高考物理中涉及的分解運動主要包括以下幾種:
1. 力的分解:根據力產生的效果分解,通常按照力的作用效果進行分解。
2. 速度分解:速度可以分解為一對相互垂直的速度,用于解釋物體做曲線運動的原因。
3. 勻速圓周運動:勻速圓周運動過程中,物體所受合外力充當向心力,此時可以將運動沿著速度方向和加速度方向進行分解。
4. 斜面運動:在研究斜面運動時,可以將運動沿著斜面和垂直斜面進行分解。
5. 碰撞問題:在碰撞過程中,物體通常要受到外力的作用,因此可以沿著速度方向和垂直速度方向進行分解。
以上是高考物理中常見的分解運動類型,通過正確的分解運動分析,可以更好地理解物理現象和規律。
題目:一個質量為 m 的小球,從高度為 H 的水平地面上的A點處以速度 v 水平拋出,與地面碰撞后反彈,反彈高度為 h。試求小球在運動過程中所受阻力的大小。
【分析】
小球的運動可以分解為水平方向的勻速直線運動和豎直方向的自由落體運動。由于阻力與速度方向相反,因此阻力對小球做負功,使得小球的速度減小。
【解答】
根據平拋運動的規律,小球的水平位移為:
x = v_0 t
其中,t 為小球在空中運動的時間,由自由落體規律可得:
t = \sqrt{\frac{2(H-h)}{g}}
將時間代入水平位移的表達式中,可得:
x = v_0 \sqrt{\frac{2(H-h)}{g}}
由于阻力與速度方向相反,因此阻力對小球做負功,大小為:
W = -fx
其中,f 為小球的阻力系數,x 為小球的位移。由于小球在豎直方向上做自由落體運動,因此位移為:
x = \sqrt{h^2 + (H-h)^2}
將位移代入阻力做功的表達式中,可得:
W = -mg \sqrt{h^2 + (H-h)^2} \cdot \frac{H-h}{2}
由于阻力與速度方向相反,因此阻力系數為:
f = -mg \frac{H-h}{x}
將上述表達式代入總能量守恒定律中,可得:
\frac{1}{2}mv_0^2 + mg(H-h) = \frac{1}{2}mv^2 + W + mgh
將已知量代入上式中,可得:
\frac{1}{2}mv_0^2 + mgH = \frac{1}{2}mv^2 - mgh + \frac{mg(H-h)^2}{2} \cdot \frac{H-h}{H}
化簡可得:
f = -mg \frac{(H-h)^3}{4(H-h)} = -mg \frac{H^3}{4H}
所以,小球在運動過程中所受阻力的大小為 -mg \frac{H^3}{4H}。