从基本原理分析两个直线运动的合成

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  高中物理运动的合成与分解的知识中,关于两个分运动合成的运动是直线运动还是曲线运动的问题,不少人存在着思路上的误区,其实只要我们把握住物体运动的基本条件就可以而轻易举地解决这个问题。
  
  一、运动的基本形式
  
  一个物体所做的运动是直线运动还是曲线运动,主要取决于物体所受的合外力与物体实际的速度的关系。
  1.一切物体在不受外力或者所受的合外力为零时,物体将保持静止状态或者匀速直线运动状态,直到有外力迫使它改变这种运动状态为止。(牛顿第一定律)
  2.如果物体所受的合外力与物体的运动方向(速度方向)在一条直线上,那么这个物体无疑会做直线运动。(物体做直线运动的条件)
  3.如果物体所受的合外力与物体的速度方向不在一条直线上,那么这个物体就会做曲线运动。
  
  二、从基本原理得到的启示
  
  我们要判断物体所做的运动是直线运动还是曲线运动,主要应该从合外力与速度方向的关系上入手。如果物体所受的合外力与物体的合速度方向在一条直线上,则物体必定做直线运动;如果物体所受的合外力与物体的合速度方向没在一条直线上而是存在一定的夹角,则物体必定做曲线运动。因此在运动的合成中判断物体运动形式的方法主要分三部分:
  1.求出分运动受力并进行力的合成
  2.求出分运动分速度并进行速度的合成
  3.比较合外力与合速度的方向关系
  
  三、从基本原理判断物体的运动形式
  
  例题1 判断: 两个匀速直线运动的合运动为匀速直线运动。(√)
  
  分析:因为两个运动均为匀速直线运动,则两个分运动均不受力,那么它们的合成一定为匀速直线运动,其运动方向为V1 和V2的合速度方向。
  例题2 某物体的运动可以分解成互相垂直的两个分运动,其中一个是匀速直线运动,另外一个是初速度为零的匀变速直线运动,那么这个物体实际的运动状态如何?
  
  分析:首先我们应该先从分运动的受力入手,因为匀速直线运动所受外力为零,那么两个分运动所受的合外力即F;又因为匀变速直线运动初速度为零,那么两个分运动的合速度即V,经分析就不难得出:此物体所受的合外力与实际速度没有在一条直线上,故此其一定为曲线运动。(此例为类平抛物体的运动)
  例题3 一个匀速直线运动和一个初速度不为零的匀变速直线运动合成的运动是怎样的运动?
  
  分析:掌握了基本原理后,其实不难看出这是个曲线运动,因为两个分运动的合力为F,而合速度为V1和V2的合成,方向与F的方向一定不在一条直线上,故此合运动一定为曲线运动。
  
  四、思路延伸
  
  1.互相垂直的两个匀变速直线运动,水平方向的初速度为V1,受力为F1;竖直方向的初速度为V2,受力为F2。我们讨论这两个分运动合成后的运动为怎样的运动。
  
  分析:这种情况也是应用基本原理来分析的,只要我们找到α和θ的关系即可。如果F与V方向重合,则α=θ,也能说明合运动为直线运动;如果不重合,说明物体所受的合外力与速度方向没有在一条直线上,则物体做的是曲线运动。
  我们根据三角函数关系同样可以找到合力、合速度与某一方向夹角的正切值,但是在高中物理中一般不涉及到一般三角函数的计算。
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