A.F合≠O,f减小,T增大;B.F合≠O,f增大,T不变;
C. F合=O,f增大,T减小;D. F合=O,f减小,T增大;
分析:显然此题不能整体分析。B物体匀速上升为平衡状态,所受的绳拉力T恒等于自身的重力,保持不变。A物体水平运动,其速度可分解为沿绳长方向的速度(大小时刻等于B物体的速度)和垂直于绳长的速度(与B物体的速度无关),写出A物体速度与B物体速度的关系式,可以判断是否匀速,从而判断合力是否为零。
解:隔离B物体:T=mBg,保持不变。隔离A物体:受力分析如图所示,设绳与水平线夹角为θ,则:
①随A物体右移,θ变小,由竖直平衡可以判断支持力变大。由f=μN,得f变大。
②将A物体水平运动分解如图所示,有vB=vAcosθ,故随θ变小,cosθ变大,VB不变,VA变小,A物体速度时时改变,必有F合≠O。
所得结论为:F合≠O,f变大,T不变。B项正确。
3、小船渡河问题分析
船在有一定流速的河中过河时,实际上参与了两个方向的运动,即随水流的运动(水冲船的运动)和船相对水的运动(即在静水中船的运动),船的实际运动是这两种运动的合运动。
例6.如图所示,河水的流速为4m/s,一条船要从河的南岸A点沿与河岸成30°角的直线航行到北岸下游某处,则船的开行速度(相对于水的速度)最小为 ( A )
A.2m/s B.3m/s C.4m/s D.5m/s
练习4.如图1所示,直线AB和CD表示彼此平行且笔直的河岸。若河水不流动,小船船头垂直河岸由A点匀速驶向对岸,小船的运动轨迹为直线P。若河水以稳定的速度沿平行河岸方向流动,且整个河中水的流速处处相等,现仍保持小船船头垂直河岸由A点匀速驶向对岸,则小船实际运动的轨迹可能是图中的( )
A.直线P B.曲线Q
C.直线R D.曲线 S
例7.一条宽度为L的河,水流速度为vs,已知船在静水中的航速为vc,那么,(1)怎样渡河时间最短?(2)若vsvc,怎样渡河船漂下的距离最短?
分析与解:(1)如图2甲所示,设船上头斜向上游与河岸成任意角θ,这时船速在垂直于河岸方向的速度分量V1=Vcsinθ,渡河所需时间为: .
可以看出:L、Vc一定时,t随sinθ增大而减小;当θ=900时,sinθ=1,所以,当船头与河岸垂直时,渡河时间最短, .
(2)如图2乙所示,渡河的最小位移即河的宽度。为了使渡河位移等于L,必须使船的合速度V的方向与河岸垂直。这是船头应指向河的上游,并与河岸成一定的角度θ。根据三角函数关系有:Vccosθ─Vs=0.
所以θ=arccosVs/Vc,因为0≤cosθ≤1,所以只有在Vc>Vs时,船才有可能垂直于河岸横渡。
(3)如果水流速度大于船上在静水中的航行速度,则不论船的航向如何,总是被水冲向下游。怎样才能使漂下的距离最短呢?如图2丙所示,设船头Vc与河岸成θ角,合速度V与河岸成α角。可以看出:α角越大,船漂下的距离x越短,那么,在什么条件下α角最大呢?以Vs的矢尖为圆心,以Vc为半径画圆,当V与圆相切时,α角最大,根据cosθ=Vc/Vs,船头与河岸的夹角应为:θ=arccosVc/Vs.
船漂的最短距离为: . 此时渡河的最短位移为: .
4、曲线运动条件的应用
做曲线运动的物体,其轨迹向合外力所指的一方弯曲,若已知物体的运动轨迹,可判断出合外力的大致方向.若合外力为变力,则为变加速运动;若合外力为恒力,则为匀变速运动;
例8.质量为m的物体受到一组共点恒力作用而处于平衡状态,当撤去某个恒力F1时,物体可能做( )
A.匀加速直线运动; B.匀减速直线运动;
C.匀变速曲线运动; D.变加速曲线运动。
分析与解:
当撤去F1时,由平衡条件可知:物体此时所受合外力大小等于F1,方向与F1方向相反。
若物体原来静止,物体一定做与F1相反方向的匀加速直线运动。
若物体原来做匀速运动,若F1与初速度方向在同一条直线上,则物体可能做匀加速直线运动或匀减速直线运动,故A、B正确。
若F1与初速度不在同一直线上,则物体做曲线运动,且其加速度为恒定值,故物体做匀变速曲线运动,故C正确,D错误。正确答案为:A、B、C。
例9.图中实线是一簇未标明方向的由点电荷产生的电场线,虚线是某一带电粒子通过该电场区域时的运动轨迹,a,b是轨迹上的两点.若带电粒子在运动中只受电场力作用,根据此图可作出正确判断的是( )
A.带电粒子所带电荷的符号 B.带电粒子在a,b两点的受力方向
C.带电粒子在a,b两点的速度何处较大
D.带电粒子在a,b两点的加速度方向如何
解析:由图中的曲线可以看出,不管带电粒子由a→b还是由b→a,力的方向必然指向左下方,从而得到正确答案:BCD
例10.(09•广东理科基础•16)如图所示,一带负电粒子以某速度进入水平向右的匀强电场中,在电场力作用下形成图中所示的运动轨迹。M和N是轨迹上的两点,其中M点在轨迹的最右点。不计重力,下列表述正确的是( C )
A.粒子在M点的速率最大
B.粒子所受电场力沿电场方向
C.粒子在电场中的加速度不变
D.粒子在电场中的电势能始终在增加
解析:根据做曲线运动物体的受力特点合力指向轨迹的凹一侧,再结合电场力的特点可知粒子带负电,即受到的电场力方向与电场线方向相反,B错;从N到M电场力做负功,减速,电势能在增加,当达到M点后电场力做正功加速电势能在减小则在M点的速度最小A错,D错;在整个过程中只受电场力,根据牛顿第二定律加速度不变。
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