题目
θ-|||-α-|||-F如图所示,用轻质柔软的细线将一质量为m的小球悬挂于天花板上的O点,在外力F、重力G和细线拉力FT的作用下处于平衡状态。初始时F水平,且细线与竖直方向的夹角为θ,与F的夹角为α。下列说法中正确的是( )A. 保持F水平,逐渐缓慢增大θ角,则F逐渐减小、FT逐渐增大B. 保持小球位置及θ角不变,缓慢减小α角直至a=θ,则F先减小后增大C. 保持α角不变,缓慢增大θ角,直至悬线水平,则F先减小后增大D. 保持α角、θ角和F方向不变,增加细线的长度,F、FT都不变
如图所示,用轻质柔软的细线将一质量为m的小球悬挂于天花板上的O点,在外力F、重力G和细线拉力FT的作用下处于平衡状态。初始时F水平,且细线与竖直方向的夹角为θ,与F的夹角为α。下列说法中正确的是( )- A. 保持F水平,逐渐缓慢增大θ角,则F逐渐减小、FT逐渐增大
- B. 保持小球位置及θ角不变,缓慢减小α角直至a=θ,则F先减小后增大
- C. 保持α角不变,缓慢增大θ角,直至悬线水平,则F先减小后增大
- D. 保持α角、θ角和F方向不变,增加细线的长度,F、FT都不变
题目解答
答案
BD
【详解】A.保持F水平,根据正交分解和平衡条件有
F=mgtanθ
$F_{{T}}=\frac{mg}{cosθ}$
渐缓慢增大θ角,F、FT均逐渐增大,故A错误;
B.对小球受力分析,小球受重力、拉力F和细线的拉力FT作用,如图所示

θ角不变,由图可知,α角减小到90°时,F最小,因此α角减小直至a=θ过程中,F先减小后增大,故B正确;
C.保持α角不变,增大θ角,细线和拉力F的方向都逆时针转动,如图所示

由图可知,F水平时FT最大,FT水平时F最大,所以FT逐渐减小,F逐渐增大,故C错误;
D.保持α角、θ角和F方向不变,增加细线的长度,对F、FT没有影响,F、FT都不变,故D正确。
故选BD。
【详解】A.保持F水平,根据正交分解和平衡条件有
F=mgtanθ
$F_{{T}}=\frac{mg}{cosθ}$
渐缓慢增大θ角,F、FT均逐渐增大,故A错误;
B.对小球受力分析,小球受重力、拉力F和细线的拉力FT作用,如图所示

θ角不变,由图可知,α角减小到90°时,F最小,因此α角减小直至a=θ过程中,F先减小后增大,故B正确;
C.保持α角不变,增大θ角,细线和拉力F的方向都逆时针转动,如图所示

由图可知,F水平时FT最大,FT水平时F最大,所以FT逐渐减小,F逐渐增大,故C错误;
D.保持α角、θ角和F方向不变,增加细线的长度,对F、FT没有影响,F、FT都不变,故D正确。
故选BD。
解析
本题考查共点力平衡条件的应用,核心在于分析不同角度变化时各力的动态变化。解题关键点:
- 受力分析:小球受重力、外力F、细线拉力$F_T$三力平衡,需画出矢量三角形或利用正交分解;
- 动态平衡分析:通过角度变化,结合三角函数或几何关系,判断力的大小变化趋势;
- 临界条件:当角度变化导致某力方向与合力方向垂直时,该力可能达到极值。
A选项
保持F水平,θ角缓慢增大
根据平衡条件,正交分解得:
$F = mg \tanθ, \quad F_T = \frac{mg}{\cosθ}$
当θ增大时,$\tanθ$和$\frac{1}{\cosθ}$均增大,故F和$F_T$均增大,与选项A“F减小”矛盾,A错误。
B选项
保持θ不变,缓慢减小α角至α=θ
由矢量三角形分析,当α角减小时,F的方向逐渐偏离原方向。当α减小到与细线拉力$F_T$垂直时(即α=90°),F达到最小值。继续减小α至α=θ时,F会再次增大。因此,F先减小后增大,B正确。
C选项
保持α角不变,θ角缓慢增大
此时细线拉力$F_T$与外力F的方向均逆时针转动。当θ增大到F水平时,$F_T$达到最大值,之后$F_T$逐渐减小,而F逐渐增大。因此,C选项“F_T逐渐减小”正确,但“F逐渐增大”与选项描述矛盾,C错误。
D选项
保持α、θ和F方向不变,增加细线长度
细线长度变化仅改变悬挂点位置,但平衡条件由角度和力的方向决定。由于α、θ和F方向不变,分解后的力大小不变,故F和$F_T$均不变,D正确。