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1、感谢你的观看第二章质点的运动一、基本概念1 .质点一一用来代替物体的有质量的点。(当物体的大小、形状对所研究的问题的 影响可以忽略时,物体可作为质点。)2 .速度一一描述运动快慢的物理量,是位移对时间的变化率。3 .加速度描述速度变化快慢的物理量,是速度对时间的变化率。4 .变化率一一表示变化的快慢,不表示变化的大小。5 .注意匀加速直线运面1、一匀减速直线运动、匀变速直线运动的区别。二、匀变速直线运动公式1 .常用公式有以下四个 以上四个公式中共有五个物理量:s、t、a、v0、vt,这五个物理量中只有三个是 独立的,可以任意选定。其中三个确定后,另外两个就唯一确定了。每个公式中 只有其中的四
2、个,当已知三个物理量要求另一个物理量时,往往选定一个公式就 可以了。如果两个匀变速直线运动有三个物理量对应相等,那么另外的两个物理 量也一定对应相等。日二五个访加量中,除时间t外,s、V0、vt、a均为矢量。一般以V0的方向为正 方向,以t=0时刻的位移为零,则s、vt、a的正负都有确定的物理意义。2 .匀变速直线运动中几个常用的结论As=aT 2,既任意相邻相等时间内的位移之差相等。可以推广到Sm-Sn=(m-n)aT2,某段时间的中间时刻的即时速度等于该段时间内的平均速度。,某段位移的中间位置的即时速度公式(不等于该段位移内的平均速度)。可以证明,无论匀加速还是匀减速,都有。3 .初速度为
3、零(或末速度为零)的匀变速直线运动做匀变速直线运动的物体,如果初速度为零,或者末速度为零,那么公式都可简 化为:? ? ?以上各式都是单项式,因此可以方便地找到各物理量间的比例关系。4 .初速为零的匀变速直线运动前1秒、前2秒、前3秒内的位移之比为1 : 4 : 9 :第1秒、第2秒、第3秒内的位移之比为1 : 3 : 5 :前1米、前2米、前3米 所用的时间之比为1 : 第1米、第2米、第3米所用的时间之比为1 :():对末速为零的匀变速直线运动,可以相应的运用这些规律。5 .一种典型的运动经常会遇到这样的问题:物体由静止开始先做匀加速直线运动,紧接着又做匀减 速直线运动到静止久用右图描述该
4、过程,可以得出以下结论:感谢你的观看例1.两木块自左向右运动,现用局速摄影机在同一底片上多次曝光,记录下木块 每次曝光时的位置,如图所示,连续两次曝光的时间间隔是相等的,由图可知A.在时刻t2以及时刻t5两木块速度相同B.在时刻ti两木块速度相同C.在时刻t3和时刻t4之间某瞬间两木块速度相同D.在时刻t4和时刻t5之间某瞬时两木块速度相同解:首先由图看出:上边那个物体相邻相等时间内的位移之差为恒量,可以判定 其做匀变速直线运动;下边那个物体明显地是做匀速运动。由于t2及t5时刻两物体位置相同,说明这段时间内它们的位移相等,因此其中间时刻的即时速度相等,这个中间时刻显然在t3、t4之间,因此本
5、题选Co例2.在与x轴平行的匀强电场中,一带电量 q=1.0X 10 8C.质量 m=2.5X 10 3kg的物体在光滑水平面上沿着x轴作直线运动,其位移与时间的关系是x=0.16t-0.02t2,式中x以m为单位,t以s为单位。从开始运动到5s末物体所经过的路 程为 m,克服电场力所做的功为 J。解:须注意:本题第一问要求的是路程;第二问求功,要用到的是位移。将x = 0.16t0.02t2和对照,可知该访体的初速度v0=0.16m/s加速度大小a=0.04m/s2,方向跟速度方向相反。由 vo=at可知在4s末物体速度减小到零,然 后反向做匀加速运动,末速度大小 V5=0.04m/s。前4
6、s内位移大小,第5s内位移 大小,因此从开始运动到5s末物体所经过的路程为0.34m ,而位移大小为0.30m ,克服电场力做的功 W=mas5=3X10-5Jo例3.物体在恒力F1作用下,从A点由静止开始运动,经时间t到达B点。这时 突然撤去F1,改为恒力F2作用,又经过时间2t物体回到A点。求F1、F2大小之 比。解:设物体到B点和返回A点时的速率分别为va、vb,利用平均速度公式可以得 到VA和VB的关系再利用加速度定义式,可以得到加速度大小之比,从而得到 F1、F2大小之比。(特别要注意速度的方向性 a1 : a2=4 : 5, . F1 : F2=4 : 5三、运动图象1.s-t图象
7、。能读出s、3 v的信息(斜率表示速度)。2.v-t图象。能读出s、3 v、a的信息(斜率表示加速度,曲线下的面积表示位移)。可见v-t图象提供的信息最多,应用也最广。例4 .两支完全相一同而4滑品|弯管(如即听示)现有两只相同小球a和a,同时从管 口由静止滑下,问谁先掉出出口?(假设通过拐角处时无机械能损失)解:首先由机械能守恒可以确定拐角处v1> v2,而两小球到达出口时的速率 v相等。由已知,两球经历的总路程s相等。由牛顿第二定律,小球的加速度大小感谢你的观看 a=gsina,小球a第一阶段的加速度跟小球 a/第二阶段的加速度大小相同(设为 ai);小球a第二阶段的加速度跟小球a/
8、第一阶段的加速度大小相同(设为a2),根据图中管的倾斜程度,显然有 ai> a2。根据这些物理量大小的分析,在同 一个v-t图象中两球速度曲线下所围的面积应该相同,且末状态速度大小也相同(纵坐标相同)。开始时 a球曲线的斜率大。由于两球两阶段加速度对应相等, 如果同时到达(经历时间为tl)则必然有S1>S2,显然不合理。考虑到两球末速度 大小相等(图中vm),球a/的速度图象只能如蓝线所示。因此有 ti< t2,即a球 先到。例5.笔直的公路上前后行驶着甲、乙两辆车,速度分别为 6m/s和8m/s ,当它们 相距5m时,甲车开始以1m/s2的加速度做匀减速运动,乙也同时匀减速
9、,直至两 车都停下。为使两车不碰撞,乙的加速度至少为多大?解:还是利用图象方便。根据已知,位于前面的甲车的速度图象如图中红色线段 所示。设乙的速度图象为图中蓝色线段,它与红色线段相交点表示甲、乙速度相 等。设对应的时间为 t,为保证不相碰,这段时间内乙和甲的位移之差必须小于 5m。由三角形面积公式可知,临界时间为t=5s,设其临界加速度为 a,有:8-5a=6-5 ,得a=1.4m/s 2,乙运动的总时间为8 + 1.4=5.7s<6s (甲运动时间为6s),可求得甲、乙的总位移分别为 s130m和s乙=22.9m,可以保证乙不会跟 甲相碰。四、运动的合成与分解1 .运动的性质和轨迹物体
10、运.动的性质由加速度_&定(加速度得零时物体静止或做匀速运动;加速度 恒定时物体做匀变速运动;加速度变化时物体做变加速运动)。物体运动的轨迹一(直线还是曲线)则由物体的.速度和加速度的方向关系决定(速度与加速度方向在同一条直线上时物体做直线运动;速度和加速度方向成角度时物体做曲线运动)。两个互成角度的直线运动的合运动是直线运动还是曲线运动?决定于它们的合 速度和合加速度方向是否共线(如图所示)。常见的类型有:a=0:匀速直线运动或静止。a恒定:性质为匀变速运动,分为: v、a同向,匀加速直线运动;v、a反 向,匀减速直线运动;v、a成角度,匀变速曲线运动(轨迹在.以一且.之间,一.和速
11、一 度Y的方.回相切,.、方向逐渐回.a,.的方向接近,.但不丑能达到.)a变化:性质为变加速运动。如简谐运动,加速度大小、方向都随时间变化。2 .过河问题如右图所示,若用v1表示水速,v2表示船速,则:过河时间仪由v.2.的垂直壬崖的分量决定,即,与一v1无关,所以当v2上岸时过感谢你的观看河所用时间最短,最短时间为也与 V1无关。过河路程由实际运动轨迹的方向决定,当V1<V2时,最短路程为d ;当V1>V2时,最短路程程为3 .连带运动问题指物拉纯(杆)或纯(杆)拉物问题。由于高中研究的纯都是不可伸长的,杆 都是不可伸长和压缩的,即绳或杆的长度不变,所以必须把物体的实际速度分解
12、 为垂直于纯(杆)和平行于纯(杆)两个分量,根据沿纯(杆)方向的分速度相、',1VVVWarun.wi_A>wwwww_V9>fldVVWVWHjvuw_n_vwwwMVVWi>nrfWwwx0UUVW同求解。机. 6 .如图所示,汽车甲以速度 V1拉汽车乙前进,乙的速度为 V2,求V1 : V2解:甲、乙沿绳的速度分别为 V1和V2C0S a ,两者应该相等,所以有 V1 : V2=cos a : 1例7.两根光滑的杆互相垂直地固定在一起。上面分别穿有一个小球。小球a、b间用一细棒相连如图。当细棒与竖直杆夹角为a时,求两小球实际速度之比 va :Vb解:a、b沿杆的
13、分速度分别为vacos a和vbsin a .va : vb= tan a : 1五、平抛运动当物体初速度水平且仅受重力作用时的运动,被称为平抛运动。其轨迹为抛物线。平抛运动可分解为水平方向的匀速运动和竖直方向的自由落体运动。广义地说,当物体所受的合外力恒定且与初速度垂直时,做类平抛运动。1 .方格问题平抛小球的闪光照片如图。例8.已知方格边长a和闪光时间间隔T,求:V0、g、vc解:水平方向:竖直方向:先求C点的水平分速度vx和竖直分速度vy,再求合速度vc:2 .临界问题典型例题是在排球运动中,为使水平扣出的球既不触网、又不出界,扣球速度的取值范围应是多少?例9.已知网高H,半场长L,扣球
14、点高h,扣球点离网水平距离s、求水平扣球 速度的取值范围。解:假设运动员用速度vmax扣球时,球刚好不会出界,用速度vmin扣球时,球刚好不触网,3 .一个有用的推论上抛物体任意时刻即时速度的方向的反向延长线与初速度延长线的交点到抛.出. 点的距离都等于水平位移的一半。证明:设时间t内物体的水平位移为s,竖直位移为 h,则末速度的水平分量vx = v0=s/t,而竖直分量 vy=2h/t,例10.从倾角为8=30°的斜面顶端以初动能 E=6J向下坡方向平抛出一个小球, 则小球落到斜面上时的动能E /为 J。解:以抛出点和落地点连线为对角线画出矩形 ABCD,可以证明末速度 vt的反向
15、 延长线必然交 AB于其中点 O,由图中可知 AD : AO=2 :,由相似形可知 vt : v0=:,因此可得出结论:E/=14J4 .曲线运动的一般研究方法研究曲线运动的二股方一法就是正交分解.,一将复杂的曲线运动分解为两个互相垂直方向上的直线运动。一般以初速度或合外力的方向为坐标轴进行分解。例11.如图所示,在竖直平面的xoy坐标系内,oy表示竖直向上方向。该平面内存 在沿x轴正向的匀强电场。一个带电小球从坐标原点沿 oy方向竖直向上抛出,初动 能为4J,不计空气阻力。它达到的最高点位置如图中 M点所示。求:小球在M点时的动能Ei0在图上标出小球落回x轴时的位置No小球到达N点时的动能E
16、20解:在竖直方向小球只受重力,从 。一M速度由V0减小到0;在水平方向小球 只受电场力,速度由0增大到vi,由图可知这两个分运动的平均速度大小之比为2.二3,一因此V0&i=.2:3,所以小球在M点时的动能Ei=9J。由竖直分运动知,。一M和M - N经历的时间相同,因此水平位移大小之比为1 : 3,故N点的横坐标为12。小球到达N点时的竖直分速度为 V0,水平分速度为 2v1,由此可得此时动能E2=40J。六、匀速圆周运动2 .匀速圆周运动的特点匀速圆周运动是变速运动v方向时刻在变),而且是变加速运动(一 a方向时 刻在变)。3 .描述匀速圆周运动的物理量描述匀速圆周运动的物理量有线速度 v、角速度、周期T、频率f、转速n、 向心加速度a等等。它们问的关系:例12.如图所示装置中,三个轮的半径分别为r、2r、4r, b点到圆心的距离为r,求图中a、b、c、d各点的线速度之比、角速度之比、加速度之比。解:凡是直接用皮带传动(包括链条传动、摩擦传动)的两个轮子,两轮边缘上 各点的线速度大.小相笠凡是同工仝轮轴上.(.各个轮都绕同一根轴同步转动)的 各点角速度相等(轴上的点除外)。va= vC ,而 vb :vC: vd =1 : 2 : 4,所以 va :vb:vC : vd =2 : 1 : 2
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