人教版(2019)高中物理必修二第五章第二节《运动的合成与分解》
教学设计
教学目标与核心素养
物理观念:合运动、分运动、运动的合成和运动的分解。
科学思维:运动的合成与分解方法平行四边形定则和三角形定则。
科学探究:会用平行四边形定则画出位移和速度的合成与分解图;会用数学知识求解合速度、合位移或分速度、分位移。
科学态度与责任:运动合成与分解的方法在生活中的实例。
教学重点与难点
重点:1.理解运动的合成与分解的概念。
2.掌握运动的合成与分解的方法。
难点:1.在具体问题中判断合运动和分运动。
2.理解两个直线运动 合运动可以是直线运动,也可以是曲线运动。
导入新课
对于直线运动中,建立一维坐标,据运动规律,就可以确定任意时刻的位置,进而知道它的运动轨迹。
出示图片:小车在一维坐标上的运动
出示图片:小球的抛体运动
如果研究复杂的运动,我们怎么办呢?本节所学的运动的合成与分解是解决这一问题的基本方法。
新课教学
(一)一个平面运动的实例
演示实验:观察蜡块的运动。
可以观察到蜡块的真实运动是这样的。此时蜡块既参与了竖直方向匀速上升的运动,又参与了水平方向匀速向右的运动。以黑板为背景我们看到的蜡块向右上方运动,就像在河里游泳一样。竖直方向和水平方向的运动都是匀速的。
问题1:蜡块向右上方的这个运动是什么样的运动呢?
1.建立坐标系
根据我们前面研究直线运动时的基本思路和方法。首先建立坐标系。对于直线运动,最好沿着这条直线建立坐标系。但是,有时在对运动作深入分析之前,物体的运动形式并不清楚,甚至难以判断它的运动轨迹是不是直线。这时,就需要选择其他类型的坐标系。研究物体在平面内的运动时,可以选择平面直角坐标系。
问题2:如图有三条轨迹,那么那条是蜡块的运动轨迹呢?
蜡块的运动轨迹
要确定蜡块运动的轨迹,首先要确定任意时刻蜡块的位置。假如我们知道了这么几个任意时刻蜡块的位置,然后用平滑的曲线连起来就可以得到蜡块的轨迹了。和我们以前学习过的,列表描点连线很类似。
蜡块在坐标系的位置我们用P(x,y)来表示,x坐标的值等于它与y轴的距离,y坐标的值等于它与x轴的距离。
坐标随时间变化的关系式
水平方向(匀速):x=vxt
竖直方向(匀速):y=vyt
这两个式子消去t,这样就得到,可见这是一条过原点的直线,也就是说,蜡块的运动轨迹是直线。
蜡块既参与了竖直方向匀速上升的运动,又参与了水平方向匀速向右的运动。
问题3:蜡块的速度是怎么样的呢?
3.蜡块运动的速度
速度v与vx、vy,的关系已经在图中形象地标出,因此可以根据勾股定理写出它们之间的关系,
根据三角函数的知识,从图中还可以确定速度的方向,即用速度矢量V与x轴正方向的夹角θ来表示,它的正切为。
(二)运动的合成与分解
实验,蜡块向右上方的运动。此时蜡块既参与了竖直方向匀速上升的运动,又参与了水平方向匀速向右的运动。像这样物体同时参与两个或多个运动的时候,物体的实际运动就叫做合运动,像蜡块相对于黑板右上方的运动就是合运动,参与的这两个叫做分运动,蜡块沿玻璃管向上的运动和它随玻璃管向右的运动就是分运动。
结论:物体的实际运动就叫做合运动,物体同时参与的这两个叫做分运动。
举例子说明合运动与分运动。
引入部分的游泳过河问题,我们正对着对岸游,实际上我们到达的是A点。所以OA是合运动。
那分运动分别是谁呢?自己游泳的OB段,和水流的BA段。因为你做的是游泳和由于水流的作用把你冲向下游,所以你不由自主的做合运动。生活中有哪些例子呢?还有这只水鸟,和塔吊。
问题4:分运动与和运动有什么特征呢?
首先物体同时参与的多个分运动,与物体做合运动有相同的效果。这叫等效性,由此任何形式的运动都可以由几个分运动的叠加来代替。其次分运动与合运动是指同一物体的运动,着叫同一性。然后分运动与合运动是同时开始同时结束的,不可分割的,也就是具有等时性。货物从这个角到右上角你说他是先向上还是先向右呢?看图发现是同时进行的,这就是等时性。最后各个分运动之间是独立的,相互不干扰,具有独立性。
特征:等效性、同一性、等时性、独立性。
问题5:合运动与分运动之间如何相互转化呢?
已知分运动求合运动,叫作运动的合成;已知合运动求分运动,叫作运动的分解。
运动是由位移、速度、加速度等矢量来描述的,所以运动的合成与分解就意味这几个矢量的合成与分解。对他们进行合成与分解时都要用平行四边形定则或者三角形定则。
跟以前学过的矢量的合成与分解一样,运动的合成是唯一的,但运动的分解却有多种可能。例如这个合运动,除了可以分解为竖直向上和水平向右的匀速直线运动外,也可以分解为这两个方向或者这两个方向的匀速直线运动。做题时可以根据情况选择容易计算的分解方式。
课堂小结
1.分运动与合运动
合运动是实际发生的运动,是分运动的合成;
分运动互不影响,具有独立性;合运动与分运动所用时间相等,具有等时性;合运动与分运动必须对同一物体;合运动与分运动在效果上是等效替代的关系。
2.运动的合成与分解符合平行四边形法则
3.小船渡河模型
板书
(一)、红蜡块在平面内的运动
1.水平方向匀速直线运动;蜡块相对管向上做匀速直线运动。
2.在黑板的背景前我们看到蜡块相对黑板是向右上方运动的。
(二)、理论分析红蜡块的运动
(三)、运动的合成与分解
1.合运动和分运动的关系
(1)合运动和分运动同时性;
(2)各分运动之间独立性;
(3)合运动与分运动必须对同一物体;
(4)合运动与分运动在效果上是等效替代的关系。
2.运动的合成与分解
(1)由分运动求合运动的过程叫运动的合成。
(2)由合运动求分运动的过程叫运动的分解
(四)、运动的合成与分解的应用___小船渡河模型
课后练
1.下列说法正确的是( )
A.合运动的速度方向就是物体实际运动的方向
B.合运动的速度一定大于分运动的速度
C.合运动的时间不一定跟分运动的时间相等
D.合运动的加速度方向一定跟合运动的速度方向相同
2.一汽船载客渡河,若其在静水中的速度一定,河水的流速也不变,且,则( )
A.船沿垂直于河岸的路线到达对岸,渡河最省时
B.使船身方向垂直于河岸,渡河最省时
C.使船身方向垂直于河岸,渡河路程最短
D.不管船向什么方向行驶,船都无法垂直到达正对岸
3.关于运动的合成与分解的说法,正确的是( )
A.合运动就是物体的实际运动 B.合运动不是物体的实际运动
C.合运动的速度一定大于分运动的速度 D.只要确定了两个分速度的大小,就可以确定合速度的大小
4.若空中的雨滴在从静止开始下落的过程中,遇到水平方向吹来的风,下列说法中正确的是
A.雨滴着地速度与风速无关
B.雨滴下落时间与风速无关
C.风速越大,雨滴下落的时间越长
D.风速越大,雨滴着地时的速度越小
5.在抗洪抢险中,战士驾驶摩托艇救人.假设江岸是平直的,洪水沿江向下游流去,水流速度为6 m/s,摩托艇在静水中的航速是8 m/s,战士救人的地点离岸边最近处的距离为32 m,若战士要用最短的时间将人送上岸,则摩托艇的实际航程是( )
A.32 m B.40 m C.52 m D.60 m
6.一条河宽100m,水流的速度为3m/s,一条船在静水中的速度为5m/s,下列关于船过河说法中错误的是( )
A.小船过河的最短时间为20s
B.小船过河的最短航程为100m
C.当船头指向对岸时,船的合速度大小为4m/s
D.当船头指向上游,使船垂直到达河对岸时,船的合速度是4m/s
7.如图,河宽d=20m,小船要行驶到河对岸,P处为小船的正对岸位置,已知小船的划行速度v1=5m/s,水流速度v2=3m/s。下列说法正确的是( )
A.小船行驶到对岸P点的时间为4s
B.小船行驶到对岸P点的时间为5s
C.若水流速变大,小船行驶到对岸的最短时间变长
D.若水流速变大,小船行驶到对岸的最短时间变短
8.平直的河岸中河水的流动速度恒为4m/s,河宽为40m。如图所示,一条木船要沿着图中虚线所示的直线从A点到达B点,且AB与河岸成角,则下列说法正确的是( )
A.船从A点到达B点的最短时间为10s
B.船的最大划速为
C.船的最小划速为
D.船的最小划速为
9.如图飞机起飞时以v=300km/h的速度斜向上飞,飞行方向与水平面的夹角为30°。飞机在水平方向的分速度为( )
A.150km/h B.260km/h C.300km/h D.200km/h
10.一质量为m的小球被发射到空中,运动中小球受到方向水平向左、大小为F的恒力作用。忽略空气阻力,重力加速度为g。为了使小球能重新回到发射点,发射速度方向与水平向右方向的夹角θ应该满足( )
A.sinθ= B.cosθ= C.tanθ= D.cotθ=
11.人站在岸上通过定滑轮用绳牵引低处的小船,如图所示,若水的阻力恒定不变,则在船匀速靠岸的过程中,下列说法中正确的是( ).
A.绳的拉力不断增大 B.绳的拉力保持不变
C.船受到的浮力保持不变 D.船受到的浮力不断增大
12.如图所示,人在岸上拉船,已知船的质量为m,水的阻力恒为f,当轻绳与水平面的夹角为θ时,船的速度为v,此时人的拉力大小为F,则( )
A.人拉绳行走的速度为
B.人拉绳行走的速度为
C.人拉绳行走的速度为
D.人拉绳行走的速度为
答案
1.A
【解析】
A、合运动的速度方向就是物体实际运动的方向,故A正确;
B、速度是矢量,速度的合成与分解也遵从平行四边形定则,合运动的速度可以大于,也可以小于,也可以等于分运动的速度,故B错误;
C、合运动与分运动具有等时性,合运动的时间等于分运动的时间,且分运动的时间也相等,故C错误;
D、合运动的加速度方向跟合运动的速度方向可能相同,可能相反,可能不共线,故D错误;
故选A.
【点睛】位移、速度、加速度都是矢量,合成分解遵循平行四边形定则.合运动与分运动具有等时性.
2.B
【解析】
根据题干分析可知,本题考查小船过河有关知识,根据小船过河的规律,运用运动合成与分解等,进行分析推断.
【详解】
A.当静水速垂直于河岸时,渡河时间最短,且船的位移大小比河的宽度要大,所以选项A错误
B.根据选项A分析,选项B正确
C.船的静水速大于水流速,根据平行四边形定则,合速度的方向可以与河岸垂直,所以能够垂直到达对岸,且位移最小.当静水速垂直于河岸时,渡河时间最短,故C错误
D.根据选项C的分析D错误
3.A
【解析】
AB.合运动的速度方向为物体实际运动的方向,故A正确,B错误;
C.合速度的大小可能比分速度大,可能比分速度小,可能与分速度相等,故C错误;
D.知道分速度的大小,不知道分速度的方向,根据平行四边形定则,无法确定合速度的大小。故D错误。
故选A。
4.B
【解析】
A、因为雨滴着地的速度是水平速度与竖直速度的合速度,因此与风速有关,故A错误;
BC、雨滴下落时间只与竖直方向的加速度和高度有关,与水平方向的风速无关,故B正确C错误;
D、风速越大,水平分速度越大,因此合速度越大,故D错误。
5.B
【解析】
时间最短,人需要向着河对岸运动,时间为,沿河岸运动距离为6 m/s×4s=24m,由勾股定理可知合位移为40m
6.C
【解析】
A.当船头指向河正对岸时,渡河时间最短,则小船过河的最短时间为
选项A正确,不符合题意;
B.因船的静水速度大于水流速度,则船可以垂直河岸渡河,则小船过河的最短航程为100m,选项B正确,不符合题意;
C.当船头指向对岸时,船的合速度大小为
选项C错误,符合题意;
D.当船头指向上游,使船垂直到达河对岸时,船的合速度是
选项D正确,不符合题意。
故选C。
7.B
【解析】
AB.小船要行使到对岸P点,船头应偏向上游,使合速度垂直河岸,合速度大小为
到达P点的时间为
A错误,B正确;
CD.当船头垂直于河岸时,渡河时间最短,最短时间为
与水流速度无关,故水流速变大,小船行驶到对岸的最短时间不变,CD错误。
故选B。
8.D
【解析】
AB.因为船的划行方向和划行速度的大小都不知道,所以不能求出船从A点到达B点的最短时间和最大划速,故AB错误;
CD.根据题意作出速度的矢量三角形如图所示,从图中可以看出船的最小划速为
故C错误,D正确。
故选D。
9.B
【解析】
飞机在水平方向的分速度大小为
故选B。
10.C
【解析】
小球在水平方向向右做匀减速运动,然后反向加速;竖直方向向上先做匀减速运动,后向下加速则若能回到出发点,则水平方向
竖直方向
解得
故选C。
11.A
【解析】
船受重力、浮力、拉力和阻力做匀速运动,设绳子与水平方向的夹角为α,则有
因为船在匀速靠岸的过程中,α增大,阻力不变,则拉力增大,船的浮力减小,故A正确.
12.C
【解析】
船运动的速度是沿绳子收缩方向的速度和绕定滑轮的摆动速度的合速度。如图所示根据平行四边形定则有:
v人=vcosθ
故ABD错误,C正确。
故选C。