运动的合成与分解·典型例题解析

运动的合成与分解·典型例题解析

运动的合成与分解·典型例题解析 ‎ ‎ ‎【例1】如图33－1所示，物体在恒力F作用下沿曲线从A运动到B，这时突然使它受的力反向，而大小不变，即由F变为－F，在此力作用下，关于物体以后的运动情况的下列说法中正确的是 ‎[ ]‎ A．物体不可能沿曲线Ba运动 B．物体不可能沿直线Bb运动 C．物体不可能沿曲线Bc运动 D．物体不可能沿原曲线由B返回A 解析：由曲线运动产生的条件可知，物体的运动轨迹始终弯向合外力指向的这一侧．该题中物体受到的外力反向以后，物体运动的瞬时速度方向仍沿原来的切线方向，但曲线的弯曲方向也随合外力方向的改变而改变，因此此物体可能沿曲线Bc运动．所以，本题的正确选项为A、B、D．‎ 点拨：作曲线运动物体的运动轨迹一定处于合外力方向和速度方向的夹角之中．‎ ‎【例2】有关运动的合成，以下说法中正确的是 ‎[ ]‎ A．两个直线运动的合运动一定是直线运动 B．两个不在一直线上的匀速直线运动的合运动一定是直线运动 C．两个初速度为零的匀加速直线运动的合运动一定是匀加速直线运动 D．匀加速运动和匀速直线运动的合运动一定是直线运动 解析：两个直线运动合成，其合运动的性质和轨迹由分运动的性质及合初速度与合加速度的方向关系来决定：两个匀速直线运动的合运动无论它们的方向如何，它们的合运动仍是匀速直线运动．一个匀速直线运动和一个匀变速直线运动的合运动一定是匀变速运动——两者共线时为匀变速直线运动，两者不共线时为匀变速曲线运动．两个匀变速直线运动的合运动仍为匀变速运动——当合初速度与合加速度共线时为匀变速直线运动，当合初速度与合加速度不共线时为匀变速曲线运动．‎ 所以，正确选项为B、C．‎ 点拨：判别两个分运动合成的合运动是否为直线运动，要看其合运动的初速度与合运动的加速度是否在同一条直线上．‎ ‎【例3】如图33－2所示，河水的流速v1＝5m/s，一只小机动船在静水中的速度v2＝4m/s．现在小船从A点出发开始渡河，要使它的位移最小，船头应指向何方行驶？‎ 解析：如图33－2所示，v1表示水流速度，若以矢量头B点为圆心，以船速v2的长度为半径作一圆弧，则从A点引向圆周上任一点表示矢量的线段都是机动船可能的合速度．显然，自A点引向圆周的切线AC所表示的矢量的指向为合速度v的方向时，船渡河时的位移为最小．‎ 设小机动船渡河发生的位移为最小时，船头所指的方向与河岸成θ角，则cosθ＝v2/v1＝4/5．可得θ＝37°，因此船头应指向与河岸成θ＝37°的上游方向．‎ 点拨：机动船渡河的运动可看做水流的运动和机动船相对于水的运动的合运动．若在船速大于水速、即v2＞v1的情形下，它们的合速度的方向垂直于河岸时其位移最小．但本题的情形却不同，是船速小于水速，即v2＜v1，这时，两个分运动的合速度的方向不可能垂直于河岸．‎ ‎【问题讨论】(1)欲使小船能到达正对岸，小船在静水中的速度应满足什么样的条件？‎ ‎(2)如果出现船速与水速相等的特殊情况，船渡河时的最小位移是什么呢？‎ ‎(3)处理矢量的合成或分解问题时，可先画出矢量三角形来，这是平行四边形定则的简化，便于对问题的分析研究．‎ ‎【例4】如图33－3(a)所示，用绳牵引小船靠岸，若收绳的速度为v1，在绳子与水平方向夹角为α的时刻，小船靠岸的速度v为多大？‎ 点拨：小船的运动只有水平前进的靠岸速度v，没有垂直向上的速度．小船靠岸的速度取决于绳子OA缩短的快慢，为了找到绳子OA缩短的快慢，可以把船速v分解成两个分速度：一个沿绳方向的分速度，一个垂直于绳方向的分速度．其中沿绳方向的分速度即为收绳速度，由此可解得船速v的大小．‎ ‎【问题讨论】有位同学对该题的解法如下：如图33－3(b)所示，将收绳的速度v1分解为水平速度v及垂直速度v＇，其中水平速度v为船的速度，则有v＝v1cosα．你能指出这种解法的错误所在吗？‎ ‎ ‎ 参考答案 ‎ ‎ ‎ v1/cosα ‎ 跟踪反馈 ‎ ‎ ‎1．下列关于曲线运动的描述中，正确的是 ‎[ ]‎ A．曲线运动可以是匀速运动 B．曲线运动一定是变速运动 C．曲线运动可以是匀变速运动 D．曲线运动的加速度可能为零 ‎2．下列说法中，正确的是 ‎[ ]‎ A．由于曲线运动的速度一定变化，所以加速度也一定变化 B．物体所受合外力的方向与运动的速度方向不在一直线上是产生曲线运动的条件 C．物体在恒力作用下不可能做曲线运动 D．物体在变力作用下一定做曲线运动 ‎3．一条河宽500m，河水的流速是3m/s，一只小艇以5m/s(静水中的速度)的速度行驶，若小艇以最短的时间渡河，所用的时间是________s；若小艇要以最短的航程渡河，所需的时间是________s．‎ ‎4．以速度v匀速航行的舰艇准备射击与舰身垂直方向的水平面上的某一固定目标，已知炮弹的发射速度为v0(炮弹的运动看作水平方向上的匀速运动)，则发射方向与舰身的夹角应为多大？[提示：炮弹在水平方向上的运动速度，由炮弹的水平发射速度和舰艇的航行速度合成的．]‎ ‎ ‎ 参考答案 ‎ ‎ ‎1．BC 2．B 3．100，125 4．arccosv/v0‎