14.1 图示半径为r 的半圆形凸轮在水平面上滑动，使直杆OA 可绕轴O 转动。OA=r ，在图示瞬时杆OA 与铅垂线夹角
30=θ，杆端A 与凸轮相接触，点O 与O 1在同一铅直线上，凸轮的的速度为v ，加速度为a
。求在图示瞬时A 点的速度和加速度。并求OA 杆的角速度和角加速度。
14.2 图示机构中AB ＝CD=EF ＝l ，设在图示位置时45θ?==
，杆EF 的角速度为ω，角加速度为0，求此
时杆AB 的角速度与角加速度。
以滑块F 为动点，动系固结于BD 杆上，定系固结于地面，牵连运动为平动。动点的速度矢量合成图如图（a ）所示，则有 e a v v = 而,e AB a v l v l ωω==，所以
AB ωω=（顺时针转向）
。 动点的加速度矢量合成图如图（b ）所示。其中2a a l ω=，22n e AB a l l ωω==，t
e AB a l ε= 将t n a r e e a a a a =++
向水平方向投影得
sin 45cos45sin 45n t a e e a a a =--
22AB εω=-（顺时针转向）
( b )
( a )
14.3 圆盘的半径cm R 32=，以匀角速度s rad 2=ω，绕O 轴转动，并带动杆AB 绕A 轴转动，如图。求机构运动到A 、C 两点位于同一铅垂线上，且
30=α时，AB 杆转动的角速度与角加速度。
14.4 图示平面机构中，杆O 1A 绕O 1轴转动，设O 2B = L ，在图示? = 30°位置时，杆O 1A 的角速度为ω ，角加速度为零。试求该瞬时杆O 2B 转动的角速度与角加速度。
解：以铰链为动点，杆O 1A 为动系。有
ω?ωωL L B O v B
2
1
sin 1e
==?= r e B B B v v v +=， ω?
L v v B B ==
sin e ， 23cos r
ω?L v v B B ==
故 ωω==
B
O v B
21 (逆钟向) [6分] 又 0,32,0e
2r c ===B B B a L v a αωω
221ωωωL L a B == [10分]
由 c
r e e B B B B B B a a a a a a
+++=+ωαωα x ： c cos sin B B B a a a =+??ωα
得 2c
332ωωαL a a a B B B =-=
2213ωαα==
B
O a B
(逆钟向) [15分]
2 v v e =1 v v =AB r v v =0 450 45 v r =N 竞赛资料 点的合成运动习题解 [习题7-1]汽车A 以h km v /401=沿直线道路行驶，汽车B 以h km v /2402=沿另一叉道行驶。求在B 车上观察到的Ａ车的速度。 解： 动点：A 车。 动系：固连于B 车的坐标系。 静系：固连地面的坐标系。 绝对运动：动点A 相对于地面的运动。 相对运动：动点A 相对于B 车的运动。 牵连运动：在动系中，动点与动系的重合点， 即牵连点相对于静系（地面）的运动。当Ａ、 Ｂ两车相遇时，即它们之间的距离趋近于０时， Ａ、Ｂ相重合，Ｂ车相对于地面的速度就是 牵连速度。2v v e =。由速度合成定理得： → →→ +=r e v v v 。用作图法求得： h km v v AB r /40== （↑） 故，Ｂ车上的人观察到Ａ车的速度为h km v v AB r /40==，方向如图所示。 [习题7-2]由西向东流的河，宽1000m ，流速为s ，小船自南岸某点出发渡至北岸，设小船相对于水流的划速为1m/s 。问：（1）若划速保持与河岸垂直，船在北岸的何处靠岸？渡河时间需多久？（2）若欲使船在北岸上正对出发点处靠岸，划船时应取什么方向？渡河时间需多久？ 解：（１） 动点：船。 动系：固连在流水上。 静系：固连在岸上。 绝对运动：岸上的人看到的船的运动。 相对运动：船上的有看到的船的运动。 牵连运动：与船相重合的水体的运动。 绝对速度：未知待求，如图所示的v 。 相对速度：s m v r /1=，方向如图所示。 牵连速度：s m v e /5.0=，方向如图所示。 由速度合成定理得：
自由落体运动 典型例题： 2 例 1 从离地500m 的空中自由落下一个小球，取g= 10m/s ，求：（1）经过多少时间落到地面； （2）从开始落下的时刻起，在第1s 内的位移、最后1s 内的位移； 解析由h=500m 和运动时间，根据位移公式可直接算出落地时间、第1s 内位移和落下一半时间的位移．最后1s 内的位移是下落总位移和前（n—1）s 下落位移之差． 1 [ 解]（1）由h = gt2，得落地时间： 2h 2× 500 t s 10s g 10 （2）第1s 内的位移： 1 2 1 2 h1gt12× 10× 12 5m 1 2 1 2 因为从开始运动起前9s 内的位移为： 1 2 1 2 h9 2gt29 2×10×92m 405m 所以最后1s 内的位移为： h10=h-h 9=500m-405m=95m （3）落下一半时间即t'=5s ，其位移为 121 h5 2gt' 2× 10×25m 125m 说明根据初速为零的匀加速运动位移的特点，由第1s 内的位移h1=5m，可直接用比例关系求出最后1s 内的位移，即 h1∶h10=1∶19 ∴ h 10=19h1=19× 5m=95m 同理，若把下落全程的时间分成相等的两段，则每一段内通过的位移之比：
22 ht/2 ∶ht =1 ∶2 =1∶ 4
11 h t/2 h t ×500m 125m 44 例 2 一个物体从H 高处自由落下，经过最后196m所用的时间是4s，求物体下落所用的总时间T 和高度H是多少取g=9．8m/s2，空气阻力不计． 解析根据题意画出小球的运动示意图（图1）其中t=4s ，h=196m ． 解方法 1 根据自由落体公式 式（1）减去式（2），得 h gTt 21gt2， h 1 gt 2 2 gt 1 196 × 9.8×16 2 2 7s， 9.8×4 H 1 gT2 1×9.8×72 m 2401. m. 22 方法 2 利用匀变速运动平均速度的性质由题意得最后4s 内的平均速度为h 196 v m /s 49m / s. t4 因为在匀变速运动中，某段时间中的平均速度等于中点时刻的速度，所以下落至最后时的瞬时速度为 v't v 49m /s. 由速度公式得下落至最后2s 的时间H高 2s
2- 1凸轮以匀角速度绕°轴转动，杆AB的A端搁在凸轮上。图示瞬时AB杆 处于水平位置，°A为铅直。试求该瞬时AB杆的角速度的大小及转向解：V a V e V r 其中，v e. r2e2 V a V e tg e v e 所以AB a（逆时针） 求当0时，顶杆的速度 2-2.平底顶杆凸轮机构如图所示 转动，轴0位于顶杆轴线上为 R，偏心距OC e, 顶杆AB可沿导轨上下移动， 工作时顶杆的平底始终接触凸轮表面 凸轮绕轴0转动的角速度为 偏心圆盘绕轴0 该凸轮半径 ，0C与水平线成夹角 A
（1）运动分析 轮心C 为动点，动系固结于AB ;牵连运动为上下直线平移，相对运动为与平底 平行直线，绝对运动为绕0圆周运动。 （2）速度分析，如图b 所示 V - V - V a e r 方向 丄OC 1 - 大小 ? ? y 肋二人二 v a cos 第5章 点的复合运动分析 5－1 曲柄OA 在图示瞬时以ω0绕轴O 转动，并带动直角曲杆O 1BC 在图示平面内运动。若d 为已知，试求曲杆O 1BC 的角速度。 解：1、运动分析：动点：A ，动系：曲杆 O 1BC ，牵连运动：定轴转动，相对运动：直线， 绝对运动：圆周运动。 2、速度分析：r e a v v v += 0a 2ωl v =；0e a 2ωl v v == 01e 1ωω == A O v BC O （顺时针） 5－2 图示曲柄滑杆机构中、滑杆上有圆弧滑道，其半径cm 10=R ，圆心O 1在导杆 BC 上。曲柄长cm 10=OA ，以匀角速rad/s 4πω=绕O 轴转动。当机构在图示位置时， 曲柄与水平线交角 30=φ。求此时滑杆CB 的速度。 解：1、运动分析：动点：A ，动系：BC ，牵连运动：平移，相对运动：圆周运动，绝对运动：圆周运动。 2、速度分析：r e a v v v += πω401a =?=A O v cm/s ； 12640a e ====πv v v BC cm/s 5－3 图示刨床的加速机构由两平行轴O 和O 1、曲柄OA 和滑道摇杆O 1B 组成。曲柄 OA 的末端与滑块铰接，滑块可沿摇杆O 1B 上的滑道滑动。已知曲 柄OA 长r 并以等角速度ω转动，两轴间的距离是OO 1 = d 。试求滑块滑道中的相对运动方程，以及摇杆的转动方程。 解：分析几何关系：A 点坐标 d t r x +=ω?cos cos 1 （1） t r x ω?sin sin 1= （2） 习题5-1图 （1）、（2）两式求平方，相加，再开方，得： 1．相对运动方程 t rd r d t r d t rd t r x ωωωωcos 2sin cos 2cos 2 2 222221++=+++= 将（1）、（2）式相除，得： 2．摇杆转动方程： d t r t r += ωω?cos sin tan d t r t r +=ωω?cos sin arctan 5－4 曲柄摇杆机构如图所示。已知：曲柄O 1A 以匀角速度ω1绕轴O 1转动，O 1A = R ，O 1O 2 =b ，O 2O = L 。试求当O 1A 水平位置时，杆BC 的速度。 解：1、A 点：动点：A ，动系：杆O 2A ，牵连运动：定轴转动，相对运动：直线，绝对运动：圆周运动。 1a ωR v A =；2 2122 2a e R b R R b R v v A A += +=ω 2、B 点：动点：B ，动系：杆O 2A ，牵连运动：定轴转动，相对运动：直线，绝对运动：直线。 2 21222e e R b b LR A O B O v v A B += =ω 2 1222e a b LR b R b v v v B B BC ω=+== 5－5 如图示，小环M 套在两个半径为r 的圆环上，令圆环O '固定，圆环O 绕其圆周上一点A 以匀角速度ω转动，求当A 、O 、O '位于同一直线时小环M 的速度。 解：1、运动分析：动点：M ，动系：圆环 O ，牵连运动：定轴转动，相对运动：圆周运动， 绝对运动：圆周运动。 2、速度分析：r e a v v v += ωr v 3e = ωr v v v M =?==30tan e a 5－6 图a 、b 所示两种情形下，物块B 均以速度B υ、加速度a B 沿水平直线向左作平移，从而推动杆OA 绕点O 作定轴转动，OA = r ，?= 40°。试问若应用点的复合运动方法 C 习题5-4图 A v A v 习题5—5图 高一物理自由落体运动同步练习题及答案 题号一、选择 题 二、填空 题 三、实验, 探究题 四、计算 题 总分 得分 一、选择题 11、取一根长2 m 左右的细线，5个铁垫圈和一个金属盘．在线的一端系上第一个垫圈，隔12 cm 再系一个，以后每两个垫圈之间的距离分别为36 cm、60 cm、84 cm，如图所示，站在椅子上，向上提起线的另一端，让线自由垂下，且第一个垫圈紧靠放在地面上的金属盘内．松手 后开始计时，若不计空气阻力，则第2、3、4、5各垫 圈 ( ) A．落到盘上的声音时间间隔越来越大 B．落到盘上的声音时间间隔相等 C．依次落到盘上的速率关系为1∶2∶3∶4 D．依次落到盘上的时间关系为1∶(－1)∶(－)∶(2－) 12、在一高度处同时释放一片羽毛和一个玻璃球，玻璃球先于羽毛到达地面，其最根本的原因是因为 A．它们的重量不等 B．它们的密度不等 C．它们的材料不同 D．它们所受空气阻力的影响不同 13、近年来测重力加速度g值的一种方法叫“对称自由下落法”。具体做法是：将真空长直管沿竖直方向放置，自其中O点向上抛小球又落至原处所用时间为t2，在小球运动过程中经过比O点高h 的B点，小球离开B点至又回到B点所用时间为t1，测得t1、t2、h，则重力加速度的表达式为（） A． B． C． D． 14、伽利略为了研究自由落体的规律，将落体实验转化为著名的“斜面实验”，从而创造了一种科学研究的方法．利用斜面实验主要是考虑到（） A.实验时便于测量小球运动的速度 B. 实验时便于测量小球运动的时间 C. 实验时便于测量小球运动的路程 D. 斜面实验可以通过观察与计算直接得到落体的运动规律 二、填空题22、自由下落的物体，从H 高处自由下落，当物体的运动速度是着地速度的一半时，距地面的高度 为。 23、物体自由下落的总时间是6s，若取g= 10m /s2，则下落的高度是_________m，它在0～2s内下 落的高度是_________m，在2～4s内下落的高度是________m，在4～6s内下落的高度是_________m。 24、用20m/s的初速度竖直上抛一个小球后，又以25m/s的初速度再向上抛出第二个小球，结果两 球在抛出点以上15m处相遇，那么两球抛出的时间相差______________s。 三、实验,探究题 27、某同学用如图甲所示装置测量重力加速度g,所用交流电频率为50 Hz。在所选纸带上取某点为0号计数点，然后每3个点取一个计数点，所以测量数据及其标记符号如题图乙所示。该同学用两种方法处理数据(T为相邻两计数点的时间间隔)： 方法A：由……，取平均值g=8.667 m/s2; 方法B：由取平均值g=8.673m/s2 甲 （1）从实验装置看,操作步骤中释放纸带和接通电源的先后顺序应该 是 _____________________________。 （2）从数据处理方法看，选择方法___________（A或B）更合理，这样可以减少实验的 __________(填“系统”或“偶然”)误差。 （3）本实验误差的主要来源有_________________________________（试举出两条）。 28、（1）小球作直线运动时的频闪照片如图所示． 例1一石块从高度为H处自由下 落，当速度达到落地速度的一半时， 它的下落距离等于（) A. H B. H C. 3H D. 2H 2422 例2.甲物体的重力比乙物体的重力大5倍，甲从Hm高处自由落下, 乙从2H m高处同时自由落下.以下几种说法中正确的是（） A. 两物体下落过程中，同一时刻甲的速率比乙大 B. 下落I s末，它们的速度相等 C. 各自下落I m它们的速度相等 D. 下落过程中甲的加速度比乙大 例3从某一高度相隔1s先后释放两个相同的小球甲和乙，不计空气阻力，它们在空中任一时刻（） A. 甲、乙两球距离始终保持不变，甲、乙两球速度之差保持不变 B. 甲、乙两球距离越来越大，甲、乙两球速度之差也越来越大 C. 甲、乙两球距离越来越大，但甲、乙两球速度之差不变 D. 甲、乙两球距离越来越小，甲、乙两球速度之差也越来越小 例4.某报纸报道，在一天下午，一位4岁小孩从高层楼的15层楼顶坠下，被同楼的一位青年在楼下接住，幸免于难。设每层楼高为3m 这位青年从他所在地方冲到楼下需要的时间是 1.3s，则该青年要接住孩子，至多允许他反应的时间是（g = 10m/s2）: A、3.0s B、1.7s C、2.7s D、1.3s 例5.从地面高500m的高空自由下落一个小球，取g= 10m/s2，求：（1）经过多少时间落到地面 (2) 落下一半位移的时间。 (3) 从开始下落时刻起，在第1s 内的位移和最后1s 内的位移。 例6. 一个物体从塔顶上下落，在到达地面前最后1s 内通过的位移是 2 整个位移的9/25，塔高为多少米(g = 10m/s) 例6.水滴自屋檐静止滴下，测得它经过屋檐下高为1.4m 的窗户，历 时0.2s 。不计空气阻力，取g=10m/s 2，则窗台下离屋檐的高度是多 少 例7.用绳拴住木棒AB 的A 端，使木棒在竖直方向上静止不动。在悬 点A 端正下方有一点C 距A 端0.8m 。若把绳轻轻剪断，测得 A B 两 端通过C 点的时间差是0.2s 。重力加速度g=10m/s2。求：木棒AB 的长度？ 例8. 一条铁链AB 长为0.65m ,悬于A 端试其自由下垂， 然后让它自由下落。求整个铁链通过悬点下方2.45m 处的 小孔时 需要的时间是多少不计空气阻力，取 g=10m/s 2 提示 铁链通过小孔时需要的时间，等于A 端到达小 孔的 时间与B 端到达小孔的时间之差。 解析设铁链A 端到达小孔的时间与B 端到达小孔的时间分别为 t A 与t B ，则由自由落体运动位移公式x -2gt 2，可得 h h l t 2h A t 2(h A l) 又 h A h B 1，可得 t A , t p h A fgt A , h B B 图 2-28 14.1 图示半径为r 的半圆形凸轮在水平面上滑动，使直杆OA 可绕轴O 转动。OA=r ，在图示瞬时杆OA 与铅垂线夹角 30=θ，杆端A 与凸轮相接触，点O 与O 1在同一铅直线上，凸轮的的速度为v ，加速度为a 。求在图示瞬时A 点的速度和加速度。并求OA 杆的角速度和角加速度。 14.2 图示机构中AB ＝CD=EF ＝l ，设在图示位置时45θ?== ，杆EF 的角速度为ω，角加速度为0，求此 时杆AB 的角速度与角加速度。 以滑块F 为动点，动系固结于BD 杆上，定系固结于地面，牵连运动为平动。动点的速度矢量合成图如图（a ）所示，则有 e a v v = 而,e AB a v l v l ωω==，所以 AB ωω=（顺时针转向） 。 动点的加速度矢量合成图如图（b ）所示。其中2a a l ω=，22n e AB a l l ωω==，t e AB a l ε= 将t n a r e e a a a a =++ 向水平方向投影得 sin 45cos45sin 45n t a e e a a a =-- 22AB εω=-（顺时针转向） ( b ) ( a ) 14.3 圆盘的半径cm R 32=，以匀角速度s rad 2=ω，绕O 轴转动，并带动杆AB 绕A 轴转动，如图。求机构运动到A 、C 两点位于同一铅垂线上，且 30=α时，AB 杆转动的角速度与角加速度。 14.4 图示平面机构中，杆O 1A 绕O 1轴转动，设O 2B = L ，在图示? = 30°位置时，杆O 1A 的角速度为ω ，角加速度为零。试求该瞬时杆O 2B 转动的角速度与角加速度。 解：以铰链为动点，杆O 1A 为动系。有 ω?ωωL L B O v B 2 1 sin 1e ==?= r e B B B v v v +=， ω? L v v B B == sin e ， 23cos r ω?L v v B B == 第五章 点的合成运动 本章要点 一、绝对运动、相对运动和牵连运动 一个动点， 两个参照系： 定系，动系； 三种运动：绝对运动、相对运动和牵连运动， 包括三种速度：绝对速度、相对速度和牵连速度； 三种加速度：绝对加速度、相对加速度和牵连加速度； 牵连点：动参考系上瞬时与动点相重合的那一点称为动参考系上的牵连点。 二、速度合成定理 动点的绝对速度，等于它在该瞬时的牵连速度与相对速度的矢量和，即 r e a v v v += 解题要领 1 定系一般总是取地面，相对定系运动的物体为动系，动点不能在动系上. 2 牵连速度是牵连点的速度. 3 速度合成定理中的三个速度向量，涉及大小方向共六个因素，能且只能存在两个未知数方能求解，因此，至少有一个速度向量的大小方向皆为已知的. 4 作速度平行四边形时，注意作图次序：一定要先画大小方向皆为已知的速度向量，然后再根据已知条件画上其余两个速度向量，特别注意，绝对速度处于平行四边形的对角线位置. 5 用解三角形的方法解速度合成图. 三、加速度合成定理 1 牵连运动为平移时的加速度合成定理 当牵连运动为平移时，动点的绝对加速度等于牵连加速度与相对加速度的矢量和，即 r e a a a a +=， 当点作曲线运动时，其加速度等于切向加速度和法向加速度的矢量和，因此上式还可进一步写成 n r t r n e t e n a t a a a a a a a +++=+ 其中 t v a d d a t a =，a 2a n a ρv a =，t v a d d e t e =，e 2e n e ρv a =，t v a d d r t r =，r 2r n r ρv a =，r e a ,,ρρρ依次为绝 对轨迹、牵连轨迹和相对轨迹的曲率半径。 自由落体运动典型例题 [例1]从离地500m的空中自由落下一个小球，取g= 10m/s2，求： （1）经过多少时间落到地面； （2）从开始落下的时刻起，在第1s内的位移、最后1s内的位移； （3）落下一半时间的位移. [分析]由h=500m和运动时间，根据位移公式可直接算出落地时间、第1s内位移和落下一半时间的位移.最后1s内的位移是下落总位移和前（n—1）s下落位移之差. （2）第1s内的位移： 因为从开始运动起前9s内的位移为： 所以最后1s内的位移为： h10=h-h9=500m-405m=95m （3）落下一半时间即t'=5s，其位移为 [说明]根据初速为零的匀加速运动位移的特点，由第1s内的位移h1=5m，可直接用比例关系求出最后1s内的位移，即 h1∶h10=1∶19 ∴ h10=19h1=19×5m=95m 同理，若把下落全程的时间分成相等的两段，则每一段内通过的位移之比： h t/2∶h t=12∶22=1∶4 [例2]一个物体从H高处自由落下，经过最后196m所用的时间是4s，求物体下落H高所用的总时间T和高度H是多少？取g=9.8m/s2，空气阻力不计. [分析]根据题意画出小球的运动示意图（图1）其中t=4s， h=196m. [解]方法 1 根据自由落体公式 式（1）减去式（2），得 方法2 利用匀变速运动平均速度的性质由题意得最后4s内的平均速度为 因为在匀变速运动中，某段时间中的平均速度等于中点时刻的速度，所以下落至最 后2s时的瞬时速度为 由速度公式得下落至最后2s的时间 方法3 利用v－t图象 画出这个物体自由下落的v-t 图，如图2所示.开始下落后经时间（T—t）和T后的速度分别为g（T-t）、 gT. 图线的AB段与t轴间的面积表示在时间t内下落的高度h.。由 第七章点的合成运动习题解析［习题7-1］汽车A以V i 40km/h沿直线道路行驶，汽车B以V2 4O.._2km/h沿另一叉道行驶。 求在B车上观察到的A车的速度。 解： 动点：A车。 动系：固连于B车的坐标系。 静系：固连地面的坐标系。 绝对运动：动点A相对于地面的运动。 相对运动：动点A相对于B车的运动。 牵连运动：在动系中，动点与动系的重合点，即牵连点相对于静系（地面）的运动。当A、 E两车相遇时，即它们之间的距离趋近于0时， A、E相重合，E车相对于地面的速度就是 牵连速度。V e V2。由速度合成定理得： V V e V r。用作图法求得： v r V AB 40km/ h （f） 故，E车上的人观察到A车的速度为V r V AB ［习题7-2］由西向东流的河， 相对于水流的划速为1m/s。问：（1）若划速保持与河岸垂直，船在北岸的何处靠岸？渡河时间需多久？（2）若欲使船在北岸上正对出发点处靠岸，划船时应取什么方 向？渡河时间需多久？解：（1） 动点：船。 动系：固连在流水上。 静系：固连在岸上。 绝对运动：岸上的人看到的船的运动。相对运动：船上的有看到的船的运动。牵连运动：与船相重合的水体的运动。绝对速度：未知待求，如图所示的V。 相对速度：V r1m/s，方向如图所示。牵连速度：V e 0.5m/s，方向如图所示。由速度合成定理得： V V e V r 40km/h，方向如图所示。 宽1000m,流速为0.5m/s ,小船自南岸某点出发渡至北岸，设小船 V r v .. V V -： 0.52 12 1.118(m/s) arcta n 土 V e 1 arcta n —— 0.5 AC 1000 1000 500( m),即，船将在北岸下流5 0 0 tan 2 n 处靠岸。如图所示，A 为出 渡河所花的时间： t 1 1000m 1000(s) 16 分 40 秒 1m/ s 发点，E 为靠岸点。 (2) ? V e . 0.5 arcs in arcs in v r 1 v . v ； v ； 12 0.52 即船头对准方向为北偏西 300 渡河所花的时间： t 2 1000 m 1155( s) 19 分 15秒 0.866m/ s 300 0.866(m/s) ［习题7-3］播种机以匀速率 w 1m/s 直线前进。种子脱离输种管时具有相对于输种管的速度 v ； 2m/s 。求此时种子相对于地面的速度，及落至地面上的位置与离开输种管时的位置之间 水平距离。 解： 动点：种子。 动系：固连于输种管的坐标系。 静系：固连于地面的坐标系。 绝对速度：种子相对于地面的速度，未知待求。 相对速度：v r v 2 2m/ s 牵连速度：v e v 1 1m/s v v e 5 v 12 22 2 1 2cos120° 2.65(m/s) 63.435° 第5章 点得复合运动分析 5－1 曲柄OA 在图示瞬时以ω0绕轴O 转动,并带动直角曲杆O 1BC 在图示平面内运动。若d 为已知,试求曲杆O 1BC 得角速度。 解:1、运动分析:动点:A ,动系:曲杆O 1BC ,牵连运动:定轴转动,相对运动:直线,绝对运动:圆周运动。 2、速度分析: ; (顺时针) 5－2 图示曲柄滑杆机构中、滑杆上有圆弧滑道,其半径, 圆心O 1在导杆上。曲柄长,以匀角速绕O 轴转动。 当机构在图示位置时,曲柄与水平线交角。求此时滑杆CB 得速度。 解:1、运动分析:动点:A ,动系:BC ,牵连运动:平移,相对运动:圆周运动,绝对运动:圆周运动。 2、速度分析: cm/s; cm/s 5－3 图示刨床得加速机构由两平行轴O 与 O 1、曲柄OA 与滑道摇杆O 1B 组成。曲柄OA 得末端与滑块铰接,滑块可沿摇杆O 1B 上得滑道滑动。已知曲柄OA 长r 并以等角速度转动,两轴间得距离就是OO 1 = d 。试求滑块滑道中得相对运动方程,以及摇杆得转动方程。 解:分析几何关系:A 点坐标 (1) (2) (1)、(2)两式求平方,相加,再开方,得: 1.相对运动方程 将(1)、(2)式相除,得: 2.摇杆转动方程: 5－4 曲柄摇杆机构如图所示。已知:曲柄O 1A 以匀角速度ω1 绕轴O 1转动,O 1A = R ,O 1O 2 =b ,O 2O = L 。试求当O 1A 水平位置时,杆BC 得速度。 解:1、A 点:动点:A ,动系:杆O 2A ,牵连运动:定轴转动,相对运动:直线,绝对运动:圆周运动。 ; 2、B 点:动点:B ,动系:杆O 2A ,牵连运动:定轴转动,相对运动:直线,绝对运动:直线。 5－5 如图示,小环套在两个半径为得圆环上,令圆环固定, 圆环绕其圆周上一点以匀角速度转动,求当、、位于同一直线时 小环M 得速度。 解:1、运动分析:动点:M ,动系:圆环O ,牵连运动:定轴转动, L ω1 O 1 A B O 2 C O v A e v B e v A a v B a v B r v A r 习题54图 C l l θ ω0 O A v a v r v e 习题51图 O 习题52图 v a v r v e 习题53图 O 习题5—5图 v e v a v r 自由落体运动习题课 1．关于自由落体运动的加速度，下列说法中正确的是（） A、重的物体下落的加速度大 B、同一地点，轻、重物体下落的加速度一样大 C、这个加速度在地球上任何地方都一样大 D、这个加速度在地球赤道比在地球北极大 2．下列关于自由落体运动的说法中正确的是（） A、物体沿竖直方向下落的运动是自由落体运动 B、物体初速度为零，加速度为9.8m/s2的运动是自由落体运动 C、物体只在重力作用下从静止开始下落的运动是自由落体运动 D、物体在重力作用下的运动是自由落体运动 3．甲、乙两物体质量之比为m甲∶m乙 = 5∶1，甲从高H处自由落下的同时乙从2H处自由落下，不计空气阻力，以下说法错误的是（） A．在下落过程中，同一时刻二者速度相等 B．甲落地时，乙距地面的高度为H 2 C．甲落地时，乙的速度的大小为gH D．甲、乙在空中运动的时间之比为1∶2 4．把自由落体物体的总位移分成相等的三段，则按由上到下的顺序经过这三段位移所需时间之比是( ) A.1∶3∶5 B.1∶4∶9 C.1∶2∶3 D.1∶(2-1)∶(3-2) 5、一个石子从高处释放，做自由落体运动，已知它在第1 s内的位移大小是h，则它在第3 s 内的位移大小是多少？ 6．小球自某一高度自由落下，它落地时的速度与落到一半高度时的速度之比是多少？ 7．一观察者发现，每隔一定时间有一个水滴自8 m高处的屋檐落下，而且看到第五滴水刚要离开屋檐时，第一滴水正好落到地面，那么这时第二滴水离地的高度是多少？（g取10m/s2） 8．一物体从某一高度自由下落，经过一高度为2m的窗户用时0.4s,g取10m/s2.则物体开始下落时的位置距窗户上檐的高度是多少？ 9．一条铁链长5 m，铁链上端悬挂在某一点，放开后让它自由落下，铁链经过悬点正下方25 m处某一点所用的时间是多少？(取g=10 m/s2) 10、一个小物体从楼顶开始做自由落体运动，已知它第一秒内的位移恰为它最后一秒内位移的一半，g取10m/s2，则它开始下落时距地面的高度为多少？ 11.跳伞运动员做低空跳伞表演，他离开飞机后先做自由落体运动，当距地面125米时打开降落伞，开伞后运动员就以大小为14.3米/二次方秒的加速度做匀减速运动，到达地面时速度为5米/秒。 问：（1）运动员离开飞机瞬间距地面的高度为多少？ 一、基本知识点 知识点1、运动得合成与分解得几个概念：如果某物体同时参与几个运动，那么这个物体实际得运动就叫做那几个运动得,那几个运动叫做这个实际运动得。已知分运动情况求合运动得情况叫运动得,已知合运动情况求分运动情况叫运动 得. 知识点2、运动合成与分解其实质就是对运动物体得位移、速度与加速度得合成与分解,使用规则就是：平行四边形法则. 要注意：①合运动一定就是物体得实际运动。 ②分运动之间没有相互联系（独立性).?③合运动与分运动所用得时间相等(同时性）。 ④等效性:各分运动得规律叠加起来与合运动规律有完全相同得效果.?⑤合运动与分运动得位移、速度、加速度都遵守平行四边形法则。 过关练习1 1。降落伞在下落一段时间后得运动就是匀速得，无风时，某跳伞运动员得着地速度为4ｍ／s,现在由于有沿水平方向向东得影响，跳伞运动员着地得速度5m/s,那么风速( ）Ａ。3m／s B．4ｍ/s C．5m/s D.1m／ｓ 2.某人以一定得速率垂直河岸将船向对岸划去，当水流匀速时，关于她过河所需得时间、发生位移与水速得关系就是（)?A。水速小时，位移小，时间短B．水速大时，位移大，时间长 Ｃ．水速大时,位移大,时间不变D。位移、时间与水速无关。 知识点３：合运动得性质由分运动得性质决定 ①两个匀速直线运动得合运动就是运动 ②两个初速度为零得匀加速直线运动得合运动就是运动。 ③一个匀速直线运动与一个匀变速直线运动得合运动可能就是运动，也可能就是 ④两个匀变速直线运动得合运动可能就是运动，也可能就是 过关练习２： 1．一个质点同时参与互成一定角度得匀速直线运动与匀变速直线运动,该质点得运动特征就是（）?A。速度不变B．运动中得加速度不变C．轨迹就是直线D。轨迹就是曲线 2。若一个物体得运动就是两个独立得分运动合成得，则（） Ａ．若其中一个分运动就是变速运动,另一个分运动就是匀速直线运动,则物体得合运动一定就是变速运动 B．若两个分运动都就是匀速直线运动,则物体得合运动一定就是匀速直线运动 C.若其中一个就是匀变速直线运动,另一个就是匀速直线运动，则物体得运动一定就是曲线运动 D。若其中一个分运动就是匀加速直线运动,另一个分运动就是匀减速直线运动,合运动可以 第14章 点的复合运动 工程力学学习指导 第14章 点的复合运动 由于运动的相对性，在不同的参考系中，对于同一动点，其运动方程、速度和加速度是不相同的。许多力学问题中，常常需要研究一点在不同参考系中的运动量(速度和加速度)的相互关系。 本章用定、动两种参考系，描述同一动点的运动；分析两种结果之间的相互关系，建立点的速度合成定理和加速度合成定理。 点的运动的合成与分解是运动分析方法的重要内容，在工程运动分析中有着广泛的应用；同时可为相对运动动力学提供运动分析的理论基础；点的复合运动分析方法还可推广应用于分析刚体的复合运动。本章是“工程运动学基础” 篇的重点内容。 14.1 教学要求与学习目标 1. 准确理解本章阐述的若干概念，如：动点、动系、三种运动、三个速度、三个加速度以及科氏加速度等。尤其要注意牵连速度、牵连加速度与科氏加速度的概念与计算。 2.明确动点与动系的选择原则，能在具体问题中恰当地选择动点与动系，并正确地分析三种运动。 3. 应用速度、加速度合成定理解题时，能正确地确定各已知量，明确问题的可解性（未知量数目与方程数相等）。使用投影式时会选择恰当的投影轴。 14.2 理 论 要 点 14.2.1 动点、定系、动系与三种运动 一般工程问题中，通常将固连在地球或相对地球不动的机架上的坐标系， 称为定参考系,简称定系，以Oxyz 坐标系表示；固定在其他相对于地球运动的参考体上的坐标系称为动参考系，简称动系，以z y x O ′′′′坐标系表示。 所研究的点称为动点。 动点（研究对象）相对于定系的运动，称为动点的绝对运动。动点相对于定系的运动速度和加速度，分别称为动点的绝对速度和绝对加速度，分别用符号a v 和a a 来表示。 动点相对于动系的运动，称为动点的相对运动。动点相对于动系的运动速度和加速度，分别称为动点的相对速度和相对加速度，分别用符号r v 和r a 来表示。 动系相对于定系的运动，称为牵连运动。 由于除了刚体平移以外，一般情形下，刚体上各点的运动并不相同。动系上每一瞬时与动点相重合的那一点，称为瞬时重合点（又称牵连点）。由于动点相对于动系是运动的，因此，在不同的瞬时，牵连点是动系上的不同点。 动系上牵连点相对定系的运动速度和加速度，定义为动点的牵连速度和牵连加速度，分别用符号e v 和e a 表示。 需要注意的是： 1) 动点的绝对运动和相对运动都是指点的运动，它可能作直线运动或曲线运动；而牵连运动则是指动系的运动，实际上是其所固连的参考体——刚体的运动，牵连运动可能是平移、定轴转动或其他较复杂的运动； 2) 牵连速度（加速度）是指牵连点的（绝对）速度（加速度），而牵连运动是指动参考体——刚体的运动。这在概念上是不同的，而其联系是牵连点是动参考体上的瞬时重合点； 3) 分析这三种运动时，必须明确：以哪一物体作为参考系。 14.2.2 速度、加速度合成定理 1. 速度合成定理 动点的绝对速度等于其牵连速度与相对速度的矢量和，即 a v =e v +r v 由于证明时没有对绝对运动和相对运动轨迹形状作任何限制，也没有对牵连运动为何种刚体运动作限制，因此速度合成定理对各种运动都是适用的。 第 5 章点的合成 运动 习题解答0 8 08 1 4 第五章点的合成运动 本章要点 一、绝对运动、相对运动和牵连运动 一个动点， 两个参照系：定系，动系； 三种运动：绝对运动、相对运动和牵连运动， 包括三种速度：绝对速度、相对速度和牵连速度； 三种加速度：绝对加速度、相对加速度和牵连加速度； 牵连点：动参考系上瞬时与动点相重合的那一点称为动参考系上的牵连点。 二、速度合成定理 动点的绝对速度，等于它在该瞬时的牵连速度与相对速度的矢量和，即 V a V e V r 解题要领 1定系一般总是取地面，相对定系运动的物体为动系，动点不能在动系上. 2牵连速度是牵连点的速度? 3速度合成定理中的三个速度向量，涉及大小方向共六个因素，能且只能存在两个未知数方能求解，因此，至少有一个速度向量的大小方向皆为已知的. 4作速度平行四边形时，注意作图次序：一定要先画大小方向皆为已知的速度向量，然后再根据已知条件画上其余两个速度向量，特别注意，绝对速度处于平行四边形的对角线位置. 5用解三角形的方法解速度合成图. 三、加速度合成定理 1牵连运动为平移时的加速度合成定理 当牵连运动为平移时，动点的绝对加速度等于牵连加速度与相对加速度的矢量和，即 a a a e a r ， 当点作曲线运动时，其加速度等于切向加速度和法向加速度的矢量和，因此上式还可进一步写成 a；a a a e n t n a e a r a r 其中a；dv；，n a a 2 V a t dV e n ，a e ，a e 2 V e a t ，a r dV r ，a n 2 v ■ ? a, e, r依次 dt a dt e dt r 为绝对轨迹、牵连轨迹和相对轨迹的曲率半径。 解题要领 1牵连运动为平移时的加速度合成定理只对“牵连运动为平移时”成立，因此，判定牵连运动是否为平移至关重要. 2牵连运动为平移时的加速度合成定理涉及的三个加速度，每一加速度都可能有切 向和法向加速度。但是，法向加速度只与速度有关，因此，可以通过速度分析予以求解，从而在此处是作为已知的。剩下的三个切向加速度的大小方向共有六个因素，能且只能有2个未知量时方可求解。 3因加速度合成定理涉及的矢量较多，一般不用几何作图的方法求解，而是列投影式计算，千万不能写成“平衡方程”的形式。 4在加速度分析中，因动点和动系的选择不当而出现了一种似是而非的分析过程。 教材中例5.3.5的一个典型错误解法如下： 例：半径为r的半圆凸轮移动时，推动靠在凸轮上的杆0A绕0轴转动，凸轮底面直径DE的延长线通过0点，如图所示。若在30的图示瞬时位置，已知凸轮 向左的移动速度为u，加速度为a且与u反向，求此瞬时0A杆的角速度与角加速度。 10图示倾角?=30°的尖劈以匀速u =200 mm/s 沿水平面向右运动，使杆OB 绕O 轴转动， mm r =。求当?θ=时，杆OB 的角速度和角加速度。 解：取尖劈为动系，杆上B 为动点，其牵连运动为水平直线运动，相对运动为沿尖劈斜面的直线运动，绝对运动为绕O 点的圆周运动。速度分析如图(a)所示。 e v B v r v 由速度合成公式及几何关系可得： sin 30sin120e B v v == 故杆OB 的角速度为： 1/rad/s 3 B v r ω== 加速度分析如图(b)所示，其中0e a =，2Bn a r ω=。加速度合成公式为： B Bn e r τ+=+a a a a e a B τa r a Bn a 将上式向垂直于r a 的方向投影，得： sin30cos300Bn B a a τ+= 2B a r τ= 故杆OB 的角加速度为： 2rad/s B a r τε= = （顺时针） 12小环M 同时与半径为r 的两圆环如图相交，圆O ' 固定，圆环O 绕其圆周上一点A 以匀角速度ω转动。求当A 、O 、O ' 位于同一直线时两圆环交点M 的速度大小与加速度大小。 解： 取圆环O 为动系，M 点为动点，牵连运动为绕A 点的圆周运动，相对运动为沿圆环O 的圆周运动，绝对运动为沿则圆O ' 的圆周运动，速度分析如图(a)所示，其中e v ω。由几何关系可知，30MAO MBO '∠=∠= ，60MO O '∠= ，连线AM 为圆O '的切线，MB 为圆O 的切线。 v e v r v B (a) 速度合成公式为： e r =+v v v （1） 因此有： cot 60e v v r ω== /cos602r v v r ω== 加速度分析如图(b)所示，其中2 e a ω=，2 4c a r ω=，22 4r rn v a r r ω==，22n v a r r ω==。 第五章 点的合成运动 本章要点 一、绝对运动、相对运动和牵连运动 一个动点， 两个参照系： 定系，动系； 三种运动：绝对运动、相对运动和牵连运动， 包括三种速度：绝对速度、相对速度和牵连速度； 三种加速度：绝对加速度、相对加速度和牵连加速度； 牵连点：动参考系上瞬时与动点相重合的那一点称为动参考系上的牵连点。 二、速度合成定理 & 动点的绝对速度，等于它在该瞬时的牵连速度与相对速度的矢量和，即 r e a v v v += 解题要领 1 定系一般总是取地面，相对定系运动的物体为动系，动点不能在动系上. 2 牵连速度是牵连点的速度. 3 速度合成定理中的三个速度向量，涉及大小方向共六个因素，能且只能存在两个未知数方能求解，因此，至少有一个速度向量的大小方向皆为已知的. 4 作速度平行四边形时，注意作图次序：一定要先画大小方向皆为已知的速度向量，然后再根据已知条件画上其余两个速度向量，特别注意，绝对速度处于平行四边形的对角线位置. 5 用解三角形的方法解速度合成图. 三、加速度合成定理 1 牵连运动为平移时的加速度合成定理 · 当牵连运动为平移时，动点的绝对加速度等于牵连加速度与相对加速度的矢量和，即 r e a a a a +=， 当点作曲线运动时，其加速度等于切向加速度和法向加速度的矢量和，因此上式还可进一步写成 n r t r n e t e n a t a a a a a a a +++=+ 其中 t v a d d a t a =，a 2a n a ρv a =，t v a d d e t e =，e 2e n e ρv a =，t v a d d r t r =，r 2r n r ρv a =，r e a ,,ρρρ依次为绝 习 题 7-1 如图7-26所示，光点M 沿y 轴作谐振动，其运动方程为：x = 0，)cos(θω+=t A y ，式中，A 、ω、θ均为常数。如将点M 投影到感光记录纸上，此纸以等速v e 向左运动，试求点在记录纸上的轨迹。 图7-26 t v x e =' )c o s ()c o s (e θωθω+'=+=='x v A t A y y 7-2 用车刀切削工件的端面，车刀刀尖M 的运动方程为 t b x ωsin =，其中b 、ω为 常数，工件以等角速度ω逆时针方向转动，如图7-27所示。试求车刀在工件端面上切出的痕迹。 图7-27 t b t y t x x ωωωsin sin cos ='-'= 0c o s s i n ='+'=t y t x y ωω 解得 )2s i n (2 c o s s i n s i n t a n c o s s i n t b t t b t t t t b x ωωωωωωω==+=' ]1)2[cos(2 sin tan 2-=-='-='t b t b t x y ωωω 4 )2()(2 22b b y x = +'+' 7-3 河的两岸相互平行，如图7-28所示。设各处河水流速均匀且不随时间改变。一船 由点A 朝与岸垂直的方向等速驶出，经过10 min 到达对岸，这时船到达点B 的下游120 m 处的点C 。为使船A 能垂直到达对岸的点B ，船应逆流并保持与直线AB 成某一角度的方向航行。在此情况下，船经12.5 min 到达对岸。试求河宽L 、船相对于水的相对速度v r 和水的流速v 的大小。 图7-28 m/s 2.0600120== v 600r L v = 船A 能垂直到达对岸的点B 750a L v = 2 a 22r v v v += 2222.0)750 ()600(+=L L m 200)750 1()6001(2 .022=-=L m/s 31r =v 7-4 半径R = 60mm 的半圆管BC 绕定轴OO 1按规律)5(t t -=?转动，点在管内运动， 第5章点的复合运动 5.1复合运动中的基本概念 5.2复合运动中的运动方程之间的关系 5.3复合运动中的速度之间的关系 一、目的要求： 1、使学生了解速度和加速度的矢量式 2、理解绝对运动，相对运动和牵连运动 3、使学生对合成运动问题能恰当地选择动点，动系和定系，并能较正确的判定点的绝对，相对和牵连运动 4、使学生掌握速度合成定理，并能较正确应用它解点的速度合成运动问题。 二、重点：绝对运动，相对运动和牵连运动的概念，速度合成定理及其应用。 难点：牵连运动，牵连点，动点，动系的选择 三、学时安排：4学时 四、教学准备：幻灯片 五、教学过程 导入新课： 5.1复合运动中的基本概念 一、概念： 1、静参考系：固定在地球上的坐标。 2、动参考系：固定在其它相对于地球运动的参考体上的坐标， 3、复杂运动：研究物体相对于不同参考系的运动，分析物体相对于不同参考系运动之间的关系，可称为复杂运动和合成运动。 实例之一：小船自左岸边A向后岸边B点运动，河水以均匀速度v运动，小船最终到到右岸的D点。 （1）动系中小船对动系来说是直线运动，从 （2）静系中：动系对静系则是直线运动。小船从A→B，C→D。 （3）同时性：先假设河水不动，则小船从A划到B：在假设人不划船，小船随河水漂流到下游D处。实际上小船和水是同时运动的，小船动点的运动是上述两个简单运动的合成 C A v 图5-1 小船的复合运动图5-2车轮轮缘上点M的复合运动实例之二：研究沿地面作直线滚动的车轮轮缘上点M的运动（1）静系中：动点的轨迹是旋轮线车厢作直线运动 （2）动系中：M 动点作圆周运动 （3）运动的同时性，M点运动和平动是同时进行的，M点既跟随着动系一起平动，又在动系上作圆周运动。旋轮线就是这两个运动的合成运动的轨迹，轮缘上M点的运动就是这两个简单理论力学课后习题答案_第5章__点的复合运动分析)
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