在我们刚学曲线运动的时候,我们很多同学对关联速度模型不是很理解,今天我们就来聊一聊关联模型。

什么叫关联速度模型,所谓关联模型,就是两个物体通过绳子或杆子或相互接触从而速度发生联系,去求两者速度之间的关系。

一、通过绳子关联

绳子不可伸长,所以绳子两端沿着绳子的速度是相等的

1、当绳子方向与物体运动方向在一条直线上时,则两物体的速度相等,

课标要求梳理与探究(新课重难点细细品)(1)

如上图,绳子与木块运动方向共线共线,所以VA= VB

2、当绳子与物体运动方向不在一条直线上时,需要将物体速度分解到沿绳子方向,

例1、如图,人以速度V人通过绳子使船靠岸,求在如图所示位置时的船与人之间的速度关系?

船的运动方向是水平的,不沿绳子,则船速不等于绳子速度

课标要求梳理与探究(新课重难点细细品)(2)

这种情况下,常见方法有两种:

1、 微元法:取很小的时间元t,在这时间元内认为船匀速运动。

课标要求梳理与探究(新课重难点细细品)(3)

取FA=FB,因为t很小,所以认为BA垂直于FC,

   ∵AC=V人t,BC=V船t,

   ∴在ΔBAC中,AC=BCsinθ,

   ∴有V人=V船cosθ

2、分解法:(这种方法比上面的简单且实用,请大家牢记)

合速度:船的实际的运动方向(相对于地面的速度方向)

两个分速度:一个沿着绳子方向,一个垂直于绳子方向。

如下图,小船可以看成是一个半径变化的圆周运动,所以速度有沿切线方向的分速度,即垂直于绳子方向。

课标要求梳理与探究(新课重难点细细品)(4)

课标要求梳理与探究(新课重难点细细品)(5)

如上右图在ΔABC中V=V船cosθ

例2、A小车通过绳子拉动B小车,当如图所示的位置时,求两车速度之间的关系?

课标要求梳理与探究(新课重难点细细品)(6)

解析:因为两车的速度方向都与绳子不共线,所以都需要分解。

通过A车求沿绳子分速度:

V绳子=VAcosβ

通过B车求沿绳子分速度:

V绳子=VBcosα

所以有:VAcosα=VBcosβ

二、通过杆子关联

因为杆子和绳子一样不能伸长,所以杆子关联与绳子关联是一样的。

合速度:相对于地面的实际运动。

两个分运动:一个沿着杆子,一个垂直于杆子。

合速度与分速度满足平行四边形法则。

例3、如图所示,两小球通过杆子相连,当下滑到如图位置时杆子与坚直墙之间的夹角为θ,求两小球的速度关系?

课标要求梳理与探究(新课重难点细细品)(7)

分别求出AB两球与杆子的速度关系。

通过A球:V杆子=VAcosθ

通过B球:V杆子=VBsinθ

所以有 VA=VBtanθ

例4、如图当圆柱向右以速度V匀速运动到所示位置时,求B杆向上运动的速度?

课标要求梳理与探究(新课重难点细细品)(8)

【解析】当圆柱向右运动时,半径OA相当于杆子,即相当于O、A处各有一物体,则:

通过O求沿着半径OA的分速度:VOA=Vsinθ

通过A求沿着半径OA的分速度:VOA=VB cosθ

∴VB =Vtanθ

例5:如下图,A、D两小球用杆子连接在圆环内自由下滑,求两小球的速度关系?

课标要求梳理与探究(新课重难点细细品)(9)

A、D两球都做圆周运动,所以合速度沿切线方向,分别沿杆和垂直于杆分解速度。

通过A球求沿杆子的分速度:

V杆=VAsinθ

通过D求沿着杆子的分速度:

V杆=VD sinθ

∴VA=VD (这个大家可以当结论记住)

三、面接触关联

因为两物体接触没有分开,所以与接触面垂直的方向上速度相等。

例6:用铰链固定的杆子一端连一小球,最初球靠在可自由移动的木箱上,现让箱子以速度V向右匀速,当杆子与坚直方向的夹角为θ时,小球的速度为多少?

课标要求梳理与探究(新课重难点细细品)(10)

【解析】小球与箱子接触,所以垂直于箱子的方向的速度相等,

箱子的速度向右本身就垂直接触面,因此不需要分解。小球做圆周运动,速度沿切线方向,所以需要分解

课标要求梳理与探究(新课重难点细细品)(11)

在Δabc中ac的水平分速度VX=V球cosθ=V箱子

例7、如图箱子以V匀速运动,杆长为2L,当P为杆子中点时,求球的速度?

课标要求梳理与探究(新课重难点细细品)(12)

【解析】此题是点线接触则垂直于杆子方向(绿线方向)的速度相等,设P点速度为VP,此时箱子速度分解为垂直杆子方向和沿杆子方向如上图

VP=V箱子sinθ

V球=2VP

例8、如图,长为L 的直棒一端可绕固定轴O 在竖直平面内转动,另一端搁在升降平台上,平台以速度v 匀速上升,当棒与竖直方向的夹角为θ时,棒的角速度为

课标要求梳理与探究(新课重难点细细品)(13)

【解析】棒与平面接触,因面本身速度就已垂直于面不需要分解棒做圆周运动,接触点速度沿切线方向,沿垂直台与平行台分解,如下图ΔABC中

∴V台=V棒sinθ

课标要求梳理与探究(新课重难点细细品)(14)

课标要求梳理与探究(新课重难点细细品)(15)

D项正确

课标要求梳理与探究(新课重难点细细品)(16)

例9、光滑半球A 放在竖直面光滑的墙角,并用手推着保持静止。现在A 与墙壁之间放入光滑球B,放手让A 和B 由静止开始运动,当A、B 运动到图示位置时,二者球心的连线与水平面成θ角,速度大小分别为VA 和VB ,则以下关系正确的是

课标要求梳理与探究(新课重难点细细品)(17)

【解析】此处接触面是弧面,所以垂直弧面的方向为半径,即沿半径方向速度相等。

课标要求梳理与探究(新课重难点细细品)(18)

对A球求沿半径方向的分速度 

V=VA cosθ

对B球求沿半径方向的分速度 

V=VB sinθ

∴VA=VB tanθ    D项正确

四、两杆(两线)相交

这类题目,用微元法做是比较好的方法

例10、相互垂直的两杆各自沿垂直于杆的方向运动,速度分别为V1和V2,则交点的速度为?

课标要求梳理与探究(新课重难点细细品)(19)

在各自速度方向上取一微元,如上图,由于ABC为直角三角形,所以

课标要求梳理与探究(新课重难点细细品)(20)

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