连带运动问题
【例2】如图所示,汽车甲以速度v1拉汽车乙前进,乙的速度为v2,甲、乙都在水平面上运动,求v1∶v2
解析:甲、乙沿绳的速度分别为v1和v2cosα,两者应该相等,所以有v1∶v2=cosα∶1
【例3】 两根光滑的杆互相垂直地固定在一起。上面分别穿有一个小球。小球a、b间用一细直棒相连如图。当细直棒与竖直杆夹角为α时,求两小球实际速度之比va∶vb
解析:a、b沿杆分速度分别为vacosα和vbsinα ∴va∶vb= tanα∶1
3、会根据运动的合成与分解求解面接触物体的速度问题。
求相互接触物体的速度关联问题时,首先要明确两接触物体的速度,分析弹力的方向,然后将两物体的速度分别沿弹力的方向和垂直于弹力的方向进行分解,令两物体沿弹力方向的速度相等即可求出。
例4、一个半径为R的半圆柱体沿水平方向向右以速度V0匀速运动。在半圆柱体上搁置一根竖直杆,此杆只能沿竖直方向运动,如图7所示。当杆与半圆柱体接触点P与柱心的连线与竖直方向的夹角为θ,求竖直杆运动的速度。
解:设竖直杆运动的速度为V1,方向竖直向上由于弹力方向沿OP方向,所以V0、V1在OP方向的投影相等,即有 ,解得V1=V0.tgθ.
四、平抛运动
当物体初速度水平且仅受重力作用时的运动,被称为平抛运动。其轨迹为抛物线,性质为匀变速运动。平抛运动可分解为水平方向的匀速运动和竖直方向的自由落体运动这两个分运动。广义地说,当物体所受的合外力恒定且与初速度垂直时,做类平抛运动。
1、 (合成与分解的角度)平抛运动基本规律
① 速度:,
合速度 方向 :tanθ=
②位移x=vot y= 合位移大小:s= 方向:tanα=
③时间由y=得t=(由下落的高度y决定)
竖直方向自由落体运动,匀变速直线运动的一切规律在竖直方向上都成立。
④一个有用的推论
平抛物体任意时刻瞬时时速度方向的反向延长线与初速度延长线的交点到抛出点的距离都等于水平位移的一半。
证明:设时间t内物体的水平位移为s,竖直位移为h,则末速度的水平分量vx=v0=s/t,而竖直分量vy=2h/t, ,所以有
2、平抛运动是匀变速曲线运动
3、平抛中能量守恒
注意:两个分解(位移和速度)和两个物理量(角度和时间)
4.应用举例
【例5】 已知网高H,半场长L,扣球点高h,扣球点离网水平距离s、求:水平扣球速度v的取值范围。
解析:假设运动员用速度vmax扣球时,球刚好不会出界,用速度vmin扣球时,球刚好不触网,从图中数量关系可得:
;
实际扣球速度应在这两个值之间。
例6、在倾角为θ的斜面顶端A处以速度V0水平抛出一小球,落在斜面上的某一点B处,设空气阻力不计,求(1)小球从A运动到B处所需的时间;(2)从抛出开始计时,经过多长时间小球离斜面的距离达到最大?
分析与解:(1)小球做平抛运动,同时受到斜面体的限制,设从小球从A运动到B处所需的时间为t,则:
水平位移为x=V0t
竖直位移为y=
数学关系得到:
(2)从抛出开始计时,经过t1时间小球离斜面的距离达到最大,当小球的速度与斜面平行时,小球离斜面的距离达到最大。因Vy1=gt1=V0tanθ,所以。