹力不可能等于小球A的重力
【参考答案】AD
【名师解析】选AD.O、A之间的细线一定沿竖直方向，如果物体B在地板上向右移动一点，O、B间的细线将向右偏转，OA与OB间的夹角将增大．OA与OB两段细线上的弹力都等于小球A的重力，其合力与悬挂定滑轮的细线的弹力大小相等、方向相反，悬挂定滑轮的细线的弹力方向(即OO′的方向)与∠AOB的角平分线在一条直线上，显然物体B在地板上向右移动时α角将增大，A正确，B错误；增大小球A的质量，只要物体B的位置不变，α角也不变，C错误；因物体B无论在地板上移动多远，∠AOB也不可能达到120°，故悬挂定滑轮的细线的弹力不可能等于小球A的重力，D正确．
考点二：死结
【3年真题链接】
1 .(2017·全国理综I卷·21)如图，柔软轻绳ON的一端O固定。其中间某点M拴一重物，用手拉住绳的另一端N。初始时，OM竖直且MN被拉直，OM与MN之间的夹角为，现将重物向右上方缓慢拉起，并保持夹角不变，在OM由竖直被拉到水平的过程中（ ）
A.MN上的张力逐渐增大 B. MN上的张力先增大后减小
C. OM上的张力逐渐增大 D. OM上的张力先增大后减小
【参考答案】.A.D
【命题意图】 本题考查物体的动态平衡及其相关的知识点。
【解题思路】将重物向右上方缓慢拉起，物体处于动态平衡状态，可利用物体平衡条件或力的分解画出动态图分析。由题意可知，重物在运动过程中受重力，绳拉力，绳拉力，与夹角保持不变。在某一时刻三个力受力分析示意图如图所示
将此三个力平移为矢量三角形如图所示。
因为大小方向不变。与的夹角不变，故可将三个力平移入圆中，为一条固定的弦（固定的弦所对应的圆周角为定值）。由图可得从0逐渐变为直径，故逐渐增大，选项A正确B错误，先从弦变为直径再变为弦，故先变大后变小，选项C错误D正确。
2.（2019年4月浙江选考）如图所示，一根粗糙的水平横杆上套有A、B两个轻环，系在两环上的登长细绳拴住的书本处于静止状态，现将两环距离变小后书本仍处于静止状态，则（ ）
A. 杆对A环的支持力变大 B. 环对杆的摩擦力变小
C. 杆对A环的力不变 D. 与B环相连的细绳对书本的拉力变大
【答案】B
【解析】对两环和书本的整体受力分析，竖直方向：2N=mg，可知将两环距离变小后杆对A环的支持力不变，选项A错误；对圆环B受力分析可知，f=Tcosθ；对书本：2Tsinθ=mg，解得（其中的θ是绳与杆之间的夹角），则当两环距离变小后，θ变大，则f减小，与B环相连的细绳对书本的拉力T变小，选项B正确，D错误；同理，杆对A环的摩擦力减小，杆对A环的支持力不变，则杆对A环的力减小，选项C错误；故选B.
【2年模拟再现】
1.(2018贵州模拟)如图所示，OA、OB为竖直平面的两根固定光滑杆，OA竖直、OB与OA之间的夹角为45°，两杆上套有可以自由移动的轻质环E和F，通过不可伸长的轻绳在结点D点悬挂质量为m的物体。当物体静止时，环E与杆OA间的作用力大小为F1，环F与杆OB之间的作用力大小为F2，则（ ）
A．F1=mg，F2=mg B．F1=mg，F2=mg C．F1=mg，F2=mg D．F1=mg，F2=mg
【参考答案】B
【命题意图】本题考查了物体平衡条件、受力分析、平行四边形定则及其相关的知识点。
【解题思路】套在固定光滑杆的轻质环对其作用力的方向只能是垂直于光滑杆。由此可知，当物体静止时，DE轻绳水平，DF轻绳与竖直方向的夹角为45°，由平行四边形定则可知，DE轻绳中的的拉力等于mg，DF轻绳中的的拉力等于mg，所以环E与杆OA之间的作用力大小为mg，环F与杆OB之间的作用力大小为mg，选项C正确。
2.（2018·洛阳联考，单选）城市中的路灯、无轨电车的供电线路等，经常用三角形的结构悬挂。如图是这类结构的一种简化模型，硬杆左端可绕通过B点且垂直于纸面的轴无摩擦的转动，右端O点通过钢索挂于A点，钢索和硬杆所受的重力均可忽略。有一质量不变的重物悬挂于O点，现将钢索缓慢变短，并使钢索的悬挂点A缓慢向下移动，以保证硬杆始终处于水平。则在上述变化过程中，下列说法中正确的是（ ）
A. 钢索对O点的拉力变大 B. 硬杆对O点的弹力变小
C. 钢索和硬杆对O点的作用力的合力变大 D. 钢索和硬杆对O点的作用力的合力变小
【参考答案】.A
【名师解析】
对O点受力分析，共受三个力作用：钢索的拉力，硬杆的弹力，细线的拉力（设重物的质量为m，则有）。由硬杆始终水平可知，O点处于始终静止，即处于平衡状态，根据“物体受三个共点力而处于平衡状态时，其中任意两个力的合力与第三个力等大反向”可知：钢索和硬杆对O点的作用力的合力大小始终与细线的拉力大小相等，即保持不变，C、D错误；沿水平和竖直方向建立直角坐标系，设钢索与水平方向夹角为，则有,，联立以上两式，并注意到可得， 。由数学知识可知：当A点缓慢向下移动时， 变小，和均变大，B错误、A正确。
预测考点一：活结
【2年模拟再现】
1.（2019浙江模拟）如图所示，在粗糙地面上放有一装有定滑轮的粗糙斜面体，将两相同的A、B两物体通过细绳连接处于静止状态，用水平力F作用于物体B上，缓慢拉开一小角度，斜面体与物体A仍然静止．则下列说法正确的是( ) (不计绳的质量和绳与滑轮间的摩擦)
A．水平力F变小 B．物体A所受合力变大
C．物体A所受摩擦力一定变大 D．斜面体所受地面的摩擦力变大
【参考答案】D
【名师解析】对木块B受力分析，如图，根据共点力平衡条件有：F=mbgtanθ在缓慢拉开B的过程中，θ变大，故F变大，选项A错误；对物体A受力分析，由于始终静止，A所受合力始终为零，选项B错误；物体A受重力、支持力、细线的拉力，可能没有静摩擦力，也可能有沿斜面向下的静摩擦力，还有可能受沿斜面向上的静摩擦力，故拉力T变大后，静摩擦力可能变小，也可能变大．选项C错误；若选取物体A、B与斜面体组成的系统为研究的对象，则系统在水平方向受到拉力F与地面的摩擦力，系统处于平衡状态，所以斜面体受到的地面的摩擦力一定随拉力F的增大而增大．选项D正确。
2.（2018云南昭通五校联考）如图所示，固定在水平面上的光滑半球半径为R，球心O的正上方固定一 定滑轮，细线一端绕定滑轮，今将小球的初始位置缓慢拉至B点，在小球到达B点前的过程中，小球对半球的压力FN，细线的拉力T大小变化情况是（ ）
A．FN变大T变大 B．FN变小T变大 C．FN不变T变小 D．FN变大T变小
【参考答案】C
【名师解析】
如图所示，力三角形与边三角形相似，故正确答案为选项C
3.（2018云南昭通五校联考）如图所示，某同学通过滑轮组将一重物缓慢吊起的过程中，该同学对绳的拉力将（滑轮与绳的重力及摩擦均不计）（ ）
A． 越来越小 B． 越来越大 C． 先变大后变小 D． 先变小后变大
【参考答案】B
【名师解析】本题主要考查了共点力平衡的条件及其应用。对结点受力分析，如图所示，由于为同一根绳子，故F1＝F2＝F，设F1与F2夹角为θ，则，F1＝F2＝在重物被吊起的过程中，θ变大，故F1与F2同时变大，故选项B正确．
4.(2019·湖北八校联考)如图7所示，两竖直木桩ab、cd固定，一不可伸长的轻绳两端固定在a、c端，绳长为L，一质量为m的物体A通过轻质光滑挂钩挂在轻绳中间，静止时轻绳两端夹角为120°。若把轻绳换成自然长度为L的橡皮筋，物体A悬挂后仍处于静止状态，橡皮筋处于弹性限度内。若重力加速度大小为g，关于上述两种情况，下列说法正确的是(　　)
A.轻绳的弹力大小为2mg B.轻绳的弹力大小为mg
C.橡皮筋的弹力大于mg D.橡皮筋的弹力大小可能为mg
【参考答案】　B
【名师解析】　设两杆间的距离为s，细绳的总长度为L，静止时轻绳夹角为120°，由于重物的拉力的方向竖直向下，所以三个力之间的夹角都是120°。根据矢量的合成可知，三个力的大小是相等的，故轻绳的弹力大小为mg，选项A错误，B正确；若把轻绳换成自然长度为L的橡皮筋，橡皮筋受到拉力后长度增大，杆之间的距离不变，所以重物静止后两根绳子之间的夹角一定小于120°，两个分力之间的夹角减小，而合力不变，所以两个分力减小，即橡皮筋的弹力小于mg，选项C、D错误。
【1年仿真原创】
1.如图所示，轻杆BC一端用铰链固定于墙上，另一端有一小滑轮C，系重物的轻绳绕过滑轮C将上端固定于墙上的A点，不计摩擦，系统处于静止状态，现将A点沿墙稍上移一些，系统又处于静止状态，则由于A点的上移（　　）
A. 轻杆与竖直墙壁间的夹角减小 B. 绳的拉力增大，轻杆受的压力减小
C. 绳的拉力不变，轻杆受的压力减小 D. 绳的拉力减小，轻杆受的压力不变
【参考答案】　C
【名师解析】由于绳子的拉力与重力大小相等，由平衡条件得知，轻杆的支持力N与T、G的合力大小相等、方向相反，则轻杆必在T、G的角平分线上，当将A点沿墙稍上移一些，系统又处于静止状态时，根据对称性，可知，T、G夹角增大，则轻杆与竖直墙壁间的夹角增大．故A错误．B、C、D以滑轮C为研究对象，分析受力情况，系统处于静止状态时，滑轮的合力为零，则绳子的拉力T和轻杆的支持力N的合力与重力G大小相等、方向相反，作出力的合成图如图．将A点沿墙稍上移一些时，系统又处于静止状态，则绳子的拉力大小等于物体的重力，保持不变．
而轻杆的支持力N大小等于T、G的合力大小，T与G的夹角增大，则知N减小．故绳的拉力不变，轻杆受的压力减小．故C正确，BD错误．
2.如下图所示的几种情况中，不计绳、弹簧测力计、各滑轮的质量，不计一切摩擦，物体质量都为m，且均处于静止状态，有关角度如图所示。弹簧测力计示数FA、FB、FC、FD由大到小的排列顺序是(　　)

A．FB＞FD＞FA＞FC B．FD＞FC＞FB＞FA
C．FD＞FB＞FA＞FC D．FC＞FD＞FB＞FA
【参考答案】C
【名师解析】A图中，由共点力平衡可得，2FAcos 45°＝mg，解得FA＝；B图中，由共点力平衡可得，FB＝mg；C图中，由共点力平衡可得，FC＝；D图中，由共点力平衡可得，2FDcos 75°＝mg，解得FD＝；故FD＞FB＞FA＞FC，C正确。
预测考点二： 死结
【2年模拟再现】
1．(2018·深圳联考)如图所示，内壁及碗口光滑的半球形碗固定在水平面上，碗口保持水平。A球、C球与B球分别用两根轻质细线连接。当系统保持静止时，B球对碗壁刚好无压力，图中θ＝30°，则A球和C球的质量之比为（ ）
A．1∶2 B.2∶1 C．1∶ D.∶1
【参考答案】.C
【名师解析】　B球对碗壁刚好无压力，则根据几何知识分析可得，B球所在位置两细线的夹角为90°，以B球为研究对象，进行受力分析，水平方向所受合力为零，由此可知FAcos θ＝FCsin θ，＝＝tan θ＝，选项C正确。
2. (2019·山东师大附中月考)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.mg C.mg D.mg
【参考答案】.C
【名师解析】：由题图可知，要使CD水平，各绳均应绷紧，则AC与水平方向的夹角为60°；结点C受力平衡，受力分析如图所示，则CD绳的拉力FT＝mgtan 30°＝mg；D点受绳子拉力大小等于FT，方向向左；要使CD水平，D点两绳的拉力与外界的力的合力为零，则绳子对D点的拉力可分解为沿BD绳的F1，及另一分力F2，由几何关系可知，当力F2与BD垂直时，F2最小，而F2的大小即为拉力的大小；故最小力F＝FTsin 60°＝mg。故选C。
3.(2019·辽宁联考)(14分)物体A的质量为2 kg，两根轻细绳b和c的一端连接于竖直墙上，另一端系于物体A上，在物体A上另施加一个方向与水平线成θ角的拉力F，相关几何关系如图所示，θ＝60°。若要使两绳都能伸直，求拉力F的大小范围。(g取10 m/s2)
【参考答案】　N≤F≤N
【名师解析】　作出物体A的受力分析图如图所示，由平衡条件得
Fsin θ＋F1sin θ－mg＝0①
Fcos θ－F2－F1cos θ＝0②
由①式得
F＝－F1③
由②③式得，F＝＋④
要使两绳都伸直，则有F1≥0，F2≥0
所以由③式得Fmax＝＝N
由④式得，Fmin＝＝N。
综合得F的取值范围为N≤F≤N。
【1年仿真原创】
1.如图所示，三个相同的轻质弹簧连接在O点，弹簧1的另一端固定在天花板上，且与竖直方向的夹角为30°，弹簧2水平且右端固定在竖直墙壁上，弹簧3的另一端悬挂质量为m的物体且处于静止状态，此时弹簧1、2、3的形变量分别为x1、x2、x3，则(　　)
A.x1∶x2∶x3＝∶1∶2 B.x1∶x2∶x3＝2∶1∶
C.x1∶x2∶x3＝1∶2∶ D.x1∶x2∶x3＝∶2∶1
【参考答案】B
【名师解析】　对弹簧的结点受力分析可知：kx1cos 30°＝kx3，kx1sin 30°＝kx2，联立解得x1∶x2∶x3＝2∶1∶。
2.如图所示，斜面上放有两个完全相同的物体a、b，两物体间用一根细线连接，在细线的中点加一与斜面垂直的拉力F，使两物体均处于静止状态。则下列说法正确的是(　　)
A.a、b两物体的受力个数一定相同 B.a、b两物体对斜面的压力相同
C.a、b两物体受到的摩擦力大小可能不相等 D.当逐渐增大拉力F时，物体b先开始滑动
【参考答案】BC
【名师解析】对a、b进行受力分析，如图所示。物体b处于静止状态，当细线沿斜面向上的分量与重力沿斜面向下的分量相等时，摩擦力为零，所以b可能只受3个力作用，而物体a必定受到摩擦力作用，肯定受4个力作用，选项A错误；a、b两个物体，垂直于斜面方向受力都平衡，则有：FN＋Tsin θ＝mgcos α，解得：FN＝mgcos α－Tsin θ，则a、b两物体对斜面的压力相同，选项B正确；因为b的摩擦力可以为零，而a的摩擦力一定不为零，故选项C正确；对a沿斜面方向有：Tcos θ＋mgsin α＝fa，对b沿斜面方向有：Tcos θ－mgsin α＝fb，又因为正压力相等，所以最大静摩擦力相等，则a先达到最大静摩擦力，先滑动，故选项D错误。