前言:
现时各位老铁们对“位移法的计算”大体比较关心,小伙伴们都需要了解一些“位移法的计算”的相关知识。那么小编同时在网摘上收集了一些对于“位移法的计算””的相关资讯,希望姐妹们能喜欢,姐妹们快快来了解一下吧!01
在动力学问题中,有一类"最顶级"的难题,学生们碰到这种问题经常会犯迷糊。会有同学把"滑痕长度"、"相对位移"、"摩擦生热的距离",这几个问题中的距离搞错,有的甚至会直接把它们三者当作是一个问题来进行求解,这是一个非常大的误区。
这类问题也经常会出现在大型考试的压轴题上,特别是"滑块类型问题"、"传送带问题",这类问题中经常涉及到关于上面三个问题的求解。
搞懂上面那三个问题的区别就很关键,今天我要用v-t图像给你彻底讲懂上面三个问题的区别,不仅从原理上可以弄懂这个问题,更能直接帮助你快速的精确的计算出题目想要求解的结果。
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1)我先来建立模型带你进行分析,先来一个比较简单的。
看下图,假若一个物体有向右的初速度v0,在地面的摩擦力作用下减速到零,物体与地面的动摩擦因数为u,物体质量为m,求解:划痕长度、物体相对地面位移、摩擦生热的距离.
【分析】我们画出物体的实际运动过程,再画出其运动的v-t图像如下
物块相对地面运动的距离为S1,物体运动的图像与横轴(横轴可以理解为地面的运动图像,虽然地面是静止的,但这不妨碍我可以将地面理解为一个静止的物体)所围成的面积也是S1。
于是我们可以得到如下关系
2)模型难度再稍微升级
接着看如下模型,长木板静止在光滑的水平地面上,一小物块以初速度v0滑上木板的左端,物块与木板间的动摩擦因数为u,长木板足够长.求解:划痕长度、物体相对地面位移、摩擦生热的距离.
【分析】小物块滑上长木板后做匀减速直线运动,长木板做匀加速直线运动,一个加速、一个减速,最终两者共速,此后两者一起做匀速直线运动.
画出其运动过程图,以及运动v-t图像,如下
根据上图,也可以很容易得到如下关系
3)模型再进阶一点儿
质量为M=1kg的长木板有一水平向左的初速度为v1=4m/s,质量为m=1kg的小物块有一水平向右的初速度为v2=2m/s,小物块初始时刻在长木板的最左端,物块与木板间的动摩擦因数为u=0.1,长木板足够长. 求解:划痕长度、物体相对地面位移、摩擦生热的距离.
【分析】小物块先向右做减速运动减速到零,然后再反向做加速运动,长木板先向左做减速运动,最终小物块与长木板的速度相同,它们达到共速状态,最后一起运动运动。
先画出第一段运动过程(小物块减速到零这一段),选取向左为正,如下图
再画出第二段运动过程(小物块反向加速这一段),还是选取向左为正,如下图(为了标记清楚各位移之间的关系,我把第一段运动末尾的长木板上加一个红色标记)
最终依然可以推理得到如下关系
4)我们研究了以上几个模型,我们可以画出更多的两个物体的v-t图像,如下
这些图像的关系都满足如下关系
到这里一定要特别注意,两个物体的运动图像相交后一定不能穿过去,才可满足这个关系,否则,这条关系不成立,具体原因,我下面会详细讲到。
5)接下来,我来举栗子,帮助你深入理解以上的等式
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貌似讲到这里,我们得到的结论是"划痕长度"、"相对位移"、"摩擦生热的距离"这几个大小总是相同的,在上面的图像中,我说的是:"两个物体的运动图像相交后一定不能穿过去,才可满足这个关系",若两个物体运动图像相交后并且彼此穿过,以上的等式关系可就不是这么写了。
1)先引入简单模型,一物体先以初速度v0向右减速运动,再向左做加速运动,求解:划痕长度、物体相对地面位移、摩擦生热的距离。
【分析】还是先画出其运动过程,以及运动的v-t图像,如下
划痕长度:物体先向右运动距离为S1,再反过来加速运动S2的距离,划痕的长度就是S1,因为后面的S2的划痕是直接覆盖在第一段上面的,所以只有S1划痕的长度。当然,若S2的距离比S1的距离要大一些,那么划痕长度就是S2。
所以,反应到图像上就是:比较图像交叉前后的距离,谁大,划痕就取谁。
物体相对地面位移:很明显的关系是S1-S2,在图像就是两个交叉的面积相减即可
摩擦生热的距离:摩擦生热的距离是路程,而非位移,所以这个地方生热的距离应是S1+S2,反应到图像上就是交叉的面积相加即可
2)我们接着再画一个模型,帮助你理解
划痕长度:S1 ; 两物体相对位移:S1-S2 ;摩擦生热距离:S1+S2
只要是满足两个运动图像相交后彼此穿过,那么划痕长度、相对位移、摩擦生热应满足如下关系
在这种模型种,这三者并不是相等的。
3)上栗子,帮助你理解
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我们对整个知识进行复盘学习,两物体运动图像分两类
第一类是两图像相交后不穿过,第二类是两类图像相交后彼此穿过,这两类图像的结论不一样,切不可混为一谈。
另外,我在上面举的各个模型是帮助你理解分析,图像的结论并不是简单的只适用于这几个模型,只要是上面的两类图像,都可以用这个结论,图像的结论可以用伽利略变换证明(转化参考系),结论具有一般普适性。
最最重要的问题,就是先要画出正确的运动v-t图像,才能根据图像结论得到正确的结果,所以动力学的基本知识还是要过关的,运动图像画不正确,后面一切都是空谈。
至此,我们利用v-t图像彻底搞清楚了"划痕"、"相对位移"、"摩擦生热距离"这几个问题,希望下次你再碰到这样的问题,不会再懵懵懂懂了。