高一物理竞赛讲义第3讲.教师版

第3讲运动的关联

温馨寄语

前面我们讨论了物理量以及物理量之间的关系，尤其是变化率变化量的关系。我们还学习了非常牛的几个方法：相对运动法，微元法，图像法。

然而，物理抽象思想除了物理量之外，还有一大块就是模型，而各种模型都有自己的一些特点，根据这些特点，决定了这些模型的运动学性质。探究这些性质就成了我们今天的主要任务。

知识点睛

一、分速度和合速度

首先速度作为矢量是可以合成和分解的。但是同样的作为矢量，速度的合成和分解，和力这个矢量有一点不同。这个不同在于，两个作用在同一个物体上的力，可以直接合成。但是同一个物体，已经知道在两个方向上的速度，最后的总速度，并不一定是这两个速度的矢量和。

（CPhO选讲）例如：

（这里面速度是通过两个速度各自从矢量末端做垂线相交得到的）

第二个原则就是：合速度=真实的这个物体的运动速度矢量。

这里力和速度的区别是：我们看到的多个力，不见得是“合力”在各个方向上的投影；但是我们看到的多个速度，就是“合速度”在各个方向上的分速度。所以，当且仅当两个分速度相互垂直的时候，合速度等于两个分速度的矢量和。

这个东西大家可以这样想。遛狗的时候，每个狗的力是作用在一起的，所以遛狗越多，需要的力越大。但是每个狗都有个速度，最后遛狗人的速度和狗的速度大小还是差不多的，不会因为遛狗个数越多就速度越快……

二、体现关联关系的模型

1．绳（杆）两端运动的关联：实际运动时合运动，由伸缩运动与旋转运动合成。

实际运动=旋转运动+伸缩运动

【例】吊苹果逗小孩儿有两种逗法，一种是伸缩，一种是摆动。

不难总结：

一段不可伸长的细绳伸缩运动速度相等——沿绳（杆）速度相等，转速无论多大不可改变绳子长

度。

2．叠加运动的关联

先举个例子：如图的定滑轮，两边重物都在竖直运动，并且滑轮也在竖直运动，设两边重物位移分别沃为x 1x 2，轮中心的位移为x 。

不难由绳子长度不变得位移关系：

12

2x x x +=

对应的必然有速度关系：

12

2

v v v += 加速度关系：

12

2

a a a += 我们用运动关联的目的是为了使未知量变少。

物理学中非常重要的思想就是把现实中的物体抽象成为理想的模型，然后用物理原理以及模型对应的牵连关系来解决问题．常见的模型有杆，绳，斜面，等等． 3.轻杆

杆两端，沿着杆方向的速度相同\ 4.轻绳

绳子的两端也是沿着绳子的方向速度相同\．绳子中的力是可以突变的，突变的条件是剪断或者是突然绷紧等等． 5.斜面

斜面模型的一个关键点是当物体沿着斜面下滑的时候，它垂直于斜面方向上的速度和斜面相同．也就是两者之间只有沿着斜面的相对运动． 6.滚动

两个物体之间相对滚动，这意味着除了接触点的法向速度等于物体上这一点的法向速度以外，还有一个条件是接触点在两个物体上走过的距离相等，这也等价于两个物体在接触点的切向速度相等。 7.弹簧模型：

弹性绳子，和弹簧都是一样的，就是没有质量，长度可以在弹性范围内伸展．另外弹簧的形变是不能瞬间突变的．也就是弹簧中的力是不能突变的．

这些模型之所以具有这些性质，主要原因是轻绳，轻杆，等长度不能改变．弹性的绳子和弹簧，长度可以改变．

【例1】 一个绳子紧紧贴着天棚，有个动滑轮，绳子绕过之后挂一个小木块，请求出当动滑轮以速度

0v 匀速直线运动的时候，木块的速度是多少？

【例2】

V 0

例题精讲

实验和理论物理学家

物理学的每个发展阶段都是由一两个开拓者,发现一些奇怪的现象,之后很多的实验物理学家通过实验积累起对于这些现象的简单解释,最后再出现一个特别厉害的理论物理学家总结了前人的结果用简单漂亮的公式或者定律演绎出气势恢弘的物理大厦.

以力学为例,哥白尼通过观察,发现地心说貌似存在问题,后来科学家们前仆后继,开普勒给出行星运行三定律,伽利略充分研究加速运动,后来牛顿用<<原理>>构建了经典力学.

在电磁学方面,富兰克林大胆的做了很多后人无法尝试的疯狂的实验,发现了一些列奇怪的现象.物理学界最伟大的实验物理学家之一的法拉第,通过严谨的实验,隐约摸到了场的概念,麦克斯韦总结了4个方程,解决了电磁学的一切问题.

【例3】 一根绳紧贴与地面成θ的斜墙，一端固定一端绕过滑轮下吊一木块。滑轮沿0v 的速度匀速沿

墙运动，求被滑轮带动的木块的速度'v 。

【答案】2

)

90(200θ-Cos

v

【例4】 如图所示,一个半球形的碗放在桌面上，碗口水平，O 点为其球心,碗的内表面及碗口是光

滑的。一根细线跨在碗口上,线的两端分别系有质量为m 1和m 2的小球。m 2的速度为0v 时求m 1的速度'v 。 【答案】

2

cos

αv

【例5】 如图夹角为θ的斜面放在地面上只能在水平面运动，木棍被限制住只能在上下方向运动，斜

面与木棍接触。若斜面向右的速度为0v ，求木棍的速度'v 。

【答案】θtan 0v

【例6】 如图所示装置，在绳的C 端以速率v 匀速收绳，从而拉动低处的物体M 水平前进，当绳BC

段与水平恰成α角时，求物体M 的速度

【答案】 1cos v

α+

【例7】 一个半径为R 的半圆柱体沿水平方向向右做加速度为a 的匀速运动．在半圆柱体上搁置一根

竖直杆，此杆只能沿竖直方向运动（如图）．当半圆柱体的速度为v 时，杆与半圆柱体接触

点P 与柱心的连线与竖直方向的夹角为θ，求此时竖直杆运动的速度．

【解析】

解法一：（半圆柱做参考系）

取半圆柱体作为参照系．在此参照系中，P 点做圆周运动，即v 杆柱的方向沿着圆上

P 点的切线方向．根据题意，v 杆地的方向是竖直向上的．因为

tan tan v v v θθ=⋅=⋅杆地柱地．

解法二：（法线方向速度v 相同） 法线方向上速度分别为sin v θ，cos v θ杆 两个相同得到：sin cos v v θθ=杆

得到tan v v θ=杆

【例8】 图表示在一水平面上有A ，B ，C 三点，1AB =，CBA α∠=，今有甲质点由A 向B 以速度

1v 作匀速运动，同时，另一质点乙由B 向C 以速度2v 作匀速运动.试问运动过程中两质点间

运动的独立性

用伽利略相对性原理就可以解释抛体问题中运动的独立性。平抛问题中，水平方向的速度

是不变的。所以可以假定一个和被抛物体相同水平速度运动的参考系，根据伽利略相对性原理，在这个参考系中，物体做的“竖直抛体运动”，并且，这个运动和参考系所作的水平方向的匀速直线运动没有任何关系，也就是水平方向的运动和竖直方向是独立的。这就证明了平抛问题