用绳子或杆连接的两个物体的速度关系: Microsoft Office Word 文档

荥阳二高---陈玉东

要想弄明白这个问题,首先要清楚一个特点,即“高中物理中所讲到的绳(伸直状态下)或杆的长度是不会变化的”。首先,我们看下面的三幅图。

在上面的三幅图中,箭头的方向即物体的运动方向。 由于连接AB的绳子或杆的长度不会变化,所以在沿着绳子的方向上A、B两物体在任意时间内所运动的距离都相等,所以,VA=VB 。

在图4中,A物体的速度方向与绳子在一条线上,但是,B物体沿水平面运动时,它的速度方向与绳子就不在一条线上。如果B物体从1位置运动到2位置时,B沿水平面运动的距离与绳子向左上方收缩的长度并不相等。从图5中可以看得更清楚。

的长度是物体在1位置时滑轮在图5中, AC

是物体在2位置时滑轮右侧右侧的绳子长度,BC = ,则 的长度是物体B的绳子长度。若取CDBCAB

的长度为绳子向 沿水平面向左运动的距离, DA

左上方收缩的长度,也等于A物体向左运动的距离。

如果我们研究的时间段无限短,则θ角将无限小,

此时,∠CDB=∠CBD≈90,

故?ABD可以视为直角三角形,∠ADB=90, = cosα, 且 ADAB

。 在相同的时间内物体A向左运动的距离在数值上等于AD由于VA=

ADt

, VB=

ABt

所以,VA=VBcosα。

简而言之:与B物体相连的绳子既有沿绳向左上方收缩的效果,也有向左绕滑轮转运的效果。所以,可以把B物体的实际速度作为合速度进行分解,分别分解到沿着绳子和垂直于绳子两个方向上。而且,沿着绳子方向的两个分速度是相等的。

例如,图7中A、B两个物体的速度均不沿绳子方向,我们就将两个物体的实际速度都按上面的方法进行分解。分别是:沿着绳子方向和垂直于绳子方向(如图8),根据沿绳子方向的分速度相等,即可得到如下关系:

VAcosα=VBcosβ 。

图9中用细杆连接的AB两球靠墙放置。A球沿斜面向下滑动,B球沿水平面向右滑动,两个球的速度均不沿杆的方向,道理如前,可得

VAcosα=VBcosθ 。

根据上面的分析可知:由于绳或杆具有不可伸缩的特点。因此,凡是物体的运动方向都与绳子或杆的方向在一条线上时,连接体的速度大小是相等的;凡是连接体中的某个物体的速度方向与绳子或杆不在一条线上,就需把物体的实际运动速度分解到沿着绳子(杆)和垂直于绳子(杆)两个方向上,而且,沿着绳子方向的两个分速度是相等的(这两相等的分速度常被称作“关联速度”)。

练 习:

1、如图10中,套在竖直细杆上的轻环A由跨过定滑轮的不可伸长的轻绳与重物B相连.由于B的质量较大,故在释放B后,A将沿杆上升,当A环上升至与定滑轮的连线处于水平位置时,其上升速度v1≠0,若这时B的速度为v2,则( )

A.v2=v1 B.v2>v1 C.v2≠0 D.v2=0

分析 :由于B物体的速度V2等于圆环A的速度V1在绳子方向的分

量,但是,当V1垂直于绳子时,V1 在绳子方向上的分量为零,所以,V2也只能等于零了。

2、如图11所示, 人在岸上拉船,已知船的质量为m,水的阻力恒为f,当轻绳与水平面的夹角为θ时,船的速度为v,此时人的拉力大小为T,则此时

A.人拉绳行走的速度为vcosθ, B.人拉绳行走的速度为v/cosθ, C.船的加速度为

Tcosθ?fm T?f

D.船的加速度为m

分析:由图11可知,V人=Vcosθ ,故选项A对。 对船进行受力分析,由牛顿第二定律可得:

Tcosθ?f=ma F浮+Tsinθ=mg 故选项C对。

提示:掌握连接体之间的速度关系的意义决不仅仅是解决这样的简单问题,这个速度关系往往会成为综合题的一个小环节,因此,掌握好这个知识点就为今后解决综合问题打下了坚实的基础。

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