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“抽绳”问题剖析

2010-05-31 21:39:18 阅读6 评论0 字号:



在“运动的合成和分解”这一节里,有一类典型的“抽绳”问题。所谓“抽绳”问题,是指同一根绳的两端连着两个物体,其速度各不相同,常常是已知一个物体的速度和有关角度,求另一个速度(如图1)。这类题型需要搞清两个问题:



(1) 分解谁的问题
哪个运动是合运动就分解哪个运动,物体实际经历的运动就是合运动。
(2) 如何分解的问题
由于沿同一绳上的速度分量大小相同,所以可将合速度向沿绳方向作“投影”,将合速度分解成一个沿绳方向的速度和一个垂直于绳方向的速度,再根据已知条件进行相应计算。
其实这也可以理解成“根据实际效果将合运动正交分解”的思路。实际上,图1物体的运动可看作参与了两个运动。物体从A运动到B的过程可等效看着参与了以O为圆心、AO为半径的从A至C的圆周运动与沿绳方向的从C到B的直线运动。
例题1:如图2所示,重物M沿竖直杆下滑,并通过绳带动小车m沿斜面升高,则当滑轮右侧绳与竖直方向的夹角θ为,且重物下滑的速度为v时,小车的速度v|是多少?


对这类问题,虽然大多数学生都知道小车此时的速度跟吊绳上各点的速度大小相等,但在求解时却有相当一部分同学画出了图3所示的速度分解图,于是便得到此时小车的速度v|=v/cosθ.
这是错误的,错误主要是没能分清合运动与分运动两者之间的关系以及物体的实际运动就是合运动,没能理解“根据实际效果将合运动正交分解”的思路。
在这一题中,物体M下滑的速度为合速度,被M带运动的绳参与了两种运动,一是沿绳的速度v1(径向),一是沿绳的摆运动方向,且与v1垂直的v2(横向),故应作出如图4的速度分解图,由此可求得v1=vcosθ,而v1=v|,所以小车的速度v|=vcosθ.
为了加深对这类问题的理解,我们再看一道类似的问题。
例题2:如图5,人在岸边通过定滑轮用不可伸长的绳拉小船,人以速度v在岸上匀速前进,求当绳与水平方向的夹角为θ时船的速度。


【分析】由于绳子不可伸长,必有人前进的速度与绳上各点速度大小相等。船的实际运动是合运动,我们将船前进的速度分解为沿绳方向和垂直绳方向的分速度,如图6的分解图,得v船=v1/cosθ,而v1=v,所以v船=v/cosθ.
练习:
1、如图7,汽车通过滑轮拉重物A,汽车沿水平方向向右匀速运动,滑轮与绳的摩擦不计,则物体A的运动情况是 ( )
A、 匀速上升
B、 加速上升
C、 先加速再减速
D、 减速上升
答案:B


2、如图8,木块在水平桌面上移动的速度是v,当绳与水平方向之间的夹角为α时,跨过滑轮的绳子向下移动的速度是______。
答案:vcosα

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