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高中物理最强“拦路虎”定杆与动杆模型解析,压轴题再也不怕啦!

更新时间:作者:小小条

“一根轻杆,两种命运。” 这大概是很多高中同学在学*力学,特别是共点力平衡和牛顿第二定律时的真实写照。

高中物理最强“拦路虎”定杆与动杆模型解析,压轴题再也不怕啦!

碰到“杆”的模型,有时弹力方向沿杆,有时又可以“任性”地指向任意方向……

到底什么时候该用哪种?

今天,我们就来彻底撕掉“定杆”与“动杆”的模糊标签,让你的受力分析清晰无比!

一、核心区别:一句话概括

定杆是“万能支撑”,力方向任意;动杆是“乖巧向导”,力必沿杆。

这个结论是解题的基石,务必牢记。下面我们来详细拆解。

二、模型深度解析

1. 定杆模型 - “坚固的承重墙”

特征识别: 杆的一端被完全固定(如焊接、插入墙体),不能发生转动。实例联想: 插入墙体的晾衣杆、深埋地下的电线杆。受力分析:因为它被完全固定,为了平衡其他力,它可以提供任意方向的力。在解题时,我们通常将定杆的作用力分解为一个水平分力Fx和一个竖直分力Fy,然后通过平衡方程(ΣFx=0, ΣFy=0)求解。核心要点:力方向未知,需计算。

2. 动杆模型 - “灵活的合页门”

特征识别: 杆的一端用光滑铰链或转轴连接,杆可以自由绕该点转动。实例联想: 家里的房门、剪刀的交叉点、挖掘机的机械臂。受力分析:由于杆可以自由转动,如果它施加的力不沿着杆身,就会产生一个力矩使杆自身发生转动,这与静态平衡的前提矛盾。因此,为了保证平衡,动杆施加的力必须沿着杆的方向,使该力的力矩为零。核心要点:力方向已知(沿杆),可直接用于受力分析。

模型概述

轻杆固定在墙面内,如图1,杆不可以转动,称为“定杆”,由于杆不可转动,墙面对杆的力一定与外界对杆的合力等大反向,杆对被支持物的力不一定沿杆,需结合物体的受力情况分析其大小和方向;轻杆通过铰链或转轴固定在墙面上,可以绕铰链或转轴转动,如图2~4,称为“动杆”,杆转动时,需根据其加速度判断杆的受力情况;杆无转动时,根据受力平衡,外界对杆的合力一定沿杆,杆对被支持物的力也一定沿杆。

模型要点

1.定杆活结:如图5,杆对结点C的力与绳AC、CD上拉力的合力等大反向,即:

2.动杆死结:如图6,杆对结点G的力沿杆,由三力平衡:

真题示例

高分技巧与避坑指南

第一步看连接: 做题时首先判断连接点是“死固定”还是“活铰链”,这是选择分析方法的唯一标准。动杆即“活结”: 动杆的力方向特性,与“活结”轻绳的力必沿绳特性完全一致,可以类比记忆。定杆用分解: 对于定杆,不要纠结于力的具体方向,直接正交分解是最稳妥、最通用的方法。验证力矩: 在复杂问题中,对铰链点取矩,可以快速验证动杆的力是否沿杆,这是一个有效的自查手段。

结语

“定杆”与“动杆”模型是贯通高中静力学的重要桥梁,理解了它们,不仅能解决杆类问题,对后续的平衡系统、机械能等知识点也大有裨益。

记住这个核心口诀,你就能秒杀大部分相关选择题和计算题!

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