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转换参考系要注意什么(转换参考系法)

通常有两个同时运动,为了减少运动的复杂性,会选择其中一个运动的物体作为参考系,就要转换参考系,进行伽利略变换.

参考系不一定是不动的,只是假定为不动的物体.

选择不同的参考系物体运动情况可能不同,但也可能相同.

在运动学中必须统一参考系.(即位移、速度、加速度等物理量都要相对同一参考系)

参考系转换通用公式:

相对即矢量相减

如:A、B两物体同时运动,选B为参考系,则B是静止的,A相对B的速度为VA-VB(矢量差),相对加速度、相对位移也是同样的道理.

两物体速度相同(包括方向),叫做相对静止;两物体加速度相同(包括方向),叫做相对做匀速直线运动.

例题:一小船在河中逆水划行,经过某桥下时一草帽落于水中顺流而下,半小时后划船人才发觉,并立即掉头追赶,结果在桥下游8km处追上草帽,求水流速的大小设船掉头时间不计,划船速率及水流速率恒定.求:

1、掉转船头后经过多长时间划船人才能与草帽相遇

2、水流速度的大小

【解析】1、若以水为参考系,则落水的草帽是静止的,桥、河岸是向上游运动的,又由于船的速率不变,所以,船向上游与向下游运动时间相等,

即掉转船头后经过半小时划船人才能与草帽相遇.

2、由1知:从草帽落水到划船人追上草帽一共用时t=1h,而草帽运动的距离是L=8km,所以,水速V=L/t=8km/1h=8km/h.

例题:一列长l为的队伍,行进速度为v₁,通讯员从队伍尾以速度v₂赶到排头,又立即以速度v₂返回队尾.求

①这段时间里队伍前进的距离;

②这段时间里通讯员的位移大小;

③这段时间里通讯员的路程.

【解析】

位移大小为起点到终点的距离,通讯员起点在队尾,终点也在队尾,所以通讯员位移即队尾移动的位移.

通讯员的路程s′=v₂t.

例题:某航空母舰上的战斗机起飞过程中最大加速度a=4.5m/s²,飞机速度要达到v₀=60m/s才能起飞,航空母舰甲板长为L=289m,为使飞机安全起飞,航空母舰应以一定速度航行,以保证飞机安全起飞.求母舰的最小速度v是多少?(设飞机起飞时对航空母舰的状态没有影响,飞机的运动可看成是匀加速运动)

例题:一列火车由等长的车厢连接而成.一人站在月台上与第一节车厢的前端相齐平,当列车做初速为零的匀加速直线运动时,测得第一节车厢通过的时间为2s,问他测到的从第5节(第4节车尾)至第16节(第16节车尾)车厢通过的时间为多少?

【解析】转换参考系,以车为参考系

例题:火车以速度v₁匀速行驶,司机发现前方同轨道上相距s处有另一火车沿同方向以速度v₂(对地,且v₁>v₂)做匀速运动,司机立即以加速度a紧急刹车,要使两车不相撞,a应满足什么条件?

例题:如图所示,

A、B两棒各长1m,A吊于高处,B竖直置于地面上,A的下端距地面21m.现让两棒同时开始运动,A自由下落,B以20m/s的初速度竖直上抛,若不计空气阻力,g取10m/s²,则两棒从一端相遇到另一端分离所经过的时间t为()

A.0.05s

B.0.1s

C.0.2s

D.0.4s

【解析】两物体相对做匀速直线运动,

例题:如图所示,

生产车间有两个相互垂直且等高的水平传送带甲和乙,甲的速度为v₀.质量均为m的工件离开甲前与甲的速度相同,并平稳地传到乙上,工件与乙之间的动摩擦因数为μ.乙的宽度足够大,重力加速度为g.

(1).若乙保持静止,求某工件在乙上滑行的距离.

(2).若乙的速度也为v₀,求:

①刚滑上乙时,某工件受到摩擦力的大小和方向;

②某工件在乙上垂直于传送带乙的运动方向滑行的距离;

③某工件在乙上滑行的过程中产生的热量.

例题:李明同学放学回家,正碰上刮风下雨,他以18km/h的速度由西向东快跑,此时他发现了一个奇怪的现象,雨滴呈竖直下落状态,请你确定,这时刮的是什么风,风速是多大?

【解析】

人看到、感觉雨滴怎么下落,烟怎么冒起都是以自己为参考系.

地面上刮风时,风的速度方向与地面平行,即沿水平方向,此时若下雨,则雨滴一方面由于受重力作用而沿竖直方向下落。另一方面,又由于风对它的作用使它沿水平方向也发生运动。可以想象,当雨滴在水平方向的运动速度小于风的速度时,在水平方向上风相对于雨滴总是有向前的速度,由此风还会把雨滴向前带动使之具有更大的水平方向的速度,只有当两者在水平方向的速度相等时,两者在水平方向上方无相互作用,雨滴在水平方向上的速度才不会再变化。所以,若把风中的雨滴下落的运动分成水平和竖直两个方向来看,则雨滴将一方面以某一速度沿竖直方向下落,另一方面则具有一个和风速相同的水平方向的速度随风一道运动。人在雨中奔跑的速度是沿水平方向的,他若感到此时雨滴是沿竖直方向下落,表明此时人与雨滴之间在水平方向上没有相对运动,即人和雨滴在水平方向上的速度是相同的,又由上分析知此时雨滴在水平方向上的速度与风速相同,可见此时人奔跑的速度与风的速度相同。故知此时刮的是西风,风速是18km/h,即5m/s。

例题:一列以速度v匀速行驶的列车内有一光滑水平桌面,桌面上A处有一相对桌面静止的小球.由于列车运动状态的改变,车厢中的旅客发现小球沿如图(俯视图)中的虚线从A点运动到B点,则说明列车是减速且在向南拐弯的图是(B)

【本题需考虑惯性力】

例题:如图所示,

A船从港口P出发去拦截正以速度v₀沿直线匀速航行的船B,P与B所在航线的垂直距离为a,A船起航时,B船与P的距离为b(b>a),若忽略A船启动时间,认为它一起航就匀速运动,则A船能拦截到B船所需的最小速率为(B)

【解析】把B船看作静止的(即参考系)

【常规解法】

例题:如图所示,

一个直角支架AOB,AO水平放置,表面粗糙,OB竖直向下,表面光滑;AO上套有小环P,OB上套有小环Q,两环的质量均为m,两环之间由一根质量不计、不可伸长的轻杆L相连,用水平向右的作用力F使环P做加速度为a的匀加速直线运动。设在运动过程中某时刻细线与竖直方向的夹角为θ,环P的速度为vp,求此时环Q的加速度。

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