点评:分析运动的合成与分解问题,要特别注意合运动和分运动的"等时性"和分运动的"独立性"的应用。合运动、分运动时间相等,往往是解题的一个隐含条件。
为求船渡河最短时间,由合运动和分运动的"等时性",可以求船对静水的分运动的最短时间,这时船沿水流方向的分运动,无论是匀速运动还是变速运动,都不干扰船对静水的分运动,所以求解船对静水的分运动时间,可以不考虑船沿水流方向的分运动。
2.运动的合成与分解遵循平行四边形定则
引入:在运动的合成与分解中,描述物体运动的物理量,如位移、速度、加速度都是矢量,矢量的合成与分解,遵循平行四边形定则。
在行车提升物体的例子中,物体由A点运动到C点,如位移为s,速度为v。运用平行四边形定则,将位移s沿竖直方向和水平方向分解,分别得到竖直方向上的位移s1和水平方向上的位移s2,同理,合速度v可正交分解为两个分速度,即竖直向上的v1和水平向右的v2,如图5-7所示。
(1)由于物体的两个分速度恒定,则合速度也恒定,即物体的合运动也是匀速直线运动。
(2)如果在行车匀速向右运动的同时,钢索匀加速提升物体,设物体水平分速度为v2,竖直提升分运动的初速度为v1,加速度为a1,据平行四边形定则,将分运动的初速度、加速度分别合成,合运动初速度为v0,加速度为a=a1,v0与a的方向不在同一直线上,物体将做曲线运动。
(3)如果行车匀加速向右运动的同时,钢索匀加速提升物体,设物体水平分速度为v2加速度为a2,竖直提升分运动的初速度为v1,加速度为a1,据平行四边形定则,将分运动的初速度、加速度分别合成,合运动初速度为v,加速度为a,v与a的方向不在同一直线上,物体将做曲线运动,如果v与a的方向在同一直线上,物体将做直线运动。
例题2:如图5所示,湖中有一条小船,岸边的人用缆绳跨过一个定滑轮拉船靠岸,若绳子被以恒定的速度v拉动,绳子与水平方向成的角度是α,船是否做匀加速直线运动?小船前进的瞬时速度多大?
解析:收绳的过程中,船对地是向左水平运动的,这是船的合速度,可以将此合运动分解为两个分运动,那么,应当分解为哪两个运动呢?让我们分析绳子在这一过程中的变化,可以看出绳子一方面在逐渐变短,另一方面绕滑轮旋转使其与水面夹角变大。以与船头相接的绳端点为研究对象,此端点同时参与两个分运动,一是沿绳以v0速度运动,二是绕滑轮做圆周运动,这一分运动速度v1与绳垂直,所以应将合运动速度 v0分为 v和 v1,如上图。由三角关系右知:v0=v/cosθ
点评:解本题时常见的错误是把船速v0误认为是v的分速度,由此解出v0=vcos的错误结论,所以解这部分题时必须要把合速度和分速度找好并画好图。
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