高中物理曲线运动习题课1运动的合成与分解应用学案新人教版必修2

/06/6/习题课1运动的合成与分解应用[学习目标]1.[科学思维]理解小船过河模型的特点，会分析过河的最短时间和最短位移问题．2.[科学思维]会对“绳联物体”的速度进行分解，并能求出分速度的大小．小船渡河模型及特点1．模型特点：小船参与的两个分运动：小船在河流中实际的运动(站在岸上的观察者看到的运动)可视为船同时参与了这样两个分运动：(1)船相对水的运动(即船在静水中的运动)，它的方向与船身的指向相同．(2)船随水漂流的运动(即速度等于水的流速)，它的方向与河岸平行．船在流水中实际的运动(合运动)是上述两个分运动的合成．2．两类最值问题(1)渡河时间最短问题：若要渡河时间最短，由于水流速度始终沿河道方向，不能提供指向河对岸的分速度．因此，只要使船头垂直于河岸航行即可．由图可知，t短＝eq\f(d,v船)，此时船渡河的位移x＝eq\f(d,sinθ)，位移方向满足tanθ＝eq\f(v船,v水).(2)渡河位移最短问题情况一：v水＜v船最短的位移为河宽d，此时渡河所用时间t＝eq\f(d,v船sinθ)，船头与上游河岸夹角θ满足v船cosθ＝v水，如图甲所示．甲情况二：v水＞v船如图乙所示，以v水矢量的末端为圆心，以v船的大小为半径作圆，当合速度的方向与圆相切时，合速度的方向与河岸的夹角最大(设为α)，此时航程最短．由图可知sinα＝eq\f(v船,v水)，最短航程为x＝eq\f(d,sinα)＝eq\f(v水,v船)d.此时船头指向应与上游河岸成θ′角，且cosθ′＝eq\f(v船,v水).乙【例1】一小船渡河，河宽d＝180m，水流速度v1＝2.5m/s.船在静水中的速度为v2＝5m/s，求：(1)小船渡河的最短时间为多少？此时位移多大？(2)欲使船渡河的航程最短，船头应朝什么方向？用多长时间？[解析](1)欲使船在最短时间内渡河，船头应朝垂直河岸方向．当船头垂直河岸时，如图所示，合速度为倾斜方向，垂直分速度为v2＝5m/s.t＝eq\f(d,v⊥)＝eq\f(d,v2)＝eq\f(180,5)s＝36sv合＝eq\r(v\o\al(2,1)＋v\o\al(2,2))＝eq\f(5,2)eq\r(5)m/sx＝v合t＝90eq\r(5)m.(2)欲使船渡河的航程最短，船的合运动方向应垂直河岸．船头应朝上游与河岸成某一角度β.如图所示，由v2sinα＝v1得α＝30°.所以当船头朝上游与河岸成一定角度β＝60°时航程最短．x＝d＝180mt＝eq\f(d,v′⊥)＝eq\f(d,v2cos30°)＝eq\f(180,\f(5,2)\r(3))s＝24eq\r(3)s.[答案](1)36s90eq\r(5)m(2)偏向上游与河岸成60°角24eq\r(3)s对小船渡河问题，要注意以下三点：(1)eq\x(研究小船渡河时间时)→常对某一分运动进行研究求解，一般用垂直河岸的分运动求解．(2)eq\x(分析小船速度时)→可画出小船的速度分解图进行分析．(3)eq\x(研究小船渡河位移时)→要对小船的合运动进行分析，必要时画出位移合成图．[跟进训练]1．(多选)一条宽为L的河流，河水流速为v1，船在静水中的速度为v2，v1、v2均不等于零．设船头的指向与上游河岸的夹角为θ，要使船划到对岸时航程最短，则θ可能满足()A．sinθ＝eq\f(v1,v2) B．tanθ＝eq\f(v2,v1)C．cosθ＝eq\f(v2,v1) D．cosθ＝eq\f(v1,v2)CD[由题意可知，当船在静水中的速度大于河水流速，即v2＞v1时，船的合速度垂直于河岸，航程最短，如图所示，则有cosθ＝eq\f(v1,v2).当船在静水中的速度小于河水流速，即v2＜v1时，船的合速度垂直于船的速度，航程最短，如图所示，则有cosθ＝eq\f(v2,v1).故C、D正确．]“绳联物体”的速度分解问题1．“绳联物体”指物体拉绳(杆)或绳(杆)拉物体的问题(下面为了方便，统一说“绳”)，注意以下两点：(1)物体的实际速度一定是合速度，分解时两个分速度方向应取沿绳方向和垂直绳方向．(2)由于绳不可伸长，一根绳两端物体沿绳方向的速度分量相等．2．常见的速度分解模型【例2】如图所示，以速度v沿竖直杆匀速下滑的物体A用轻绳通过定滑轮拉物体B，当绳与水平面夹角为θ时，物体B的速度为()A．v B.eq\f(v,sinθ)C．vcosθ D．vsinθD[将A的速度分解为沿绳子方向和垂直于绳子方向，如图所示，根据平行四边形定则得，vB＝vsinθ，故D正确．]上例中，若物体B以速度v向左匀速运动，则物体A做什么运动？[提示]vA′＝eq\f(v,sinθ)由于θ变小，故vA′变大，故物体A向上做加速运动．[跟进训练]2．如图所示，AB杆和墙的夹角为θ时，杆的A端沿墙下滑的速度大小为v1，B端沿地面的速度大小为v2，则v1、v2的关系是()A．v1＝v2 B．v1＝v2cosθC．v1＝v2tanθ D．v1＝v2sinθC[可以把A、B两点的速度分解，如图所示，由于杆不能变长或变短，沿杆方向的速度应满足v1x＝v2x，即v1cosθ＝v2sinθ，v1＝v2tanθ，C正确．]1．(多选)已知河水自西向东流动，流速为v1，小船在静水中的速度为v2，且v2>v1，用小箭头表示船头的指向及小船在不同时刻的位置，虚线表示小船过河的路径，则下图中可能正确的是()ABCDCD[小船的路径应沿合速度方向，不可能与船头指向相同，故A、B错误，C、D正确．]2．一轮船以一定的速度垂直河流向对岸行驶，当河水匀速流动时，轮船所通过的路程、过河所用的时间与水流速度的正确关系是()A．水速越大，路程越长，时间越长B．水速越大，路程越短，时间越短C．水速越大，路程和时间都不变D．水速越大，路程越长，时间不变D[轮船渡河的运动是两个分运动的合成：假设河水不流动，轮船在静止的河水中垂直对岸行驶；假设轮船不运行，而河水流动，则轮船随河水一起向下游漂动．这两个分运动具有独立性，因而河水流速增大不影响轮船到达对岸的时间，但在相同的时间里，沿水流方向移动的位移要增大，因而选项D正确．]3．如图所示，在不计滑轮摩擦和绳子质量的条件下，当小车以速度v匀速向右运动到如图所示位置时，物体P的速度为(