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走刀速度?静水速度?相对哪个参考系的速度?

 新用户65120Joi 2024-03-11 发布于山西

两道例题:

1.2018年11月10日,中华龙舟大赛(昆明·滇池站)开赛,吸引上万名市民来到滇池边观战。如图所示,假设某龙舟队在比赛前划向比赛点的途中要渡过288 m宽、两岸平直的河,河中水流的速度恒为v=5.0 m/s。龙舟从M处出发后实际沿直线MN到达对岸,若直线MN与河岸夹角为53°,龙舟在静水中的速度大小也为5.0 m/s,已知sin 53°=0.8,cos 53°=0.6,龙舟可看作质点。则龙舟在水中的合速度大小v和龙舟从M点沿直线MN到达对岸所经历的时间t分别为

A.v=6.0 m/s,t=60 s

B.v=6.0 m/s,t=72 s

C.v=5.0 m/s,t=72 s

D.v=5.0 m/s,t=60 s

2.如图所示,玻璃生产线上,宽为d的成型玻璃以v1速度连续不断地在平直的轨道上前进,在切割工序处,金刚石切割刀以相对地速度v2切割玻璃,且每次割下的玻璃板都成规定尺寸的矩形,以下说法正确的是

A.切割一次的时间为

B.切割刀切割一次所走的距离为

C.速度v2 的方向应由O指向c,且cosθ=

D.速度v2 的方向应由O指向a,且v1与v2的合速度方向沿Ob   

曲线运动内容学习完毕后,(类)抛体运动和圆周运动纳入到牛顿运动定律的体系中后就可以处理了。可对于运动的合成与分解,有的问题还是有点纠缠不清,有中介物的运动问题,比如不可伸长的轻绳、刚性轻杆两端连接物体的情景,本着沿着连接物分速度相同的分解原则,也可处理。

    

还有一类经典的速度合成、分解问题,小船过河、流水线上切割玻璃问题,对学生来说比较难缠。    

就其原因,涉及到高中物理的难点之一,可以说是最难点,没有之一——相对速度问题,分辨不清相对速度,这类问题可以说就没法彻底弄清楚。        

小船过河问题。通常题干中有两个速度信息——水流速度、船的静水速度。谈到速度、位移这些物理量,需要弄清参考系,参考系若不明确,速度含义则不明确,题就理解不明确。          

水流速度相对好理解,水是相对河岸来流得,水流速度实指水的对地速度。船的静水速度,字面理解,船在静止水中的速度,这是相对谁而言的呢?水若流动,这个船速会变吗?结合水流速度,船的静水速度,顺水航行,逆水航行等问题,船的静水速度应理解为船相对于水的速度,意思就是即使水流开了,船只要开动发动机,相对水的速度大小还是静水时开动发动机时的船的速度。         

这类问题中常问到过河的问题,位置是正对岸?上游?下游?从出发点指向正对岸、上游、下游的这个速度,又是指什么速度?

正对岸、上游、下游,这是地面上的位置术语,只不过中间隔了一条河。因此决定船到达的是正对岸、上游、下游的速度是船的对地速度。          

这样,小船过河问题的速度关系就这样理解。水流速度指的是水对地的速度,船的静水速度指的是船相对于水的速度,船的过河速度是指船相对地的速度。        

根据矢量运算的规则,速度关系是:      

对于切割玻璃的问题,可以和小船过河类比,但又有不同之处,玻璃是运动的,可以和水流速度类比,但最大的不同在于船过河时河岸是参考系,是静止的。而割玻璃的问题中,关注的是玻璃,是运动的玻璃,不同于过河问题中静止的岸。         

还有一个比较迷惑的问题,割刀的速度指的是相对玻璃的速度还是相对于工作台的速度?

过河问题中的船速是相对于水的,若船的静水速度为零时,船在水中是随波逐流的状态。而割玻璃问题中,若割刀速度理解为相对玻璃的速度,则割刀速度为零时,割刀是否会随玻璃运动?联系实际,割刀速度为零时,是在工作台上静止了,而不会随玻璃运动的。        

因此,对于割玻璃的问题中的速度,玻璃速度是相对于地的,割刀速度也是相对于地的,将玻璃割成什么形状,是割刀相对于玻璃的速度决定的。

速度关系为:      


例题中的问题,想把玻璃割成矩形,要求的方向沿Ob方向就行。    

   

清楚各个速度的含义,矢量加减法熟悉了,这类问题也就通了。

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