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  正确建立连接体间的速度关联关系,是求解连接体有关速度问题的切入点,也是求解有关连接体综合问题的关键。

 

  [原型问题]如图1-1所示,在一光滑水平面上放一个物体,人通过细绳跨过高处的定滑轮拉物体,使物体在水平面上运动,人以大小不变的速度v运动。当绳子与水平方向成θ角时,物体前进的瞬时速度是多大?

 

 

  [解法探究]

 

  解法一:应用微元法求解

 

  设经过短暂时间Δt,则:物体的位移Δs1=BC。如图1-2所示:过C点作CDAB,当Δt0时,∠BAC极小,在△ACD中,可以认为AC=AD,在Δt时间内,人拉绳子移动的距离Δs2=BD,即为在Δt时间内绳子端点的位移。

 

 

  由图可知:BC= ;由速度的定义知:物体移动的速度为v= ;人拉绳子的速度,即绳子端点移动的速度v=          

 

  解以上三式得:v=

 

  解法二:应用合运动与分运动的关系求解

 

  绳子牵引物体的运动中,物体实际在水平面上运动,这个运动就是合运动,所以物体在水平面上运动的速度是合速度,选物体(质点)为研究对象,物体也就是绳子端点水平向左的运动造成的效果,一是使滑轮右边的绳子缩短,即使绳收缩;二是使θ变小,使绳绕滑轮顺时针转动。也就是说物体一方面参与沿绳斜向左上的运动,一方面参与垂直于绳斜向左下的运动。这样,物体水平向左运动速度v可按如图1-3所示进行分解。

 

 

  由于运动中绳子不发生伸缩及弯曲形变,故有:v=vcosθ(使绳子收缩),v=vsinθ(使绳子绕定滑轮上的A点转动)。

 

  解以上两式得:v=

 

  易错提示:弄不清合运动与分运动,将物体沿水平面的运动当成了分运动,将绳子收缩的速度按图1-4所示分解,从而得出错解v=v1=vcosθ

 

 

  解法三:应用能量转化及守恒定律求解

 

  设当绳子与水平方向成θ角时,人拉绳的力大小是F,由于定滑轮不改变力的大小,所以绳拉物体的力大小也是F。则此时:人对绳子的拉力F对绳子做功的功率为P1=Fv;绳子对物体的拉力F对物体做功的功率为P2=Fvcosθ。由能量守恒定律可知:P1=P2

 

  解以上三式得:v=

 

  易错提示:计算绳子拉力对物体做功功率时,容易忽视F方向与v方向间的夹角θ

 

  [巩固练习]

 

  1如图2所示,物体A置于水平面上,A前固定一滑轮B,高台上有一定滑轮D,一根轻绳一端固定在C点,再绕过BDBC段水平,当以速度vo拉绳子自由端时,A 沿水平面前进,求:当跨过B的两段绳子夹角为ɑ A的运动速度v。(提示:设该时刻拉绳的力大小为F,则BD绳和BC绳拉物体的力大小都是F,拉绳的力的做功功率为 P1=FvoBD绳对物体做功的功率为P2=Fvcosɑ ,BC绳对物体做功的功率为2/=Fv,由能量守恒可知:P1 =P2+2/。答案:vo/1+cosɑ

 

 

  2如图3所示,AB两车通过细绳跨接在定滑轮两侧,并分别置于光滑水平面上,若A车以速度vo向右匀速运动,当绳与水平面的夹角分别为αβ时,B车的速度是多少?(提示:将A的速度向沿绳向下方向与垂直绳斜向上分解,将B的速度沿绳向上方向与垂直绳斜向下分解。答案:vB=vAcosβ/cosɑ

 

 

  3如图4所示,均匀直杆上连着两个小球AB,不计一切摩擦当杆滑到如图位置时,B球水平速度为vB,杆与竖直夹角为α,求此时A球速度大小。(提示与答案:将A球竖直向下的速度向沿杆向下和垂直杆斜向下分解,将B球水平向右的速度向沿杆向下和垂直杆斜向上分解。答案:vBtanɑ

 

 

  [拓展训练]

 

  1一辆车通过一根跨过定滑轮的绳PQ提升井中质量为m的物体,如图5所示绳的P端拴在车后的挂钩上,Q端拴在物体上设绳的总长不变,绳子质量、定滑轮的质量和尺寸、滑轮上的摩擦都忽略不计。开始时,车在A点,左右两侧绳都已绷紧并且是竖直的,左侧绳绳长为H提升时,车加速向左运动,沿水平方向从AB驶向CAB的距离也为H,车过B点时的速度为vB。求在车由A移到B的过程中,绳Q端的拉力对物体做的功。(提示:将车的速度沿绳斜向下与垂直绳斜向上分解,以被拉物体为研究对象,运用动能定理或功能原理。答案

 

      

 

  2.一带正电的小球,系于长为L的不可伸长的轻线一端,线的另一端固定在O点,它们处在方向水平向右电场强度大小为E的匀强电场中。已知电场对小球的作用力大小等于小球的重力。现把小球拉到图6中的P1处,使线绷直,并与电场方向平行,然后由静止释放小球。已知小球在经过最低点的瞬间,因受线的拉力作用,速度的竖直分量突变为零,水平分量没有变化,则小与球到达P1等高的P2点时的速度的大小为多少?(提示:小球从释放到经过最低点,作出速度为零的云加速运动,将小球过最低点时的速度沿竖直向下与水平向右分解,小球由最低点向P2点运动过程中,对小球运用动能定理或功能原理。答案:

    
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