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3、蠟塊的位移

在直線運(yùn)動(dòng)中我們要確定物體運(yùn)動(dòng)的位移，我們只要知道物體的初末位置就可以了對(duì)于曲線運(yùn)動(dòng)也是一樣的。在前面建立坐標(biāo)系的時(shí)候我們已經(jīng)說過了，物體開始運(yùn)動(dòng)的位置為坐標(biāo)原點(diǎn)，現(xiàn)在我們要找任意時(shí)刻的位移，只要再找出任意時(shí)刻t物體所在的位置就可以了。

實(shí)際上這個(gè)問題我們已經(jīng)解決了，前面我們已經(jīng)找出物體在任意時(shí)刻的位置P(x，y)，請(qǐng)同學(xué)們想一下在坐標(biāo)中物體位移應(yīng)該是怎么表示的呢？

在坐標(biāo)系中，線段OP的長度就代表了物體位移的大小�，F(xiàn)在我找一位同學(xué)來計(jì)算一下這個(gè)長度。

我們?cè)谇懊娴膶W(xué)習(xí)中已經(jīng)知道位移是矢量，所以我們要計(jì)算物體的位移僅僅知道位移的大小是不夠的，我們還要再計(jì)算位移的方向。這應(yīng)該怎樣來求呢？

因?yàn)樽鴺?biāo)系中的曲線就代表了物體運(yùn)動(dòng)的軌跡，所以我們只要求出該直線與x軸的夾角θ就可以了。要求"我們只要求出它的正切就可以了。

tanθ＝=v_y /v_x

這樣就可以求出θ，從而得知位移的方向。

現(xiàn)在我們已經(jīng)知道了蠟塊做的是直線運(yùn)動(dòng)，并且求出了蠟塊在任意時(shí)刻的位移，但我們還不知道蠟塊做的是什么樣的直線運(yùn)動(dòng)，要解決這個(gè)問題，我們還需要求出蠟塊的速度。

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2、蠟塊的運(yùn)動(dòng)軌跡

我們?cè)跀?shù)學(xué)課上就已經(jīng)學(xué)過了怎樣在坐標(biāo)中表示一條直線或曲線。在數(shù)學(xué)上，關(guān)于x、y兩個(gè)變量的方程就可以代表一條直線或曲線，現(xiàn)在我們要找的蠟塊運(yùn)動(dòng)的軌跡，實(shí)際上我們只要找到表示蠟塊運(yùn)動(dòng)軌跡的方程就可以了。觀察我們剛才得到的關(guān)于蠟塊位置的兩個(gè)方程，發(fā)現(xiàn)在這兩個(gè)關(guān)系式中，除了x、y之外還有一個(gè)變量“那我們應(yīng)該如何來得到蠟塊的軌跡方程呢？

根據(jù)數(shù)學(xué)上的消元法，我們可以從這兩個(gè)關(guān)系式中消去變量t，就可以得到關(guān)于x，y兩個(gè)變量的方程了。實(shí)際上我們前面得到的兩個(gè)關(guān)系式就相當(dāng)于我們?cè)跀?shù)學(xué)上學(xué)到的參數(shù)方程，消t的過程實(shí)際上就是消參數(shù)的過程。

那消參數(shù)的過程和結(jié)果應(yīng)該是怎樣的呢？

我們可以先從公式(1)中解出t

t=x/v_x　　　y=v_y x/v_x

現(xiàn)在我們對(duì)公式④進(jìn)行數(shù)學(xué)分析，看看它究竟代表的是一條什么樣的曲線呢？

由于蠟塊在x、y兩個(gè)方向上做的都是勻速直線運(yùn)動(dòng)，所以v_y 、v_x都是常量．所以v_y /v_x也是常量，可見公式④表示的是一條過原點(diǎn)的傾斜直線。

在物理上這代表什么意思呢？

這也就是說，蠟塊相對(duì)于黑板的運(yùn)動(dòng)軌跡是直線，即蠟塊做的是直線運(yùn)動(dòng)。

既然這個(gè)方程所表示的直線就是蠟塊的運(yùn)動(dòng)軌跡，那如果我們要找靖塊在任意時(shí)刻的位移，是不是就可以通過這條直線來實(shí)現(xiàn)呢?下面我們就來看今天的第三個(gè)問題。

試題詳情

我們先來回想一下我們是怎樣研究直線運(yùn)動(dòng)的，同學(xué)們可以從如何確定質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的位移來考慮。

可以沿著物體或質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的軌跡建立直線坐標(biāo)系，通過物體或質(zhì)點(diǎn)坐標(biāo)的變化可以確定其位移，從而達(dá)到研究物體運(yùn)動(dòng)過程的目的�，F(xiàn)在我們先看一個(gè)勻加速直線運(yùn)動(dòng)的例子。

物體運(yùn)動(dòng)軌跡是直線，位移增大的越來越快，初逮度為零，速度均勻增大，加速度保持不變，所以這種運(yùn)動(dòng)為初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)。

現(xiàn)在我們可以看到，我們已經(jīng)把這個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)分解成了兩個(gè)運(yùn)動(dòng)：其一是速度為v_O的勻速直線運(yùn)動(dòng)：其二是同方向的初速度為0，加速度為a的勻加速直線運(yùn)動(dòng)�？梢哉f這種方法可以將比較復(fù)雜的一個(gè)運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成兩個(gè)或幾個(gè)比較簡單的運(yùn)動(dòng)，這種方法我們稱為運(yùn)動(dòng)的分解。實(shí)際上運(yùn)動(dòng)的分解不僅能夠應(yīng)用在直線運(yùn)動(dòng)中，對(duì)于曲線運(yùn)動(dòng)它同樣適用。下面我們就來探究一下怎樣應(yīng)用運(yùn)動(dòng)的合成與分解來研究曲線運(yùn)動(dòng)。

演示實(shí)驗(yàn)：如圖6．2-l所示，在一端封閉、長約l m的玻璃管內(nèi)注滿清水，水中放一紅蠟做的小圓柱體R，將玻璃管的開口端用膠塞塞緊。(圖甲)

將這個(gè)玻璃管倒置(圖乙)，蠟塊R就沿玻璃管上，如果旁邊放一個(gè)米尺，可以看到蠟塊上升的速度大致不變，即蠟塊做勻連直線運(yùn)動(dòng)。

再次將玻璃管上下顛倒，在蠟塊上升的同時(shí)將玻璃管水平向右勻速移動(dòng)，觀察蠟塊的運(yùn)動(dòng)。(圖丙)

在黑板的背景前觀察由甲到乙的過程，可以發(fā)現(xiàn)蠟塊做的是勻速直線運(yùn)動(dòng)，而過程丙中蠟塊微的是什么運(yùn)動(dòng)呢？有可能是直線運(yùn)動(dòng)，速度大小變不變化不能判斷，有可能是曲線運(yùn)動(dòng)。也就是說，僅僅通過用眼睛觀察我們并不能得到物體運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確信息，要精確地了解物體的運(yùn)動(dòng)過程，還需要我們進(jìn)行理論上的分析。下面我們就通過運(yùn)動(dòng)的分解對(duì)該物體的運(yùn)動(dòng)過程進(jìn)行分析。

對(duì)于直線運(yùn)動(dòng)，很明顯，其運(yùn)動(dòng)軌跡就是直線，直接建立直線坐標(biāo)系就可以解決問題，但如果是一個(gè)運(yùn)動(dòng)軌跡不確定的運(yùn)動(dòng)還能這樣處理嗎？很顯然是不能的，這時(shí)候我們可以選擇平面內(nèi)的坐標(biāo)系了。比如選擇我們最熟悉的平面直角坐標(biāo)系。下面我們就來看一看怎樣在乎面直角坐標(biāo)系中研究物體的運(yùn)動(dòng)。

1、蠟塊的位置

建立如圖6．2-2所示的平面直角坐標(biāo)系：選蠟塊開始運(yùn)動(dòng)的位置為原點(diǎn)，水平向右的方向和豎直向上的方向分別為x軸和y軸的正方向。

在觀察中我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)蠟塊在玻璃管中是勻速上升的，所以我們?cè)O(shè)蠟塊勻速上升的速度為v_y，玻璃管向右勻速運(yùn)動(dòng)的速度為v_x，從蠟塊開始運(yùn)動(dòng)的時(shí)刻開始計(jì)時(shí)，我們就可以得到蠟塊在t時(shí)刻的位置P(x，y)，我們?cè)撊绾蔚玫近c(diǎn)p的兩個(gè)坐標(biāo)呢？

蠟塊在兩個(gè)方向上做的都是勻速直線運(yùn)動(dòng)，所以x、y可以通過勻速直線運(yùn)動(dòng)的位移公式x=vt獲得，即：

x=v_xt　　 y=v_yt

這樣我們就確定了蠟塊運(yùn)動(dòng)過程中任意時(shí)刻的位置，然而要知道蜻塊做的究竟是什么運(yùn)動(dòng)這還不夠，我們還要知道蠟塊的運(yùn)動(dòng)軌跡是什么樣的。下面我們就來操究這個(gè)問題。

試題詳情

上節(jié)課我們學(xué)習(xí)了曲線運(yùn)動(dòng)的定義，性質(zhì)及物體做曲線運(yùn)動(dòng)的條件，先來回顧一下這幾個(gè)問題：什么是曲線運(yùn)動(dòng)？(運(yùn)動(dòng)軌跡是曲線的運(yùn)動(dòng)是曲線運(yùn)動(dòng)。)

怎樣確定做曲線運(yùn)動(dòng)的物體在某一時(shí)刻的速度方向？(質(zhì)點(diǎn)在某一點(diǎn)的速度方向沿曲線在這一點(diǎn)的切線方向。)

物體在什么情況下做曲線運(yùn)動(dòng)？(當(dāng)物體所受合力的方向跟它的速度方向不在同一直線上時(shí)，物體做曲線運(yùn)動(dòng)。)

通過上節(jié)課的學(xué)習(xí)，我們對(duì)曲線運(yùn)動(dòng)有了一個(gè)大致的認(rèn)識(shí)，但我們還投有對(duì)曲線運(yùn)動(dòng)進(jìn)行深入的研究，要研究曲線運(yùn)動(dòng)需要什么樣的方法呢？這節(jié)課我們就來研究這個(gè)問題。

試題詳情

5.A、B、C、D四個(gè)物體做直線運(yùn)動(dòng)的速度圖象如圖示，以向東為正方向，由圖看出 __________物體在10s內(nèi)是往返運(yùn)動(dòng)，且lOs末在出發(fā)點(diǎn)的東邊；_________物體在10s末在出發(fā)點(diǎn)的西邊；_________物體只向東運(yùn)動(dòng)，速度方向不變。

試題詳情

4.如圖所示，是一個(gè)物體向東運(yùn)動(dòng)的速度圖象，由圖可知0-10s內(nèi)物體的加速度大小是________，方向是___________ ；在10s-40s內(nèi)物體的加速度大小是_______；在40s-60s內(nèi)物體的加速度大小是___________，方向是____________ 。