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在运动的合成和分解中,如何判断物体的组合运动和分割运动是首要问题。 判断组合运动的有效方法是你看到的运动是组合运动。 组合运动的分解理论上可以是任意的,但一般是根据运动的实际效果进行分解。 渡船、斜拉船等问题是常见运动合成与分解的典型问题。
【型号说明】
1、速度的分解要根据实际情况
例1.如图1所示,人用绳子通过定滑轮以匀速拉动水平面上的物体A。 当绳子与水平方向成θ角时,求物体A的速度。
图1
解1(分解法):本题的关键是正确确定物体A的两个部分运动。物体A的运动(即绳索末端的运动)可以看成是两个部分运动的合成分动作:一是沿绳子方向拉动,绳子长度缩短。 绳索长度缩短的速度等于; 第二,当绳索以定滑轮为圆心摆动时,并不改变绳索长度,而只是改变角度θ的值。 这样就可以按照图中所示的方向进行分解了。 所以 和 实际上是 的两个分速度,如图1所示,由此可以得到。
解2(微元法):要求船舶在该位置的航速为瞬时航速。 需要从这一刻起花费一小段时间来求出它的平均速度。 当这段短时间趋于零时,平均速度就是所需速度。
假设船舶在θ角度位置,在△t时间内向左行驶了△x距离,滑轮右侧的绳索长度缩短了△L,如图2所示。且水平方向变化很小,可以近似认为△ABC是一个直角三角形,所以两边除以△t可得:
即绳索收回的速度,故船的速度为:
图2
摘要:“微量元素法”。 可以想象一个物体发生了一个微小的位移,对所涉及的物体所产生的位移进行分析,得到位移分解图,然后找到对应的速度分解图,然后计算所涉及物体之间的速度对象。 关系。
解法三(能量换算法):从题意可知:人对绳子做的功等于绳子对物体做的功。 若人对绳索的拉力为F,则绳索做功的功率为; 从定滑轮的特性可以得知绳索对物体的拉力。 拉力的大小也为F,则绳子对物体所做的功的功率为,因为如此。
点评:①在上述问题中高中物理滑轮的题,如果不仔细分析物体A的运动,很容易得到错误的结果; ②当物体A向左移动时,θ会逐渐变大。 虽然人以匀速运动,但物体A却在进行变速运动。
总结:解题过程:①选择合适的连接点(该点必须能够清楚地表明它参与某种运动); ②确定该点的合速度方向(物体的实际速度为合速度)且速度方向始终相同。 改变; ③确定此时组合速度的实际运动效果,并根据平行四边形法则确定分速度的方向; ④ 画出速度分解示意图并找出速度关系。
2、张力是一种变化的力,计算功时要正确理解。
示例 2. 如图 3 所示,某人通过一根穿过定滑轮的轻绳提升了质量为 m 的重物。 一开始,人在滑轮的正下方,绳子底部的A点到滑轮的距离为H。人拉着绳子从静止向右侧移动。 当绳索下端到达B点时,人的速度为v,绳索与水平面的夹角为θ。 问这个人在这个过程中对重物做了多少功?
图3
分析:人运动时,绳子上的拉力不是恒力,重物也不是匀速或匀速运动,因此无法计算重物所做的功,而解需要从动能定理的角度来分析。
当绳子下端从A点移动到B点时,重物上升的高度为:
重力所做的功值为:
当绳索在B点的实际水平速度为v时,v可分解为绳索斜向下和绕定滑轮逆时针旋转的部分速度。 其中高中物理滑轮的题,绳索斜向下的部分速度和重物的提升速度的大小是一致的,从图中可以看出:
以重物为研究对象,根据动能定理:
【实际应用】
船过河
两种情况:①船速大于水速; ② 船速小于水速。
两个极值:①渡河最小排水量; ②最短过河时间。
例3 一条宽度为L的河流,水流速度为 ,已知船舶在静水中的速度为:
(1)如何在最短的时间内过河?
(2)如果可以,如何以最小的位移过河?
(3)如果可以,过河的船怎样才能以最短的距离漂下来?
分析:(1)对于船过河问题,船的过河运动可以分解为它同时参与的两个运动。 一是船的运动,二是水流的运动。 船的实际运动是联合运动。 如图4所示。假设船头向上游倾斜,与河岸形成任意角度θ。 此时,船舶速度在垂直于河岸方向的速度分量为 ,过河所需时间为 。 可以看出:当L和v船固定时,t随着sinθ的增大而减小; 那时,(最大)。 因此,船头与河岸垂直。
图4
(2) 如图5所示,过河时的最小位移为河流宽度。 为了使过河位移等于L,船舶的合速度v的方向必须垂直于河岸,即使沿河岸方向的速度分量等于0。此时,船头船的方向应该指向河流的上游,与河岸形成一定的角度θ,所以有,即。
图5
因为,所以只有当,船才有可能垂直于河岸过河。
(3)如果,那么无论船向什么方向行驶,总会被水冲向下游。 我们如何才能最大限度地减少它向下漂移的距离?
如图6所示,假设船首v与河岸形成角度θ。 合成速度 v 与河岸形成角度 α。 可见,α角越大,船舶向下漂流的距离x越短。 那么,什么条件下α角最大呢?以v水的矢状点为圆心,v船为半径画一个圆。 当v与圆相切时,α角最大。 根据
图6
船头与河岸的夹角应为,则船沿河漂浮的最短距离为:
此时过河最短位移:
误区:无论条件如何,人们认为船舶的最小排水量一定是垂直到达对岸时; 最短的穿越时间对应于最小的穿越位移。
【模型要点】
在处理“速度相关问题”时,必须了解“部分运动”和“组合运动”之间的关系:
(1)独立性:当一个对象同时参与多个子运动时,每个子运动独立进行,独立产生效果(),互不干扰。
(2)同时性:组合运动和分割运动同时开始、同时进行、同时结束。
(3)等价性:组合运动是部分运动产生的总运动效果。 组合运动和部分运动同时发生、同时进行、同时结束。 等时间后,组合运动和部分运动就是总运动。 效果可以互相替代。
功是中学物理中的一个重要概念。 它体现了作用在物体上的力的空间积累过程,特别是变力所做的功,反映了空间积累过程。 因此,在处理变力功时,可以采用动能定律、泛函原理、图像法、平均法等。
【模型钻】
小河的宽度为d。 河流中每个点的水流速度与每个点到最近河岸的距离成正比。 下列说法正确的是( )
A. 船过河的轨迹是一条曲线。
B.船到达距河岸的距离。 小船过河的速度为
C.船过河时的轨迹是一条直线
D、船到达河岸,船的过河速度为
答案:A
结束
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