高中物理人教版必修二教案运动的合成与分解二.doc

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1、运动的合成与分解运动的合成与分解一、考点理解 （一）曲线运动 1、物体做曲线运动的条件：运动物体所受的合力跟它的速度方向不在一条 直线上。 2、曲线运动的特点： （1）运动学特征：做曲线运动物体在某点的速度方向就是该点的切线方向， 所以曲线运动的物体速度方向时刻改变，即速度矢量时刻改变。曲线运动一定是 变速运动，加速度一定不为零。 （2）动力学特征：曲线运动物体所受合外力方向和速度方向不在一直线上， 且一定指向曲线的凹侧。 3、曲线运动的轨迹与合外力方向的确定 （1）做曲线运动的物体，其轨迹向合外力所指的一方弯曲，若已知物体的运 动轨迹，可判断出合外力的大致方向。若合外力为变力，则为变加速运动

2、；若合 外力为恒力，则为匀变速运动；若合外力为恒力且与初速度方向不在同一直线上， 则物体做匀变速曲线运动。 （2）当物体受到的合外力的方向和速度方向的夹角为锐角时，物体做曲线运 动的速率将增大；当物体受到的合外力方向与速度方向夹角为钝角时，物体做曲 线运动的速率将减小；当物体所受合外力的方向与速度方向垂直时，该力只改变 速度的方向，不改变其大小。 （二）运动的合成与分解 1、合运动与分解 已知物体的分运动求合运动叫运动的合成，已知物体的合运动求分运动叫运 动的分解。运动的合成和分解是解决曲线运动问题的基本方法，即较复杂的运动 可以看作较简单的运动的合运动。必须明确：运动的合成和分解遵循矢量合成

3、和 分解的平行四边形定则； 2、合运动与分运动的关系 （1）等时性：各分运动经历的时间与合运动经历的时间相等。 （2）独立性：一个物体同时参与几个分运动，各分运动独立进行，不受其 它运动的影响。 （3）等效性：各分运动的规律叠加起来与合运动规律有完全相同的效果。 3、合运动的轨迹与分运动性质的关系： （1）两个匀速直线运动的合运动仍然是匀速直线运动。 （2）一个匀速运动和一个匀变速直线运动的合运动仍然是匀变速运动，当二 者共线时为匀变速直线运动，不共线时为匀变速曲线运动。 （3）两个匀变速直线运动的合运动仍然是匀变速运动，若合初速度方向与合 加速度方向在一条直线上，是直线运动；若合初速度方向与

4、合加速度方向不在一 条直线上，是曲线运动。 4、运动的分解的两种基本方法： （1）运动效果法：在实际问题中，一个运动到底应该怎样分解，可以根据合 运动产生的效果，具体问题具体分析。 （2）功率相等法求合速度与分速度大小关系 在确定哪个运动是合运动，哪个运动是分运动时，要明白的一点是：实际轨迹上的运动永远是合运动。二、方法讲解 1、运动的合成和分解的平行四边形法或三角形法 如图甲所示，人在船上匀速走动而船又在水中匀速航行。在某段时间内，如果船不动，人对岸的位移为；如果人不动，由于船航行造AB成人对岸的位移为。当两位移同时存在时，在岸上的观察者所看到的人的合AC位移就是由平行四边形法则求出的。平行

5、四边形法还可用更简单的办法来代AD替，如图乙所示，从 A 出发，把表示人对岸的两个分运动的位移、首尾ABBD相接地画出，则从 A 指向 D 的有向线段同样表示了人对岸的合运动的位移，这种 方法叫运动合成的三角形法。若人的两个分运动位移用、来表示，合运动位移用 S 表示，则：1S2S12SSS 速度和加速度的合成也可以按平行四边形法或三角形法表示，即：，12 12aaa 2、在实际问题中，有的是考查曲线运动的条件，有的是考查两分运动的独 立性的性点，有的考查用三角形求极值问题，有的是利用分运动规律求解实际问 题，一定要认真对待。 3、关于斜牵引运动的基本规律及分解方法 所谓“斜牵引运动”是指牵引

6、方向与被牵引物体的运动方向不在同一条直线 上，此时物体做变速直线运动。为了确定合运动与分运动的关系，一般应按如下 步骤进行： （1）确定合运动的方向物体运动的实际方向就是合运动即合速度的方 向。 （2）确定合运动的两个效果一是沿牵引方向的平动效果，改变速度的 大小；二是垂直牵引方向的转动效果，改变速度的方向。 （3）将合速度按平动、转动效果分解，确定合速度与分速度的大小关系。三.考点应用 例 1:如图所示，用船 A 拖着车 B 前进，若船匀速前进，速度为，当 OA 绳与A水平方向夹角为时，求：（1）车运动的速度多大？B（2）车 B 是否做匀速运动。 分析:此题的关键是分清合速度与分速度，并根据

7、实际运 动情况，确定速度的分解方向。 解答:（1）车前进的速度取决于船前进而使 OB 段绳子B变短的快慢，可把分解A为一个沿绳子方向的分速度和一个BA AB BC CD D甲甲A AB BD D乙乙O OA AB BV VA AV VA AV V2 2V V1 1垂直于绳的分速度，如图所示，所以车前进的速度应等于的分速度，2 1 A1即=。 （2）当船匀速向前运动时，角逐渐减小，车速度将逐渐B1cosAB增大，因此，车 B 不做匀速运动。点评:（1）该题是速度的分解问题，船的前进速度产生了绳子的下拉速度A（沿绳的方向）和绳子以滑轮为轴的转动速度。1 2（2）将船的速度分解时，每一位置的分解方法

8、相同，但两个分速度的大A小不同（因为角变化） （3）让学生学会分析这类题的方法，该题就是速度的正交分解问题，因此，合速度一定大于分速度，在比较两个速度的大小时（如比较与的大小） ，可AB通过比较位移的大小来确定（因时间相同） 。 例 2：两个宽度相同但长度不同的台球框固定在水平面上，从两个框的长边 同时以相同的速度分别发出小球 A 和 B，如图所示，设球与框边碰撞时无机械能 损失，不计摩擦，则两球回到最初出发的框边的先后是（ ） A、A 球先回到出发框边 B、B 球先回到出发框边 C、两球同时回到出发框边 D、因两框长度不明，故无法确定哪一个球先回到出发框边 分析：小球与框边的碰撞无机械能损失

9、，所以小球每次撞碰前后的运动速率 不变，且碰后球的运动方向的反向延长线与碰前球的运动路线相对于被碰框边对 称，与光的反射情形类似。 选 A 球的运动进行分析。如图所示，小球沿 AC 方向在 C 处与长 框边碰撞后，沿 CD 方向运动到 D 处与短边相碰，最后沿 DE 方向 回到出发的框边（若长边很长，可直接沿 CD 方向回到出发的框边） 。经对称得到的直线的长度应该与折线 AC、CD、DE 的总长度相等。框的ECDA 边长不同，只要出发时的速度相同，即CAE 相同，不管 D 点位置如何变化，球 所通过的总路程总是相同的。不计碰撞的时间，两球应同时回到最初出发的框边， 故正确答案为 C。 答案：

10、C 点评：上述解答是研究合运动，若只研究垂直于出发框边的分运动，依题意知的大小相同，反弹后其大小也不变，回到出发框边运动路程为台球宽度 L的 2 倍，所以 A、B 球回到初始出发框边的时间，两球应同时回到出发/2Lt的框边，因此，要注意灵活运用运动的合成和分解来分析和求解实际问题。 例 3：如图所示，一辆汽车通过轻绳和定滑轮将竖井中质量为m的重物吊起， 开始左右两侧的绳处于竖直状态，且左侧的绳长为H，汽 车静止不动，然后汽车向左行驶，当通过水平距离H时， 汽车的速度达到。求此过程中绳的拉力对重物做了多A AB BA AC C D D E EE EA AH HH Hm m v vv vv v4

11、45 50 0V VV V少功？ 分析：此题考查的重点是运动的合成与分解，并要运用功能原理，解答时要 分清合速度与分速度以及合速度与分速度的关系。 解答：设此时重物的速度为，上升高度为h。根据功能原理，绳的拉力对 重物所做的功，等于重物机械能的增量，即mghmw2 21汽车沿水平方向向左运动有两个效果：一是使绳上各点沿绳平动，且平动的 瞬时速率就是重物上升的速率；二是使绳绕左侧的定滑轮转动。因此，汽车的速度应分解为相对绳垂直的分量和平行的分量，且平行分量的大小就是重物上升的速率，即220 45cos根据三角函数的关系，重物上升的高度为：HHhH) 12(045sin所以，绳的拉力对重物做的功为

12、：mgHmw) 12(2 41点评：解决问题的关键在于分清合速度和分速度，并根据实际运动的情况， 确定合速度的分解方向。若将本题运动的分解和绳受拉力的分解混同起来，很容易得出错误的结果，认为。产生错误的原因就在于不能正确分析合运cos/m动和分运动间的关系。 例 4： 渡河问题是运动合成与分解的典型模型，在渡河问题的情景中，有四 个重要的极值规律，下面将分别进行探究并证明。情景：一条大河，设河岸平直，船相对水的速度为（即船在静水中的速度）船，水的流速为（即水对地的速度） ，船的合速度为（即船对地的速度，其方水向就是船的航向） ，河的宽度为 L。问题探究 1：当船头垂直河岸，即时，渡河时间最短，

13、且渡河时间与船水水的流速无关。 证明：如图（1）所示，设船头与河岸的夹角为a，则 渡河时间可以表示为：船sin1 sinLLyt当，即时，渡河时间最短，此时，1sin090 船Ltmin这里应该注意：渡河时间与水的流速无关，水的流速只影响船下漂的距离， 即：当时，下漂距离为：aLtxsin)cos()cos( 船船水船水090 船水 Lx x xL LV V船船V V船船V Vy yV Vx xV V水水V V ( (1 1) )V VL L V V船船V V水水V VV VA AO O( (4 4) )问题探究 2： 在的条件下，当船的合速度垂直水船河岸时，渡河位移最小，并等于河宽，即LSm

14、in证明：如图（2）所示，当合速度的方向即船的航向垂直河岸时，船将达到正对岸，不会下漂，即x=0，位移最小为。这时，船头与河岸的夹角应为LSmin船水arccos问题探究 3 ：在的条件下，当船头与船的合速度方向垂直，即水船时，渡河位移最小。船证明：如图（3）所示，当恒定不变，的大小不水船变而方向变化时，根据矢量合成的三角形法则，合速度的矢尖总是在以为半船径的圆周上；当与圆相切，即时，下漂距离（x）所对应的 角最小，下漂距最小，总位移（s）最小。船这时，船头应指向上游，与河岸的夹角即为 ，其大小应为： 水船arccos这时，最小下漂距离和最小位移分别为：， tanminLxcosminLS问题

15、探究 4： 船沿指向下游的固定航线渡河，当船头与船的合速度垂直，即时，船相对水的速度最小，并等于水的流速沿垂直航线的分量。船证明：如图（4）所示，设航线 OA 与河岸的夹角为 。为了沿此航线到达对 岸，首先必须保证合速度的方向与航线重合。为了使船相对水的速度最小，在 同样条件下消耗功率最少，只有船相对水的速度与水的流速沿垂直航向的分量等 值反向，才能保证船在垂直航线方向的速度为零。所以，船对水的最小速度为：OAL水水船sinmin船渡河的速度的大小就等于平行航线的分量，即。此时，船水水cos沿航线方向的运动位移为：tts)cos(水通过对渡河问题的深入探究，可以帮助我们加深理解运动的合 成与分

16、解中的相关问题。 点评：小船同时参与两个运动，随水漂流和船在静水中运动，由于分运动之间的独立性和等时性，不管和大小如何，当最大时，渡河水船L LV V船船V V水水V V ( (2 2) )L L V V船船V V水水x xm mi in n s sm mi in n( (3 3) )xy0P2P1P3P4耗时最少，所以小船正对对岸航行时=为最大；由与组成的平行四边船船水形可知，当时，可以垂直于对岸，故航程最短为河宽；当时，水船合水船不可能垂直于对岸，航程最短为。这种情况要特别注重其分析方法。合 船水 .L四、课后练习 1、 （1999 年上海）如图所示，物体在恒力F作用下沿曲线从 A 运动到

17、 B，这 时突然使它所受的力方向改变而大小不变（即由F变为F） 。在此力作用下，关 于物体以后的运动情况下，下列说法正确的是（ ） 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 B 返回 A 2、 （2001 年全国）在抗洪抢险中，战士驾驶摩托艇救人，假设江岸是平直的，洪水沿江向下游流去，水流速度为，摩托艇在静水中的航速为，战士救人的12地点 A 离岸边最近处O的距离为d。如果战士想在最短时间内将人送上岸，则摩 托艇登陆的地点距O点的距离为（ ）A、 B、02 12 22dC、 D、 21 d12 d3、 （200

18、0 年全国）如图为一空间探测器的示意图，、是四个1p2p3p4p喷气发动机，、的连线与空间一固定坐标系的 x 轴平行，、的连线与1p3p2p4py 轴平行，每台发动机开动时，都能向探测器提供推力，但不会使探测器转动，开始时，探测器以恒定的速率向正 x 方向平动。要使探测器为向正 x 偏负 y0的方向以原来的速率平动，则可（ ）0600A、先开动适当时间，再开动适当时间1p4pB、先开动适当时间，3p再开动适当时间2pC、开动适4p当时间 D、先开动适当时间，再开动适当时间3p4p4、 （2001 年上海）关于互成角度的两个初速度不为零的匀变速直线运动的合 运动，下列说法正确的是 （ ） A、一

19、定是直线运动A AB Ba ab bc c v vx xO OV V船船V V水水V VA AO OO Ox xV VV V船船V V水水L L S SV VV VV VV Vm mi in nA AO OL L S SV VV VV VV Vm mi in nA AO Ox xO OV V船船V V水水V VA AO OO Ox xV VV V船船V V水水B、一定是抛物线运动 C、可能是直线运动，也可能是抛物线运动 D、以上说法都不对5、一条大河宽为y=300m，水的流速为=1.0m/s。如图所示，一艘船在静水水中的速度为=3.0m/s。试回答下列问题：船（1）若船以最短时间渡河，到达对岸

20、时下漂距离是多少？（2）若船要到达距离正对岸的上游码头 A，需要多少时间？mx10006、如图所示，一条河宽为L=900m，水的流速为m/s，并在下游形成壮50 观的瀑布，一艘游艇从距离瀑布水平距离为 s=1200m 的上游渡河，为了不会被冲 进瀑布，而且消耗功率最少，试回答： （1）游艇应如何航行？最小速度是多大？ （2）游艇在河中航行的时间不能超过多少？答案答案 1、ABD 2、C 3、A 4、C 5、解析：（1）如图所示，当渡河时间最短时，船头与河岸垂直，这时，船下漂 的距离为：m100/min船水水ytx（2）为了到达对岸上游的码头 A，合速度应沿 OA 方向。设与河岸的夹角为，则有：船at)cos(0水船xt)sin(船y由、式可得：cos=53所以，船到达上游码头需要的时间为：s125cos0水船axt6、解析 （1）为了不被冲进 瀑布，而且消耗功率最少，游 艇的临界航线 OA 如图所示， 船头应与航线垂直，并偏向上 游，最小速度等于水的流速沿垂直航线的分量，即：m/s30sin53 min（2）在 OA 航线上，游艇以水的流速沿平行航线的方向漂移，所以，允许船 在河中航行的最长时间为：s5 .37cosmaxaOAOAt