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高中三年级物理

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    质量为2kg的物体在x-y平面上作曲线运动,在x方向的速度图像和y方向的位移图像如图所示,下列说法正确的是

    [     ]

    A. 质点的初速度为5m/s
    B. 质点所受的合外力为6N
    C. 质点初速度的方向与合外力方向垂直
    D. 2s末速度大小为6m/s
    本题信息:2012年宁夏自治区模拟题物理不定项选择难度一般 来源:马凤霞
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本试题 “质量为2kg的物体在x-y平面上作曲线运动,在x方向的速度图像和y方向的位移图像如图所示,下列说法正确的是[ ]A. 质点的初速度为5m/sB. 质点所受的合外力为6NC....” 主要考查您对

v-t图像

s-t图像

运动的合成与分解

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  • 运动的合成与分解

v—t图像:

物体的运动速度与时间的关系可以用图像来描述。以速度V为纵轴、时间T为横轴建立坐标系,再根据相关数据进项描点,用平滑的曲线将连依次连接起来,就建立了速度时间图象,也就是VT图像。


v—t图像的含义:

1、v-t图象描述速度随时间的变化规律;
2、在速度图像中,可以读出物体在任何时刻的速度;
3、在速度图像中,物体在一段时间内的位移大小等于物体的速度图像与这段时间轴所围面积的值;
4、在速度图像中,物体在任意时刻的加速度就是速度图像上所对应的点的切线的斜率;
5、图线与横轴交叉,表示物体运动的速度反向;
6、图线是直线表示物体做匀变速直线运动或匀速直线运动;图线是曲线表示物体做变加速运动。

知识点拨:

图一
图一是匀速直线运动的v—t的图像,其函数关系式为:v=v,匀速直线运动的物体的速度v是个恒量与路程S和时间t没关系。一段时间(t)内,走过的路程(S),满足关系式:S=vt,在图像中为一矩形包围的面积。

图二
图二是初速度不为0的匀加速直线运动的v—t图像,其函数关系式为:,匀加速直线运动的物体运动的加速度a(直线的斜率)是个恒量,初速度也是恒量,与路程S和时间t没关系。一段时间(t)内,走过的路程(S),满足关系式:,在图像中为“矩形+三角形”所包围的面积。


v-t图像的基本类型:


 s-t图像:

s-t图像表示运动物体的位置坐标x随时间变化的规律,是运动物体的位置坐标x与时刻t的函数关系图像。位移时间图像是x-t函数图像,而不是物体的运动轨迹。


位移与时间图像的基本意义:

1、s-t图象描述位移随时间的变化规律;
2、图像上一点切线的斜率表示该时刻所对应速度;
3、图像是直线表示物体做匀速直线运动,图像是曲线则表示物体做变速运动;
4、图像与横轴交叉,表示物体从参考点的一边运动到另一边。


知识点拨:

图一
图一是匀速直线运动的S—t图像,为正比例函数的图像的一部分,其函数关系式为:S=vt,匀速直线运动的物体的速度v(直线的斜率)是个恒量与路程S和时间t没关系。在速度一定的条件下,路程S和时间t成正比。

图二
图二是初速度不为0的匀加速直线运动的S—v图像,匀加速直线运动的物体运动的加速度a是个恒量,初速度也是恒量,与路程S和时间t没关系。一段时间(t)内,走过的路程(S),满足关系式:


位移—时间图象(s-t图像):

横轴表示时间,纵轴表示位移;静止的s-t图像在一条与横轴平行或重合的直线上(如右图1①);匀速直线运动的s-t图像在一条倾斜直线上,所在直线的斜率表示运动速度的大小及符号(如右图1②);匀变速直线运动的s-t图像为抛物线(如右图1③)。


定义:
物体的实际运动往往是由几个独立的分运动合成的,由已知的分运动求跟它们等效的合运动叫做运动的合成;由已知的合运动求跟它等效的分运动叫做运动的分解。


运动的合成与分解基本关系:
①分运动的独立性;
②运动的等效性(合运动和分运动是等效替代关系,不能并存);
③运动的等时性;
④运动的矢量性(加速度、速度、位移都是矢量,其合成和分解遵循平行四边形定则)。

互成角度的两个分运动的合运动的判断:
合运动的情况取决于两分运动的速度的合速度与两分运动的加速度的合加速度,两者是否在同一直线上,在同一直线上作直线运动,不在同一直线上将作曲线运动。
①两个直线运动的合运动仍然是匀速直线运动;
②一个匀速直线运动和一个匀加速直线运动的合运动是曲线运动;
③两个初速度为零的匀加速直线运动的合运动仍然是匀加速直线运动;
④两个初速度不为零的匀加速直线运动的合运动可能是直线运动也可能是曲线运动。当两个分运动的初速度的合速度的方向与这两个分运动的合加速度方向在同一直线上时,合运动是匀加速直线运动,否则是曲线运动。


怎样确定合运动和分运动:
①合运动一定是物体的实际运动;
②如果选择运动的物体作为参照物,则参照物的运动和物体相对参照物的运动是分运动,物体相对地面的运动是合运动。
③进行运动的分解时,在遵循平行四边形定则的前提下,类似力的分解,要按照实际效果进行分解。例如绳端速度的分解,通常有两个原则:按效果正交分解物体运动的实际速度,沿绳方向一个分量,另一个分量垂直于绳(效果:沿绳方向的收缩速度,垂直于绳方向的转动速度)。

小船渡河问题:

小船渡河是典型的运动合成的问题。一条宽度为L的河流,水流速度为Vs,已知船在静水中的速度为Vc,那么:
①渡河时间最短:
如图甲所示,设船上头斜向上游与河岸成任意角θ,这时船速在垂直于河岸方向的速度分量V1=Vcsinθ,渡河所需时间为:
可以看出:L、Vc一定时,t随sinθ增大而减小;当θ=90°时,sinθ=1,所以,当船头与河岸垂直时,渡河时间最短,

②Vc>Vs,渡河路径最短:
如图乙所示,渡河的最小位移即河的宽度。为了使渡河位移等于L,必须使船的合速度V的方向与河岸垂直。这是船头应指向河的上游,并与河岸成一定的角度θ。根据三角函数关系有:Vccosθ─Vs=0。
所以θ=arccos,因为0≤cosθ≤1,所以只有在Vc>Vs时,船才有可能垂直于河岸横渡。
③Vc<Vs,渡河路径最短:
如果水流速度大于船上在静水中的航行速度,则不论船的航向如何,总是被水冲向下游。怎样才能使漂下的距离最短呢?如图丙所示,设船头Vc与河岸成θ角,合速度V与河岸成α角。可以看出:α角越大,船漂下的距离x越短,那么,在什么条件下α角最大呢?以Vs的矢尖为圆心,以Vc为半径画圆,当V与圆相切时,α角最大,根据cosθ=,船头与河岸的夹角应为:θ=arccos
船漂的最短距离为:
此时渡河的最短位移为:


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