曲轴

绳杆端速度分解模型绳子两端物体的速度

发布时间:2024/12/8 14:10:08   
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(1)模型特点:绳(杆)拉物体或物体拉绳(杆),以及两物体通过绳(杆)相连,物体运动方向与绳(杆)往往不在一条直线上,求解运动过程中它们的速度关系,一般称之为关联速度问题。由于此类问题的解题关键在于对绳(杆)与物体的连接端进行速度分解,所以也叫绳(杆)端速度问题。

(2)模型分析:

①合运动(眼睛可以观察到的运动,记为“眼见为合”):绳(杆)拉物体的实际运动速度v

②分运动(分解出的效果运动):

一是沿绳(或杆)的分速度v∥(有让绳(杆)伸长或缩短的效果);

二是与绳(或杆)垂直的分速度v⊥(有让绳(杆)绕端点转动的效果)。

(3)解题原则:根据沿绳(杆)方向的分速度大小相等求解。常见实例如下:

(4)解题思路

利用绳索救援落水小车

二、例题精讲

例题:如图,汽车从静止开始通过缆绳将质量为m的货物从A处沿光滑斜面拉到B处,此过程中货物上升高度为h,到B处时定滑轮右侧缆绳与水平方向间的夹角为θ,左侧缆绳与斜面间的夹角为2θ,汽车的速度大小为v,此时货物的速度大小为(   )。

思路点拨:理解分运动要用“效果法”。汽车的速度v的方向就是合速度的方向,这个速度产生了两个运动效果:①假如绳与水平方向夹角θ不变,只是在拉绳,汽车将沿绳伸长方向以v′速度运动;②假如绳长不变,只是θ在变(即绳子在转动),汽车将以滑轮与绳的接触点为圆心、以绳长为半径做圆周运动,则另一速度分量垂直于绳长(即半径)方向。效果法简便易行,可帮助学生很好理解圆周运动知识,同时也让学生懂得不能简单的将绳的速度进行正交分解。

解析:汽车水平向右运动,依据“效果法”,其速度可分解为沿绳子方向和垂直于绳子方向,即把绳子右端点(绳子与汽车的连接点)的实际速度分解为沿绳和垂直绳两个方向,设绳子右端点沿绳子方向的分速度为v绳右,则有v绳右=vcosθ;同理,把绳子左端点的实际速度分解为沿绳和垂直绳两个方向,有v绳左=v货cos2θ。滑轮的两端,一端绳子伸长,一端绳子缩短,而绳的总长不变,则导致绳子伸长的速度和导致绳子缩短的速度相等,即v绳左=v绳右。

05:03

三、习题精练

1.如图所示,在不计滑轮摩擦和绳子质量的条件下,当汽车匀速向左运动时,物体M的受力和运动情况是(   )

A.绳的拉力等于M的重力

B.绳的拉力大于M的重力

C.物体M向上做匀速运动

D.物体M向上做匀加速运动

2.曲柄连杆结构是发动机实现工作循环,完成能量转换的主要运动零件,如图所示,连杆下端连接活塞Q,上端连接曲轴P.在工作过程中,活塞Q在汽缸内上下做直线运动,带动曲轴绕圆心O旋转,若P做线速度大小为v0的匀速圆周运动,则下列说法正确的是(   )

A.当OP与OQ垂直时,活塞运动的速度等于v0

B.当OP与OQ垂直时,活塞运动的速度大于v0

C.当O、P、Q在同一直线时,活塞运动的速度等于v0

D.当O、P、Q在同一直线时,活塞运动的速度大于v

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