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文字版:运动的合成与分解

 高中物理 2021-09-11

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一、合运动与分运动

一个物体同时参与多个运动,实际的运动是这些运动的合运动。

1.合运动与分运动的关系:

 (1)运动的独立性: 一个物体同时参与多个运动,其中的任何一个运动并不会受其他分运动的干扰,而保持其运动性质不变,这就是运动的独立性原理.虽然各分运动互不干扰,但是它们共同决定合运动的性质和轨迹.

(2)运动的等时性:各个分运动与合运动总是同时开始,同时结束,经历时间相等(不同时的运动不能合成).

(3)运动的等效性:各分运动叠加起来与合运动有相同的效果.

2.运动的合成与分解的运算法则:平行四边形定则

 运动的合成与分解:描述运动的各物理量即位移、速度、加速度的合成与分解,它们均是矢量,合成与分解都遵守平行四边形定则

二、小船渡河

在运动的合成与分解问题中,两个匀速直线运动的合运动仍是匀速直线运动,其中一个速度大小和方向都不变,另一个速度大小不变,方向在180°范围内(在速度不变的分运动所在直线的一侧)变化.我们对合运动或分运动的速度、时间、位移等问题进行研究.这样的运动系统可看作“小船渡河模型”.

特点:

(1)船的实际运动是水流的运动和船相对静水的运动的合运动.

(2)三种速度:v(船在静水中的速度)、v(水的流速)、v(船的实际速度).

(3)两个极值

①过河时间最短:当船头垂直于河岸时,vvtmin=d/v      (d为河宽).

②过河位移最小:

A.当v船>v水时,v合⊥v水,如图1甲所示,此时xmin=d船头指向上游与河岸夹角为α.

B.当v船<v水时,v船⊥v合,如图乙所示.过河最小位移:

例题一小船渡河,河宽d180 m,水流速度v12.5m/s.若船在静水中的速度为v25m/s

求: (1)欲使船在最短的时间内渡河,船头应朝什么方向?用多长时间?位移是多少?

 (2)欲使船渡河的航程最短,船头应朝什么方向?用多长时间?位移是多少?

解:(1)当船头与河岸垂直的时候,渡河时间最短,

tmin=d/v2  =36s

沿河岸的分位移

x=v1tmin=90m

合位移为(实际位移):

(此题另一个分位移为垂直于河岸的位移d)

(2)船速v2 v1(水速),欲使船渡河航程最短,船轨迹垂直河岸渡河, ,设船头朝上游与河岸成某一夹角α,则

                         

α=60°

即当船头朝上游与河岸成60°角时位移为河岸宽度d

合速度

渡河时间

t=d/v

=

练习:

河宽60 m,水流速度v16 m/s,小船在静水中的速度v23m/s,则:

  (1)它渡河的最短时间是多少?

  (2)最短航程是多少?

(2)因为v2<v1,必须v合⊥v水,渡河位移才会最小,如图所示,船头指向上游与河岸夹角为θ

θ=60°

渡河时间为

小船沿河岸向下游移动的位移

x=v1t

217m

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