在学习了运动的合成与分解后,我们经常会碰到涉及相互关联的物体的速度求解。这样的几个物体或直接接触、相互挤压,或借助其他媒介(如轻绳、细杆)等发生相互作用。在运动过程中常常具有不同的速度表现,但它们的速度却是有联系的,我们称之为“关联”速度。解决“关联”速度问题的关键有两点:一是物体的实际运动是合运动,分速度的方向要按实际运动效果分解,二是沿着相互作用的方向(如沿绳、沿杆)的分速度大小相等。下面通过三种关联媒介来破解连接体中的关联物理量的问题。
连接媒介之一:绳杆连接物体的关联
对于绳子或杆连接的两个物体,轻杆与轻绳均不 可伸长,绳连或杆连物体的速度在绳或杆的方向上的投影相等。求绳连或杆连物体的速度关联问题时,首先要明确绳连或杆连物体的速度,然后将两物体的速度分别沿绳或杆的方向和垂直于绳或杆的方向进 行分解,令两物体沿绳或杆方向的速度相等即可求出。
【调研1】【2011年高考上海卷第11题】如图,人沿平直的河岸以速度 行走,且通过不可伸长的绳拖船,船沿绳的方向行进,此过程中绳始终 与水面平行。当绳与河岸的夹角为 ,船的速率为
A、vsinα B、vsinα
C、vcosα D、vcosα
【解析】本 题考查运动的合成与分解。本题难点在于船的发动机是否在运行、河水是否有速度。依题意船沿着绳子的方向前进,即船的速度就是沿着绳子的,根据绳子连接体的两端物体的速度在绳子上的投影速度相同,即人的速度v在绳子方向的分量等于船速,故v船=vcosα,C对。
【答案】C
【规律总结】绳端速度的分解是绳端物体(绳端连接体如本题小船)实际速度(对地)的分解,实际速度产生 两个效果:一是绳的缩短或伸长;二是绳绕滑轮的转动,且转动线速度垂直于绳。绕过滑轮的轻绳力的特点是两端拉力相等,速度特点是沿绳的伸长或缩短方向速度相等。因此绳子关联的物体的分解方法有两种,①将实际速度分解为沿着绳子方向和垂直绳子方向;②绳子两端的速度在绳子上的投影速度相同,比如本题中绳子左端的速度就是拉力的速度与绳子与船连接端的小船在绳子方向上的投影速度大小相等。