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在運動的合成和分解中,如何判斷物體的組合運動和分割運動是首要問題。 判斷組合運動的有效方法是你看到的運動是組合運動。 組合運動的分解理論上可以是任意的,但一般是根據運動的實際效果進行分解。 渡船、斜拉船等問題是常見運動合成與分解的典型問題。
【型號說明】
1、速度的分解要根據實際情況
例1.如圖1所示,人用繩子通過定滑輪以勻速拉動水平面上的物體A。 當繩子與水平方向成θ角時,求物體A的速度。
圖1
解1(分解法):本題的關鍵是正確確定物體A的兩個部分運動。物體A的運動(即繩索末端的運動)可以看成是兩個部分運動的合成分動作:一是沿繩子方向拉動,繩子長度縮短。 繩索長度縮短的速度等于; 第二,當繩索以定滑輪為圓心擺動時,并不改變繩索長度,而只是改變角度θ的值。 這樣就可以按照圖中所示的方向進行分解了。 所以 和 實際上是 的兩個分速度,如圖1所示,由此可以得到。
解2(微元法):要求船舶在該位置的航速為瞬時航速。 需要從這一刻起花費一小段時間來求出它的平均速度。 當這段短時間趨于零時,平均速度就是所需速度。
假設船舶在θ角度位置,在△t時間內向左行駛了△x距離,滑輪右側的繩索長度縮短了△L,如圖2所示。且水平方向變化很小,可以近似認為△ABC是一個直角三角形,所以兩邊除以△t可得:
即繩索收回的速度,故船的速度為:
圖2
摘要:“微量元素法”。 可以想象一個物體發生了一個微小的位移,對所涉及的物體所產生的位移進行分析,得到位移分解圖,然后找到對應的速度分解圖,然后計算所涉及物體之間的速度對象。 關系。
解法三(能量換算法):從題意可知:人對繩子做的功等于繩子對物體做的功。 若人對繩索的拉力為F,則繩索做功的功率為; 從定滑輪的特性可以得知繩索對物體的拉力。 拉力的大小也為F,則繩子對物體所做的功的功率為,因為如此。
點評:①在上述問題中高中物理滑輪的題,如果不仔細分析物體A的運動,很容易得到錯誤的結果; ②當物體A向左移動時,θ會逐漸變大。 雖然人以勻速運動,但物體A卻在進行變速運動。
總結:解題過程:①選擇合適的連接點(該點必須能夠清楚地表明它參與某種運動); ②確定該點的合速度方向(物體的實際速度為合速度)且速度方向始終相同。 改變; ③確定此時組合速度的實際運動效果,并根據平行四邊形法則確定分速度的方向; ④ 畫出速度分解示意圖并找出速度關系。
2、張力是一種變化的力,計算功時要正確理解。
示例 2. 如圖 3 所示,某人通過一根穿過定滑輪的輕繩提升了質量為 m 的重物。 一開始,人在滑輪的正下方,繩子底部的A點到滑輪的距離為H。人拉著繩子從靜止向右側移動。 當繩索下端到達B點時,人的速度為v,繩索與水平面的夾角為θ。 問這個人在這個過程中對重物做了多少功?
圖3
分析:人運動時,繩子上的拉力不是恒力,重物也不是勻速或勻速運動,因此無法計算重物所做的功,而解需要從動能定理的角度來分析。
當繩子下端從A點移動到B點時,重物上升的高度為:
重力所做的功值為:
當繩索在B點的實際水平速度為v時,v可分解為繩索斜向下和繞定滑輪逆時針旋轉的部分速度。 其中高中物理滑輪的題,繩索斜向下的部分速度和重物的提升速度的大小是一致的,從圖中可以看出:
以重物為研究對象,根據動能定理:
【實際應用】
船過河
兩種情況:①船速大于水速; ② 船速小于水速。
兩個極值:①渡河最小排水量; ②最短過河時間。
例3 一條寬度為L的河流,水流速度為 ,已知船舶在靜水中的速度為:
(1)如何在最短的時間內過河?
(2)如果可以,如何以最小的位移過河?
(3)如果可以,過河的船怎樣才能以最短的距離漂下來?
分析:(1)對于船過河問題,船的過河運動可以分解為它同時參與的兩個運動。 一是船的運動,二是水流的運動。 船的實際運動是聯合運動。 如圖4所示。假設船頭向上游傾斜,與河岸形成任意角度θ。 此時,船舶速度在垂直于河岸方向的速度分量為 ,過河所需時間為 。 可以看出:當L和v船固定時,t隨著sinθ的增大而減小; 那時,(最大)。 因此,船頭與河岸垂直。
圖4
(2) 如圖5所示,過河時的最小位移為河流寬度。 為了使過河位移等于L,船舶的合速度v的方向必須垂直于河岸,即使沿河岸方向的速度分量等于0。此時,船頭船的方向應該指向河流的上游,與河岸形成一定的角度θ,所以有,即。
圖5
因為,所以只有當,船才有可能垂直于河岸過河。
(3)如果,那么無論船向什么方向行駛,總會被水沖向下游。 我們如何才能最大限度地減少它向下漂移的距離?
如圖6所示,假設船首v與河岸形成角度θ。 合成速度 v 與河岸形成角度 α。 可見,α角越大,船舶向下漂流的距離x越短。 那么,什么條件下α角最大呢?以v水的矢狀點為圓心,v船為半徑畫一個圓。 當v與圓相切時,α角最大。 根據
圖6
船頭與河岸的夾角應為,則船沿河漂浮的最短距離為:
此時過河最短位移:
誤區:無論條件如何,人們認為船舶的最小排水量一定是垂直到達對岸時; 最短的穿越時間對應于最小的穿越位移。
【模型要點】
在處理“速度相關問題”時,必須了解“部分運動”和“組合運動”之間的關系:
(1)獨立性:當一個對象同時參與多個子運動時,每個子運動獨立進行,獨立產生效果(),互不干擾。
(2)同時性:組合運動和分割運動同時開始、同時進行、同時結束。
(3)等價性:組合運動是部分運動產生的總運動效果。 組合運動和部分運動同時發生、同時進行、同時結束。 等時間后,組合運動和部分運動就是總運動。 效果可以互相替代。
功是中學物理中的一個重要概念。 它體現了作用在物體上的力的空間積累過程,特別是變力所做的功,反映了空間積累過程。 因此,在處理變力功時,可以采用動能定律、泛函原理、圖像法、平均法等。
【模型鉆】
小河的寬度為d。 河流中每個點的水流速度與每個點到最近河岸的距離成正比。 下列說法正確的是( )
A. 船過河的軌跡是一條曲線。
B.船到達距河岸的距離。 小船過河的速度為
C.船過河時的軌跡是一條直線
D、船到達河岸,船的過河速度為
答案:A
結束
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