题目
P-|||-M如图,用两根等长的细绳将一匀质圆柱体悬挂在竖直木板的P点,将木板以底边MN为轴向后方缓慢转动直至水平,绳与木板之间的夹角保持不变,忽略圆柱体与木板之间的摩擦,在转动过程中( )A. 圆柱体对木板的压力逐渐增大B. 圆柱体对木板的压力先增大后减小C. 两根细绳上的拉力均先增大后减小D. 两根细绳对圆柱体拉力的合力保持不变
如图,用两根等长的细绳将一匀质圆柱体悬挂在竖直木板的P点,将木板以底边MN为轴向后方缓慢转动直至水平,绳与木板之间的夹角保持不变,忽略圆柱体与木板之间的摩擦,在转动过程中( )- A. 圆柱体对木板的压力逐渐增大
- B. 圆柱体对木板的压力先增大后减小
- C. 两根细绳上的拉力均先增大后减小
- D. 两根细绳对圆柱体拉力的合力保持不变
题目解答
答案
解:设两绳子对圆柱体的拉力的合力为T,木板对圆柱体的支持力为N,绳子与垂直于木板方向的夹角为α,从右向左看如图所示:

在矢量三角形中,根据正弦定理得:
$\frac{sinα}{mg}=\frac{sinβ}{N}=\frac{sinγ}{T}$
在木板以直线MN为轴向后方缓慢转动直至水平过程中,α不变,γ从90°逐渐减小到0,又
γ+β+α=180°
且α<90°
可知
90°<γ+β<180°
则0<β<180°
可知β从锐角逐渐增大到钝角,根据
$\frac{sinα}{mg}=\frac{sinβ}{N}=\frac{sinγ}{T}$
可得:T减小,N先增大后减小。
因两绳子的拉力的合力T减小,两绳子的拉力的夹角不变,则绳子拉力减小,故B正确,ACD错误;
故选:B。

在矢量三角形中,根据正弦定理得:
$\frac{sinα}{mg}=\frac{sinβ}{N}=\frac{sinγ}{T}$
在木板以直线MN为轴向后方缓慢转动直至水平过程中,α不变,γ从90°逐渐减小到0,又
γ+β+α=180°
且α<90°
可知
90°<γ+β<180°
则0<β<180°
可知β从锐角逐渐增大到钝角,根据
$\frac{sinα}{mg}=\frac{sinβ}{N}=\frac{sinγ}{T}$
可得:T减小,N先增大后减小。
因两绳子的拉力的合力T减小,两绳子的拉力的夹角不变,则绳子拉力减小,故B正确,ACD错误;
故选:B。
解析
考查要点:本题主要考查动态平衡问题中的矢量三角形分析,涉及正弦定理的应用,以及绳子拉力与支持力变化趋势的判断。
解题核心思路:
- 受力分析:圆柱体受重力、绳子拉力的合力(视为一个力)和木板的支持力,三力平衡。
- 矢量三角形构建:将三个力的矢量关系转化为三角形,利用正弦定理建立比例关系。
- 角度变化分析:木板转动时,夹角α固定,但其他角度(如β、γ)随转动变化,需分析这些角度如何影响各力的大小。
破题关键点:
- 角度关系:通过角度和为180°的约束,推导β的变化趋势。
- 正弦定理应用:通过$\frac{\sin \alpha}{mg} = \frac{\sin \beta}{N} = \frac{\sin \gamma}{T}$,分析N和T随角度变化的规律。
受力分析与矢量三角形
圆柱体受三个力平衡:
- 重力$mg$(竖直向下);
- 绳子拉力的合力$T$(沿两绳对称方向);
- 木板的支持力$N$(垂直木板向上)。
将三个力的矢量首尾相连,构成闭合三角形。根据正弦定理:
$\frac{\sin \alpha}{mg} = \frac{\sin \beta}{N} = \frac{\sin \gamma}{T}$
角度变化规律
木板转动时:
- α固定(题目条件:绳与木板夹角不变);
- γ从90°减小到0°(木板从竖直转至水平);
- β = 180° - α - γ,因此β从锐角逐渐增大到钝角。
力的变化分析
-
支持力N:
由$\frac{\sin \beta}{N} = \frac{\sin \alpha}{mg}$得:
$N = \frac{mg \sin \beta}{\sin \alpha}$
当β从锐角增大到钝角时,$\sin \beta$先增大后减小,因此N先增大后减小。 -
绳子拉力T:
由$\frac{\sin \gamma}{T} = \frac{\sin \alpha}{mg}$得:
$T = \frac{mg \sin \gamma}{\sin \alpha}$
当γ从90°减小到0°时,$\sin \gamma$逐渐减小,因此T逐渐减小。