相對運動思維在運動學中應(yīng)用

編輯: 逍遙路 關(guān)鍵詞: 高中物理 來源: 高中學習網(wǎng)


    在運動學中特別是直線運動,會碰到不是單一的物體在地面上運動,而是二個或者更多的物體在地面上滑動。這多個物體相互滑動求一些相關(guān)物理參量。在教學中,學生不善于采用相對運動來解決問題。有的學生不了解這種思維,有的學生知道而不會正確處理運用。

  相對運動思維較難理解。比方說,一棵樹相對地面靜止,一輛汽車在地面運動,當汽車駛過樹時,車相對樹向前運動,樹相對車向后退。

  這里舉幾種簡單情形,均在水平面上直線運動。

  ⑴A向左勻速運動,B向右勻速運動

  A速度為V1,B速度為V2

  A相對B:V相=V1-(-V2)=V1+V2

  A相對B:做向左,相對速度為V1+V2的勻速運動

 、艫向左勻速運動,速度為V,B向右做初速度為0加速度為a的勻加速運動

  A相對B相對初速度向左為V

  相對加速度為a向左

  A相對于B為:相對初速度為V,加速度為a的勻加速運動

 、茿、B初速度為0,A向左以a1勻加速,B向右以a2勻加速

  相對加速度為a1+a2

  A相對于B為:相對初速度為0,加速度為a1+a2的勻加速運動

  一、相對運動思維處理某些問題時較傳統(tǒng)解法優(yōu)越

  在求兩個運動的物體之間的相對位移時,傳統(tǒng)思路將兩物體的位移均求出,再相減,即可求出相對推移。而相對運動,分析物體的相對加速度及相對初速度,可求相對位移。

  例如:如圖所示,A、B兩個滑塊用短細線(長度可以忽略)相連放在斜面上,從靜止開始共同下滑,經(jīng)過0.5s,細線自行斷掉。求再經(jīng)過1s,兩個滑塊之間的距離。已知:滑塊A的質(zhì)量為3kg,與斜面間的動摩擦因數(shù)是0.25;滑塊B的質(zhì)量為2kg,與斜面間的動摩擦因數(shù)是0.75;sin37?=0.6;cos37?=0.8。斜面傾角?=37?,斜面足夠長,計算過程中取g=10m/s?。

  A.傳統(tǒng)解法:未斷解將A、B當作整體,求出整體加速度

  由整體法可求:a==2.4 m/s?

  0.5s后整體速度V=at1=1.2m/s

  細線斷后,對于A:加速度a1=gsin?-?1gcos?=4 m/s?

  t2=1s內(nèi)位移s1=vt2+?a 1t2?

  對于B:加速度a2=gsin?-?2gcos?=0

  t2=1s內(nèi)位移s2=vt2

  A、B相對位移△s=vt2+?a1 t2?-vt2=?a1t2? =2m

  B.相對運動分析:A、B整體繩斷瞬間,A、B速度相同,接著分析A相對于B的運動

  A相對于B:相對初速度為0

  相對加速度△a=a1-a2=4 m/s?

  可見A相對B作相對初速度為0,相對加速度為4 m/s?的勻加速運動

  △s=?△at2? =2m

  兩種方法比較:相對運動思維解題簡潔,計算較少,同時難理解。

  二、相對運動思維在最值問題中具有優(yōu)越性

  例如:如圖所示,某人與一平直公路的垂直距離h=50m,有一輛汽車以速度V0=10m/s沿此公路駛來,當人與汽車相距L=200m時,人開始勻速跑動。若人想以最小速度趕上汽車,人應(yīng)沿與水平方向成多大的角度,以多大的速度奔跑?

  分析:將車作為參照物,人與車相遇,分析人相對于車的運動,合速度為沿著斜邊L指向車,人相對與車,參與兩個分運動:一個相對車的水平相左的V0;一個是自身的車速V,作三角形定則如圖,當車速V垂直L,V有最小值V1,則

  解得 V1=2.5m/s

  三、相對運動解題過程總結(jié)

  兩物體相對運動,要把握兩個物理參量:一個是相對初速度,一個是相對加速度

  其計算為:△V=|V1-V2|,△a=|a1-a2|

  標明正方向后,V1. V2. a1. a2均表示矢量

  這里僅討論△v與△a共線的直線運動,求出△V、△a就知道物體之間相對運動的性質(zhì),從而求相關(guān)參量。

  綜上所述,相對運動思維分析問題比較優(yōu)越,但并不是所有的問題都用這種方法。要看具體是什么問題,求什么物理參量,要看物體運動的過程及階段。相對某個物體運動,就把該物體當作靜止。要啟發(fā)學生意識到分析相對物理量,掌握多種解題思路,以期使學生提高解題能力的目的。


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