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解答运动的分解和合成问题时,首先,要明确在高中阶段我们遇到的复杂运动(合运动)往往都是可以分解为两个简单的直线运动(分运动)的;其次,要灵活運用运动的分解与合成法则,正确确定哪个是合运动,合运动可以分解为哪两个简单的直线运动;最后,合理运用分运动和合运动的等时性、等效性、独立性三大特征并结合直线运动规律进行分析。
一、运动的分解
例1 如图1所示,固定在天花板上的两定滑轮间的距离为2d,质量均为m的相同小球A和B通过细长的轻绳带动小球C上升,在某一时刻连接小球C的两轻绳间的夹角为2a,轻绳中的张力为F,小球A和B下落的速度为v,不计轻绳与滑轮间的摩擦,且轻绳不可伸长。
(1)此时小球C上升的速度为多大?
(2)若小球C的质量与小球A、B的质量相等,当a=30°时三个小球从静止开始运动,则当a=45°时小球C的速度是多大?
解析:(1)小球C的速度vc为合速度,方向竖直向上,其中沿绳方向的分速度为小球A(B)下落的速度v,另一分速度v’沿与绳垂直的方向(是绳绕滑轮上旋的圆周运动的线速度),如图2所示,因此小
点评:本题属于典型的绳拉物体类型的运动的分解问题,其中心球C的运动为合运动,若错误地认为小球C的运动速度ve是由小球A、B的运动速度v按夹角2a合成得到的,则会导致速度的分解出现错误。
二、运动的合成
例2 一架由我国自主研制的舰载歼击机“歼-15”的质量为m,假设它以水平速度v0飞离跑道后逐渐上升,在飞机飞离跑道的过程中,飞机的水平速度保持不变,同时受到竖直向上的恒定升力作用,在竖直方向上恒定升力大于重力,使得飞机越飞越高。用x表示水平位移,y表示竖直位移,试画出飞机的运动轨迹简图,并简述作图理由。
解析:飞机的水平速度不变,则在水平方向上做匀速直线运动;在竖直方向上受竖直向上的恒定升力和重力作用,合外力方向竖直向上,做匀加速直线运动。根据运动的合成和分解可知,飞机的实际运动是类平抛运动,运动轨迹简图如图3所示。
点评:本题中飞机的合运动是类平抛运动,分运动是水平方向上的匀速直线运动和竖直方向上的匀加速直线运动。只要明确了飞机的水平分速度保持不变,竖直分速度逐渐增大,类比平抛运动的规律,就可以确定飞机的实际运动轨迹是开口向上的抛物线的一部分。
作者单位:江西省全南中学
一、运动的分解
例1 如图1所示,固定在天花板上的两定滑轮间的距离为2d,质量均为m的相同小球A和B通过细长的轻绳带动小球C上升,在某一时刻连接小球C的两轻绳间的夹角为2a,轻绳中的张力为F,小球A和B下落的速度为v,不计轻绳与滑轮间的摩擦,且轻绳不可伸长。
(1)此时小球C上升的速度为多大?
(2)若小球C的质量与小球A、B的质量相等,当a=30°时三个小球从静止开始运动,则当a=45°时小球C的速度是多大?
解析:(1)小球C的速度vc为合速度,方向竖直向上,其中沿绳方向的分速度为小球A(B)下落的速度v,另一分速度v’沿与绳垂直的方向(是绳绕滑轮上旋的圆周运动的线速度),如图2所示,因此小
点评:本题属于典型的绳拉物体类型的运动的分解问题,其中心球C的运动为合运动,若错误地认为小球C的运动速度ve是由小球A、B的运动速度v按夹角2a合成得到的,则会导致速度的分解出现错误。
二、运动的合成
例2 一架由我国自主研制的舰载歼击机“歼-15”的质量为m,假设它以水平速度v0飞离跑道后逐渐上升,在飞机飞离跑道的过程中,飞机的水平速度保持不变,同时受到竖直向上的恒定升力作用,在竖直方向上恒定升力大于重力,使得飞机越飞越高。用x表示水平位移,y表示竖直位移,试画出飞机的运动轨迹简图,并简述作图理由。
解析:飞机的水平速度不变,则在水平方向上做匀速直线运动;在竖直方向上受竖直向上的恒定升力和重力作用,合外力方向竖直向上,做匀加速直线运动。根据运动的合成和分解可知,飞机的实际运动是类平抛运动,运动轨迹简图如图3所示。
点评:本题中飞机的合运动是类平抛运动,分运动是水平方向上的匀速直线运动和竖直方向上的匀加速直线运动。只要明确了飞机的水平分速度保持不变,竖直分速度逐渐增大,类比平抛运动的规律,就可以确定飞机的实际运动轨迹是开口向上的抛物线的一部分。
作者单位:江西省全南中学