受力分析之绳杆模型
【例题】如图1甲所示，轻绳AD 跨过固定的水平横梁BC 右端的定滑轮挂住一个质量为M 1的物体，∠ACB ＝30°；图乙中轻杆HG 一端用铰链固定在竖直墙上，另一端G 通过细绳EG 拉住，EG 与水平方向也成30°，轻杆的G 点用细绳GF 拉住一个质量为M 2的物体，求：
图1
(1)轻绳AC 段的张力F T AC 与细绳EG 的张力F T EG 之比；
(2)轻杆BC 对C 端的支持力；
(3)轻杆HG 对G 端的支持力。

【思路点拨】绳与杆模型是整个高中受力分析中的经典模型：
(1)对轻质杆，若与墙壁通过转轴相连，则杆产生的弹力方向一定沿杆，轻杆只能起到“拉”或“推”的作用，否则杆将转动。

如果系统需要平衡，轻绳两端拉力必然不能用滑轮两端拉力相等的方式分析，否则斜绳与竖直绳拉力的合力方向必然不沿杆，使轻杆转动，此时应按绳打结处理，以结点为界分成不同轻绳，不同轻绳上的张力大小可能是不一样的。

(2)对轻质杆，若一端固定，则杆产生的弹力有可能沿杆，也有可能不沿杆。

如果系统需要平衡，轻绳可以以滑轮方式跨过杆，此时滑轮两端绳拉力相等；也可以以结点方式跨过杆，此时两段轻绳拉力可相等也可不相等，杆的弹力方向，可根据共点力的平衡求得。

[解析] 题图1甲和乙中的两个物体M 1、M 2都处于平衡状态，根据平衡的条件，首先判断与物体相连的细绳，其拉力大小等于物体的重力；分别取C 点和G 点为研究对象，进行受力分析如图2甲和乙所示，根据平衡规律可求解。

图2
(1)图甲中轻绳AD 跨过定滑轮拉住质量为M 1的物体，物体处于平衡状态，轻绳AC 段的拉力F T AC ＝F T CD ＝M 1g
图乙中由F T EG sin 30°＝M 2g ，得F T EG ＝2M 2g 。

所以F T AC F T EG ＝M 12M 2。

(2)图甲中，三个力之间的夹角都为120°，根据平衡规律有F N C＝F T AC＝M1g，方向和水平方向成30°，指向右上方。

(3)图乙中，根据平衡方程有F T EG sin 30°＝M2g，F T EG cos 30°＝F N G，所以F N G＝M2g cot 30°＝3M2g，方向水平向右。

[答案](1)M1
2M2(2)M1g方向和水平方向成30°指向右上方(3)3M2g方向水平向右
【针对训练】
1．(2013·东北三省四市模拟)如图2－2－12所示，一条细绳跨过定滑轮连接两个小球A、B，它们都穿在一根光滑的竖直杆上，不计绳与滑轮间的摩擦，当两球平衡时OA绳与水平方向的夹角为2θ，OB绳与水平方向的夹角为θ，则球A、B的质量之比为()
图3
A．2cos θ∶1B．1∶2cos θ
C．tan θ∶1 D．1∶2sin θ
解析：选A以A为研究对象，根据平衡条件得：T sin 2θ＝m A g。

以B为研究对象，根据平衡条件得：T sin θ＝m B g，解得m A∶m B＝2cos θ∶1，故A正确。

2．如图2为三种形式的吊车的示意图，OA为可绕O点转动的杆，重量不计，AB为缆绳，当它们吊起相同重物时，杆OA在三图中的受力F a、F b、F c的关系是()
图4
A．F a>F c＝F b B．F a＝F b>F c
C．F a>F b>F c D．F a＝F b＝F c
解析：选B对图(a)，画出A点受力分析图，可得杆OA对A点的作用力，由牛顿第三定律可得图(a)中杆OA受力F a＝2G cos 30°＝3G。

对图(b)，画出A点受力分析图，由tan 30°＝G/F b，可得杆OA对A点的作用力，由牛顿第三定律可得图(b)中杆OA受力F b＝G/tan。