3. 力和运动关系中的矢量式

   在有关力和运动的题目中,涉及到的物理量多为矢量,在解题过程中也常常要列矢量方程式。由于矢量的运算涉及到正方向和“+”“-”号的问题,所以利用矢量公式列方程是最容易出错的环节。力学中的主要矢量方程式有以下几个:

  

  

  

  

  

  

  

   为减少错误,在利用以上几式列方程时,可以先选取正方向,然后利用“+”“-”表示式中各量的方向,这样在运算过程中式中的各量只考虑绝对值即可。如在求做匀减速运

[典型例题]

  例1. 如图所示,物块B和C分别连接在轻质弹簧两端,将其静止于吊篮A的水平底板上,已知A、B和C质量均为m,重力加速度为g,那么将悬挂吊篮的轻绳烧断的瞬间,吊篮A、物块B和C的加速度分别是多少?吊篮A和物块B之间的弹力多大?

   解析:烧断绳前,A、B、C三物体均处于平衡状态,它们受力如图所示。由题意和图示可知:F=mg;N=2mg;T=3mg。

   烧断绳后的瞬间,弹簧仍保持原来的长度,弹簧弹力不变,C仍保持静止状态,则aC=0。

   若物体A和B之间没弹力,则aA=g,而B的合外力则为mg+F=2mg,所以aB=2g,显然这种情况是不可能的。

   当绳被烧断后,A和B的加速度应该相等,对A、B和C构成的整体,其合外力为3mg,由于只产生A和B的加速度,所以由牛顿第二定律可得:3mg=2ma,则aA=aB=1.5g。

   对A有:N+mg=maA,则吊篮A和物块B之间的弹力N=0.5mg。

  例2. 如图所示,光滑斜面的倾角为θ,从斜面顶端A点,使a球以初速度v1开始沿斜面向下运动的同时,使b球以初速度v2水平向右抛出。它们恰好同时到达斜面上的B点,求两球初速度v1与v2的大小之比。

   解析:a球沿斜面向下运动的加速度为a=g·sinθ,设AB间距离为L,运动时间为t,根据匀变速直线运动的位移公式,有

  

   b球做平抛运动,其竖直分运动方程为:

  

  

   b球水平分运动方程为:

  

   (3)式与(4)式相比得:v1:v2=cosθ:1

   说明:本题是平抛运动与匀加速直线运动的相关性问题。a、b两球的初速度方向不同,大小也不同,但它们都做匀变速运动,且加速度是确定的,分析这类问题时必须注意。另外,两种运动中位移间的几何关系,起到了桥梁的作用。

  例3. 在太空中飞行的航天器要想尽快追上前面在同一轨道上运行的航天器,应采用的方法是(   )

   A. 沿运动方向喷气

   B. 沿运动方向相反喷气

   C. 先沿运动方向喷气,再沿运动方向相反喷气

   D. 先沿运动相反方向喷气,再沿运动方向喷气

   解析:减小的运动,卫星在近地轨道速度超过原轨道上的速度,从而可以追赶航天器,再沿运动星速度仍大于原轨道上的速度,再恢复回到原轨道,有可能追上运行的航天器。故C选项正确。

  例4. 如图所示,竖直圆筒内壁光滑,半径为R,顶部有入口A,在A的正下方h处有出口B。一质量为m的小球从入口A沿切线方向的水平槽射入圆筒内,要使球从B处飞出,小球射入口A的速度v0应满足什么条件?在运动过程中,球对筒压力多大?

   解析:小球从入口A射入后的运动可以分解成两个分运动,一个是在水平面做匀速圆周运动,其速度就是入射速度;另一个是在竖直方向做自由落体运动。设小球在圆筒内绕过n圈后,从B处飞出。那么,在水平面内,小球做圆周运动走过的路程是

  

   在竖直方向的位移是

  

   (1)(2)两式联立,消去t,得

  

   小球在运动过程中,在水平方向只受支持力N。N总是指向圆心,充当向心力,它的值

  

[模拟试题]

2. 力和运动轨迹

   物体运动的轨迹与它的受力情况有关,在初速度一定的情况下,其轨迹完全取决于其受力情况。当物体所受的合外力与速度方向在一条直线上时,不管合外力的大小是否改变,它的轨迹一定是直线;当物体所受的合外力与速度方向不在一条直线上时,不管合外力的大小如何,它的轨迹一定是曲线。物体做曲线运动时,其轨迹向合外力的方向弯曲,如平抛物体的运动。在高中阶段具体讨论的运动轨迹主要有三种:

   (1)直线。有关直线运动的题目最多,在分析和求解时一定要把握其受力特点。例如小船渡河的时候,只要水流的速度不变,船相对水的速度也不变,船受的合外力一定为零,不管船头的指向如何,小船相对岸的轨迹一定是直线。例如还是这条船,如果船相对于水的速度是变化的,即小船加速或减速渡河,在水流速度不变的情况下,其轨迹一定是曲线,因为这时合外力与合速度的方向一定不再在一条直线上。

   (2)抛物线。轨迹为抛物线的运动主要有两种情况:平抛物体的运动和带电粒子在电场中的偏转。二者轨迹类似,分析和求解的思路、过程也完全类似,即把这种曲线运动分解为匀速直线运动和初速度为零的匀加速直线运动来讨论。

   (3)圆。相对于抛物线而言,圆的轨迹似乎更简单,但其受力情况却要复杂得多,人造卫星、电子绕原子核的旋转,带电粒子在磁场中的偏转等都是典型的圆运动。根据合外力提供向心力的特点,由牛顿第二定律建立方程是求解匀速圆周运动问题的最基本最重要的方法。

 0  159596  159604  159610  159614  159620  159622  159626  159632  159634  159640  159646  159650  159652  159656  159662  159664  159670  159674  159676  159680  159682  159686  159688  159690  159691  159692  159694  159695  159696  159698  159700  159704  159706  159710  159712  159716  159722  159724  159730  159734  159736  159740  159746  159752  159754  159760  159764  159766  159772  159776  159782  159790  447348 

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