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环球热门:[高中物理(拓展)]小球/斜面模型运动状态的分析

来源:哔哩哔哩 2023-06-20 11:31:56

今天来更一期有关高中物理中一些运动分析的拓展。

如图:在光滑水平面上放置一斜面,一小球在斜面上,请对小球的运动状态进行讨论

分别对斜面和小球受力分析


(资料图)

其中,为小球对斜面的压力,为斜面对小球的支持力,二者为一对相互作用力(等大反向且垂直于斜面);为地面对斜面的支持力;为斜面倾角

斜面

水平方向:①

方向水平向右

竖直方向:②

小球

沿斜面方向:

垂直斜面方向:

先是分析到此,我们发现正是由于斜面不是固定的,因此小球在垂直于斜面方向也会有位移,故垂直于斜面方向可能存在加速度,因此不能忽略

为方便研究,我们可以考虑换系:从以地面为参考系换为以斜面为参考系

这时小球就会受到与原系中斜面的加速度等大反向的惯性加速度(大小关系:)

在这个参考系下,小球就贴着斜面做直线运动了,即垂直于斜面方向受力平衡。这时再对小球受力分析就方便很多。

沿斜面方向:③

垂直斜面方向:④

联立①②③④,这里有四个未知数,可以先联立①③解出

从而回代②④得出,最终解为:

其中为以斜面为参考系时的加速度,方向沿斜面向下,因此将参考系换回为地面时需要加回(去掉惯性加速度复原),即(注意这里是矢量运算)

由图知

因此可通过取模运算(两边平方再开方)可求出大小,这里就不具体算了

由上述分析知,小球加速度方向恒定,因此小球会做匀变速直线/曲线运动,具体是这两种中的哪种就得看初速度。

若初速度与共线则做匀变速直线运动(轨迹为直线),否则匀变速曲线运动(轨迹为抛物线)。

视频小球从斜面滑下,斜面反冲 中的是情况一(初速度为0也是与共线的一种)

因此小球会向着所指方向做匀加速直线运动

视频小球冲上光滑斜面,轨迹是什么形状呢? 中的是情况二(初速度水平,与不共线)

至于具体的定量分析,那就得建系然后分解速度分解加速度列参数方程了,有空续上

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