向量在物理中的应用
向量的应用
向量的应用
向量是几何中重要的概念，也是数学中常常用到的工具，广泛应用于物理、工程、计
算机科学等各个领域。
下面将介绍一些向量的常见应用。
1. 平面几何中的向量应用：
在平面几何中，向量可以表示平面上的点、线段、三角形等。
我们可以用两个向量表
示平面上的一条直线，可以用三个向量表示一个平面，可以用向量的线段来表示一个位移
和距离等。
向量的叉积可以用来判断两个向量是否平行、垂直，以及求解平面上的面积
等。
2. 物理学中的向量应用：
在物理学中，向量被广泛应用于描述力、速度、加速度等物理量的大小和方向。
位移
向量可以用来表示物体的位置变化，速度向量可以用来表示物体的运动速度和方向，加速
度向量可以用来表示物体的速度变化率等。
通过向量的运算，可以方便地计算物体之间的
相对速度、加速度，以及其他相关的物理量。
4. 计算机科学中的向量应用：
在计算机科学中，向量被广泛应用于描述二维和三维图形的坐标和方向。
我们可以用
二维向量表示平面上的一个点的坐标，用三维向量表示空间中的一个点的坐标，用向量的
加法和减法进行坐标的变换和计算。
向量的点乘和叉乘可以用来计算向量之间的夹角、距
离和面积等。
向量是数学中非常重要的概念和工具，被广泛应用于物理、工程、计算机科学等各个
领域。
通过对向量的运算和应用，我们可以更方便地描述和计算各种物理量、几何关系和
图形形状等。
向量的应用不仅仅局限于上述几个领域，还有很多其他的应用，如信号处理、优化问题等，具有非常广泛的应用前景。
向量在物理中的应用举例 课件
知识点归纳
向量在物理中的应用 (1)物理中的力、速度、位移都是向量，它们的分解与合成 与向量的加法与减法相类似，可以用向量来解决． (2)物理中的功是一个标量，它是力f与位移s的数量积，即 W＝f·s＝|f|·|s|cos θ.
用向量方法解决力学问题
如图，在重300 N的物体 上系两根绳子，这两根绳子在铅垂线的 两侧，与铅垂线的夹角为30°和60°， 求重物平衡时，两根绳子拉力的大小．
【思路分析】力的合成与分解，可用向量的平行四边形法 则解决．
【规范解答】如右图，作平行四边形 OACB， 使∠AOC＝30°，∠BOC＝60°.在△OAC 中，∠ ACO＝∠BOC＝60°，∠OAC＝90°，|O→A|＝|O→C |cos 30°＝ 150 3 (N) ， | A→C | ＝ | O→C |sin 30°＝ 150(N)，|O→B|＝|A→C|＝150 N.
力所做的功
已知力F与水平方向的夹角为30°(斜向上)，F 的大小为50 N，F拉着80 N的木块在摩擦系数为μ＝0.02的水平 面上运动了20 m，问F和摩擦力f所做的功分别是多少？
【思路分析】利用向量数量积的物理意义求解．
【规范解答】设木块的位移为 s，则 F·s＝|F||s|·cos 30°＝
【规范解答】设船速为 v1，水速为 v2， 船的实际速度为 v3.建立如图所示坐标系， 则|v1|＝5 m/s，|v3|＝250 m/s＝4 m/s.
由 v3＝v1＋v2，得 v2＝v3－v1＝(0,4)－(－3,4)＝(3,0)， ∴|v2|＝3，即 v2＝3 m/s.
用向量解决相关的物理问题，要将相关的 物理量用几何图形正确地表示出来；根据物理意义，将物理问 题转化为数学问题求解．最后将数学结论还原为物理问题．
向量在物理中的关键应用作文
向量在物理中的关键应用作文向量在物理中的关键应用在物理学中，向量是一种重要的数学工具，它被广泛地应用于各个领域，从机械力学到电磁学，从热力学到光学。
向量的运算和表示方法可以帮助我们更好地理解和描述物理现象。
本文将探讨向量在物理中的关键应用。
一、力学在力学中，向量的应用尤为突出。
我们可以使用向量来描述物体的运动和作用力。
例如，当我们想要描述一个物体受到的作用力以及它的运动状态时，我们可以使用位移向量、力向量和加速度向量。
位移向量表示物体从一个位置到另一个位置的移动，力向量表示作用在物体上的力，而加速度向量则表示物体在单位时间内的速度变化。
通过对这些向量的运算和研究，我们可以得出关于物体运动和力的有关性质和规律。
例如，根据牛顿第二定律，我们可以得出力等于物体质量乘以加速度的公式，即F = m*a。
这个公式便是基于向量的概念和运算得出的。
二、电磁学向量在电磁学中也扮演着重要的角色。
对于电磁力和电场、磁场的研究和描述，向量起到了至关重要的作用。
在电磁学中，我们可以使用电场强度向量和磁感应强度向量来描述电场和磁场的性质。
电场强度向量表示电场的强度和方向，磁感应强度向量则表示磁场的强度和方向。
通过对电场和磁场的向量运算，我们可以计算出电荷之间的作用力，以及电流在导线上产生的磁场等。
同时，远距离电磁相互作用的描述和计算也离不开向量的运算。
例如，在电磁波的传播过程中，我们可以通过电场和磁场的向量叠加得到电磁波的传播方向和强度。
这些都是基于向量的运算和分析得出的。
三、热力学在热力学中，向量也有着广泛的应用。
温度梯度、热流等热学量的计算和描述都需要运用向量的概念和方法。
例如，当我们想要计算物体内的温度分布时，我们可以使用温度梯度向量来表示温度在空间的变化率。
这样，我们就可以通过对温度梯度向量的运算和分析来得出物体内部的温度分布规律。
另外，热流的描述和计算也依赖于向量的应用。
热流向量表示单位时间内单位面积内热量的流动方向和强度。
向量法的用途
向量法的用途向量法是数学中一个重要的分支，具有广泛的应用。
它在物理学、几何学、工程学、计算机图形学、金融学等领域均有重要的用途。
下面将详细介绍向量法在这些领域的具体应用。
在物理学中，向量法是非常重要的工具。
物理学中的许多问题可以用向量来描述。
例如，在运动学中，物体的运动状态可以用位置向量、速度向量和加速度向量来表示。
利用向量的加法和减法可以求得物体的位移、速度和加速度等信息。
在动力学中，力可以表示为矢量。
利用力的合成和分解定理，可以计算物体所受合力的大小和方向。
在静力学中，平衡条件可以用向量的几何法来解决。
向量法在这些物理学的分支领域中有着广泛的应用。
在几何学中，向量法也有重要的应用。
通过向量的定义和运算，可以建立几何空间中的坐标系，将几何问题转化为向量的代数问题。
例如，在平面几何中，可以利用向量的模、方向和位置来确定直线和圆的方程，解决直线的相交和垂直问题，计算线段和向量的交点等。
在立体几何中，可以利用向量的点乘和叉乘来计算平面的法向量，判断直线和平面的关系，求两条直线的夹角等。
向量法为几何学提供了一种简洁而有效的解决问题的工具。
在工程学中，向量法也有着重要的应用。
例如，在土木工程中，利用向量法可以计算力的合成和分解，分析桥梁和建筑物的结构系统。
在电子工程中，可以利用向量法来描述电场、磁场和电流等的分布和变化，分析电路中的电流和电压等。
在机械工程中，可以利用向量法来描述力和力矩的作用，计算机械系统的运动学和动力学量等。
向量法在这些工程学的分支领域中为工程师提供了解决问题和设计方案的重要依据。
在计算机图形学中，向量法是一个基础概念。
图形学中的图像可以用向量来表示。
例如，二维图形可以用顶点的坐标形成的向量表示，三维图形可以用顶点坐标和法向量形成的向量表示。
通过向量的运算，可以进行图形的变换、旋转、缩放和投影等操作。
向量法在计算机图形学中为图形的生成、编辑和呈现提供了基础。
在金融学中，向量法也有广泛的应用。
平面向量在物理中的应用
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易错辨析
探究一用向量法解决速度问题
【例1】在风速为75( 6 − 2 ) km/h的西风中,飞机以150 km/h的航速
向西北方向飞行,求没有风时飞机的航速和航向.
分析:解本题首先根据题意作图,再把物理问题转化为向量的有
关运算求解.
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探究一
探究二
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思维辨析
未能将实际物理问题转化为向量问题
典例一辆汽车在平直的公路上向西行驶,车上装着风速计和风向
标,测得风向为东偏南30°,风速为4 m/s,这时气象台报告实际风速为
2 m/s.试求风的实际方向和汽车的速度大小.
错解:设实际风速为v风,由题意知,车向正西行驶,所以风的实际方
物理问题转化成数学问题,也就是将物理量之间的关系抽象成数学
模型,另一方面是如何利用建立起来的数学模型解释和回答相关的
物理现象.
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思考辨析
判断下列说法是否正确,正确的在后面的括号内打“ ”,错误的打“×”.
π
3
(2)W=F·s=|F|·|s|cos =50×60× =1 500 3(焦耳).
6
答案:(1)B (2)1 500 3
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平面向量在物理学中的应用
平面向量在物理学中的应用引言：平面向量是一种在数学和物理学中广泛应用的概念。
它们可以用于描述物体的位置、方向和速度，以及解决力学和电磁学等领域的问题。
本文将探讨平面向量在物理学中的重要应用，包括位移、速度、加速度以及力的合成等方面。
1. 位移（Displacement）：位移是描述物体在空间中位置变化的矢量量。
在物理学中，平面向量常用于表示位移。
根据矢量的性质，位移可以用一个有方向和大小的箭头来表示，箭头的起点和终点分别代表物体的起始位置和最终位置。
平面向量可以方便地表示物体在直线或曲线运动中的位移。
2. 速度（Velocity）：速度是物体运动中的物理量之一，表示单位时间内物体位置的改变量。
在物理学中，速度是一个矢量量，并且与位移有一定的关系。
根据矢量加法的原理，速度可以看作位移对时间的导数。
通过平面向量的运算，可以方便地计算出物体的速度，并描述其大小和方向。
3. 加速度（Acceleration）：加速度是物体运动状态的度量，指单位时间内速度的变化率。
类似于速度，加速度也是一个矢量量，并且可以通过位移对时间的导数来计算。
平面向量的加法运算可以简化加速度的计算过程，同时也可以准确地描述加速度的大小和方向。
4. 力的合成（Composition of Forces）：力的合成是指将多个力合并成一个力的过程。
在物理学中，力可以用向量来表示，力的合成则是将多个力矢量进行相加，得到一个合力矢量。
平面向量的运算规则使得力的合成变得简单明了。
通过将各个力的大小和方向用向量表示，并进行矢量相加，可以求得力的合力，从而更好地理解和分析物体所受的合力。
5. 牛顿第二定律（Newton's Second Law）：牛顿第二定律描述了物体运动的定量关系，通过力、质量和加速度之间的关系。
根据牛顿第二定律的公式 F = ma，力和加速度都可以表示成矢量形式。
平面向量的运算能够方便地进行质量和加速度之间的计算，并帮助解决相关的物理问题。
向量的应用
向量的应用向量是数学中的重要概念，它在很多领域中都有着广泛的应用。
在物理学、工程学、计算机科学等领域中，向量被用来描述和求解各种问题。
一、物理学中的向量应用在物理学中，向量被用来描述物体的位置、速度、加速度等物理量。
一个物体在二维平面上的位置可以用一个二维向量表示，其中向量的两个分量分别表示物体在 x 方向和y 方向上的位置，这样可以方便地描述物体的位置关系和运动轨迹。
速度和加速度也是向量，它们的方向和大小可以通过向量的几何性质进行分析和计算。
二、工程学中的向量应用工程学中的向量应用主要集中在力学、电路分析和信号处理等方面。
在力学中，向量被用来描述力的大小和方向，可以方便地求解物体的平衡和运动问题。
在电路分析中，向量被用来描述电压和电流的相位关系，可以通过向量运算方便地分析电路中的功率和效率。
在信号处理中，向量被用来描述信号的幅度和相位，可以方便地进行滤波和频谱分析等操作。
三、计算机科学中的向量应用在计算机科学中，向量被广泛应用于图像处理、机器学习等领域中。
在图像处理中，向量被用来表示图像的像素值，在图像的压缩、增强和分析等操作中起到关键作用。
在机器学习中，向量被用来表示样本的特征向量，通过向量的相似性和距离度量可以进行分类和聚类等操作。
四、其他领域中的向量应用除了上述领域外，向量还在金融学、经济学、生物学等领域中有着广泛的应用。
在金融学中，向量被用来描述资产的收益和风险，可以通过向量运算进行资产组合和风险管理等操作。
在经济学中，向量被用来描述经济指标和变量之间的关系，可以进行经济模型和政策分析等操作。
在生物学中，向量被用来描述基因组的序列，可以进行基因组测序和突变检测等操作。
向量在各个科学和工程领域中都有着广泛的应用。
通过向量的几何性质和运算规律，可以方便地描述和求解各种问题，扩展了数学在实际问题中的应用范围，提高了问题的求解效率和精度。
深入理解和掌握向量的概念和应用是学习数学和科学的重要基础。
数学(2.5.2向量在物理中的应用举例)
向量的表示方法
总结词
向量可以用箭头表示，箭头的长度代 表大小，箭头的指向代表方向。
详细描述
在数学和物理中，向量通常用箭头表 示，箭头的长度代表向量的模长，箭 头的指向代表向量的方向。在坐标系 中，向量也可以用坐标表示。
向量的运算规则
总结词
向量具有加法、减法、数乘等基本运算规则，这些运算规则遵循平行四边形法 则或三角形法则。
04
向量在物理中的重要性
描述物理现象的数学工具
向量是描述物理现象的重要数 学工具，如力、速度、加速度 等物理量都可以用向量表示。
向量具有大小和方向两个要素， 能够准确地描述物理量的变化 和方向。
向量运算（加法、数乘、向量 的模等）能够描述物理量的合 成与分解。
解决物理问题的有效方法
向量在解决物理问题中具有高效性和准确性，通过向量的运算和变换可以简化问题。
向量在解决力学、电磁学、振动与波动等问题中具有广泛的应用，能够提供简洁明 了的解决方案。
向量方法可以避免复杂的解析过程，提高解题效率。
连接数学与物理的桥梁
向量作为数学和物理之间的桥梁，能 够将数学理论应用于实际物理问题。
向量的引入和发展推动了数学和物理 学的发展，促进了科学技术的进步。
通过向量的应用，能够将抽象的数学 概念与具体的物理现象联系起来，促 进数学与物理的相互理解和应用。
详细描述
在物理中，力的合成与分解是常见的运算。例如，当一个物体受到两个力的作用时，可 以通过向量的合成求出这两个力的合力；同样地，当需要将一个力分解为若干个分力时， 也可以通过向量的分解来实现。力的合成与分解在工程、力学等领域有着广泛的应用。
速度与加速度的实例
总结词
速度和加速度是描述物体运动状态的重要物理量，通 过向量运算可以方便地描述它们的方向和大小。
数学-向量在物理中的应用举例
向量在物理中的应用举例高中数学 会用向量方法解决简单的力学问题及其他实际问题，体会向量在解决物理和实际问题中的作用．导语 向量概念的原型就是物理中的力、速度、位移以及几何中的有向线段等概念，向量是既有大小、又有方向的量，它与物理学中的力学、运动学等有着天然的联系，将向量这一工具应用到物理中，可以使物理题解答更简捷、更清晰．一、向量与力2例1 如图，用两根分别长5m和10 m的绳子，将100 N的物体吊在水平屋顶AB上，平衡后，G点距屋顶距离恰好为5 m，求A处所受力的大小(绳子的重量忽略不计)．解 如图，由已知条件可知AG与铅垂方向成45°角，BG与铅垂方向成60°角．设A处所受力为F a，B处所受力为F b，物体的重力为G.因为∠EGC＝60°，∠EGD＝45°，则有|F a|cos 45°＋|F b|cos 60°＝|G|＝100，①且|F a|sin 45°＝|F b|sin 60°，②26由①②得|F a|＝150－50，26所以A处所受力的大小为(150－50)N.反思感悟 用向量解决物理问题的一般步骤(1)问题的转化，即把物理问题转化为数学问题．(2)模型的建立，即建立以向量为主体的数学模型．(3)参数的获得，即求出数学模型的有关解——理论参数值．(4)问题的答案，即回到问题的初始状态，解释相关的物理现象．跟踪训练1 用两条成120°角的等长的绳子悬挂一个灯具，如图所示，已知灯具重10 N，则每根绳子的拉力大小为________ N.答案 10解析 设重力为G ，每根绳的拉力分别为F 1，F 2，则由题意得F 1，F 2与－G 都成60°角，且|F 1|＝|F 2|，F 1＋F 2＋G ＝0．∴|F 1|＝|F 2|＝|G |＝10 N ，∴每根绳子的拉力都为10 N.二、向量与速度、加速度、位移例2 (教材P41例4改编)一条宽为 km 的河，水流速度为2 km/h ，在河两岸有两个码头3A ，B ，已知AB ＝ km ，船在水中的最大航速为4 km/h ，问该船怎样安排航行速度可使它3从A 码头最快到达彼岸B 码头？用时多少？解 如图所示，设为水流速度，为航行速度，以AC 和AD 为邻边作▱ACED ，且当AE 与AB 重合时能AC → AD → 最快到达彼岸，根据题意知AC ⊥AE ，在Rt △ADE 和▱ACED 中，||＝||＝2，||＝4，∠AED ＝90°，∴||＝＝2，又AB ＝，∴用时DE → AC → AD → AE → |AD →|2－|DE → |2330.5 h ，易知sin ∠EAD ＝， ∴∠EAD ＝30°.12∴该船航行速度大小为4 km/h ，与水流方向成120°角时能最快到达B 码头，用时0.5 h.反思感悟 速度、加速度、位移的合成与分解，实质上就是向量的加、减运算．用向量解决速度、加速度、位移等问题，用的知识主要是向量的线性运算，有时也借助于坐标来运算．跟踪训练2 某人从点O 向正东走30 m 到达点A ，再向正北走30 m 到达点B ，则此人的3位移的大小是______ m ，方向是北偏东________．答案 60 30°解析 如图所示，此人的位移是＝＋，且⊥，OB → OA → AB → OA → AB →则||＝＝60(m)，OB → |OA →|2＋|AB → |2tan ∠BOA ＝＝，|AB →||OA → |3所以∠BOA ＝60°.所以的方向为北偏东30°.OB → 三、向量与功例3 已知力F (斜向上)与水平方向的夹角为30°，大小为50 N ，一个质量为8 kg 的木块受力F 的作用在动摩擦因数μ＝0.02的水平面上运动了20 m ．问力F 和摩擦力f 所做的功分别为多少？(g ＝10 m/s 2)解 如图所示，设木块的位移为s ，则W F ＝F·s ＝|F||s|cos 30°＝50×20×＝500(J)．323将力F 分解，它在铅垂方向上的分力F 1的大小为|F 1|＝|F|sin 30°＝50×＝25(N)，12所以摩擦力f 的大小为|f |＝|μ(G －F 1)|＝(80－25)×0.02＝1.1(N)，因此W f ＝f·s ＝|f||s|cos 180°＝1.1×20×(－1)＝－22(J)．即F 和f 所做的功分别为500 J 和－22 J.3反思感悟 力所做的功是力在物体前进方向上的分力与物体位移的乘积，它的实质是力和位移两个向量的数量积，即W ＝F·s ＝|F||s|cos θ(θ为F 和s 的夹角)．跟踪训练3 一物体在力F 1＝(3，－4)，F 2＝(2，－5)，F 3＝(3,1)的共同作用下从点A (1,1)移动到点B (0,5)．则在这个过程中三个力的合力所做的功为________．答案 －40解析 ∵F 1＝(3，－4)，F 2＝(2，－5)，F 3＝(3,1)，∴合力F ＝F 1＋F 2＋F 3＝(8，－8)．又∵＝(－1,4)，AB → ∴F ·＝8×(－1)＋(－8)×4＝－40，AB → 即三个力的合力做的功等于－40.1．知识清单：(1)利用向量的加、减、数乘运算解决力、位移、速度、加速度的合成与分解．(2)利用向量的数量积解决力所做的功的问题．2．方法归纳：转化法．3．常见误区：不能将物理问题转化为向量问题．1．人骑自行车的速度是v 1，风速为v 2，则逆风行驶的速度大小为( )A ．v 1－v 2B ．v 1＋v 2C ．|v 1|－|v 2|D.|v 1v 2|答案 C 解析 由向量的加法法则可得逆风行驶的速度为v 1＋v 2.人的速度和风速方向相反，故选C.2．一物体受到相互垂直的两个力F 1，F 2的作用，两力大小都为5 N ，则两个力的合力的3大小为( )A ．5 NB ．5 N 2C ．5 ND ．5 N36答案 D解析 两个力的合力的大小为|F 1＋F 2|＝＝5(N)．F 21＋F 2＋2F 1·F 263．已知力F 的大小|F |＝10，在F 的作用下产生的位移s 的大小为|s |＝14，F 与s 的夹角为60°，则F 做的功为( )A ．7B ．10C ．14D ．70答案 D 解析 F 做的功为F·s ＝|F ||s |cos 60°＝10×14×＝70.124．当两人提起重量为|G |的旅行包时，两人用力方向的夹角为θ，用力大小都为|F |，若|F |＝|G |，则θ的值为( )A ．30°B ．60°C ．90°D ．120°答案 D解析 作＝F 1，＝F 2，＝－G (图略)，OA → OB → OC → 则＝＋，OC → OA → OB → 当|F 1|＝|F 2|＝|G |时，△OAC 为正三角形，所以∠AOC ＝60°，从而∠AOB ＝120°.课时对点练1．如果一架飞机向东飞行200 km ，再向南飞行300 km ，记飞机飞行的路程为s ，位移为a ，那么( )A ．s >|a |B ．s <|a |C ．s ＝|a |D ．s 与|a |不能比较大小答案 A解析 在△ABC 中，两边之和大于第三边，即s ＝||＋||>||＝|a |，故选A.AB → BC → AC → 2．共点力F 1＝(lg 2，lg 2)，F 2＝(lg 5，lg 2)作用在物体M 上，产生位移s ＝(2lg 5,1)，则共点力对物体做的功W 为( )A ．lg 2B ．lg 5C ．1D ．2答案 D解析 因为F 1＋F 2＝(1,2lg 2)，所以W ＝(F 1＋F 2)·s＝(1,2lg 2)·(2lg 5,1)＝2lg 5＋2lg 2＝2.3．已知三个力F 1＝(－2，－1)，F 2＝(－3,2)，F 3＝(4，－3)同时作用于某物体上一点，为使物体保持平衡，再加上一个力F 4，则F 4等于( )A ．(－1，－2)B ．(1，－2)C ．(－1,2)D ．(1,2)答案 D解析 为使物体平衡，则合力为0，即F 4＝(0－(－2)－(－3)－4,0－(－1)－2－(－3))＝(1,2)．4．河水的流速为2 m/s ，一艘小船以垂直于河岸方向10 m/s 的速度驶向对岸，则小船在静水中的速度大小为( )A ．10 m/sB ．2 m/s 26C ．4 m/sD ．12 m/s 6答案 B解析 由题意知|v 水|＝2m/s ，|v 船|＝10 m/s ，作出示意图如图．∴|v |＝＝＝2(m/s)．102＋22104265．一个物体受到同一平面内三个力F 1，F 2，F 3的作用，沿北偏东45°方向移动了8 m ，已知|F 1|＝2 N ，方向为北偏东30°，|F 2|＝4 N ，方向为北偏东60°，|F 3|＝6 N ，方向为北偏西30°，则这三个力的合力所做的功为( )A ．24 JB ．24 J 2C ．24 JD ．24 J 36答案 D解析 如图，建立直角坐标系，则F 1＝(1，)，F 2＝(2，2)，F 3＝(－3,3)，则合力F ＝F 1＋F 2＋F 3＝(2－2,2＋4)．33333又位移s ＝(4，4)，所以合力F 所做的功W ＝F ·s ＝(2－2)×4＋(2＋4)×4＝24223232 J.66．(多选)关于船从两平行河岸的一岸驶向另一岸所用的时间，正确的是( )A ．船垂直到达对岸所用时间最少B ．当船速v 的方向与河岸垂直时用时最少C ．沿任意直线运动到达对岸的时间都一样D ．船垂直到达对岸时航行的距离最短答案 BD解析 根据向量将船速v 分解，当v 垂直河岸时，用时最少．船垂直到达对岸时航行的距离最短．7．一个物体在大小为10 N 的力F 的作用下产生的位移s 的大小为50 m ，且力F 所做的功W ＝250 J ，则F 与s 的夹角等于________．2答案 π4解析 设F 与s 的夹角为θ，由W ＝F·s ，得250＝10×50×cosθ，∴cos θ＝.又222θ∈[0，π]，∴θ＝.π48．一条河宽为8 000 m ，一船从A 处出发垂直航行到达河正对岸的B 处，船速为20 km/h ，水速为12 km/h ，则船到达B 处所需时间为________ h.答案 0.5解析 如图，v 实际＝v 船＋v 水＝v 1＋v 2，|v 1|＝20，|v 2|＝12，∴|v 实际|＝|v 1|2－|v 2|2＝＝16(km/h)．202－122∴所需时间t ＝＝0.5(h)．816∴该船到达B 处所需的时间为0.5 h.9．已知两恒力F 1＝(3,4)，F 2＝(6，－5)作用于同一质点，使之由点A (20,15)移动到点B (7,0)．(1)求F 1，F 2分别对质点所做的功；(2)求F 1，F 2的合力F 对质点所做的功．解 (1)＝(7,0)－(20,15)＝(－13，－15)，AB → W 1＝F 1·＝(3,4)·(－13，－15)AB → ＝3×(－13)＋4×(－15)＝－99(J)，W 2＝F 2·＝(6，－5)·(－13，－15)AB → ＝6×(－13)＋(－5)×(－15)＝－3(J)．∴力F 1，F 2对质点所做的功分别为－99 J 和－3 J.(2)W ＝F ·＝(F 1＋F 2)·AB → AB →＝[(3,4)＋(6，－5)]·(－13，－15)＝(9，－1)·(－13，－15)＝9×(－13)＋(－1)×(－15)＝－117＋15＝－102(J)．∴合力F 对质点所做的功为－102 J.10．在长江南岸某渡口处，江水以12.5 km/h 的速度向东流，渡船在静水中的速度为25 km/h.渡船要垂直地渡过长江，其航向应如何确定？解 如图所示，设表示水流的速度，表示渡船在静水中的速度，表示渡船实际垂直AB → AD → AC →过江的速度．因为＋＝，AB →AD →AC →所以四边形ABCD 为平行四边形．在Rt △ACD 中，∠ACD ＝90°，||＝||＝12.5，DC →AB →||＝25，所以∠CAD ＝30°，AD →即渡船要垂直地渡过长江，其航向应为北偏西30°.11．两个大小相等的共点力F 1，F 2，当它们的夹角为90°时，合力的大小为20 N ，则当它们的夹角为120°时，合力的大小为( )A ．40 NB ．10 N2C ．20 N D. N210答案 B解析 对于两个大小相等的共点力F 1，F 2，当它们的夹角为90°，合力的大小为20 N 时，可知这两个力的大小都是10 N ；当它们的夹角为120°时，可知力的合成构成一个等边三2角形，因此合力的大小为10 N.212．长江某地南北两岸平行，一艘游船从南岸码头A 出发航行到北岸．假设游船在静水中的航行速度v 1的大小为|v 1|＝10 km/h ，水流的速度v 2的大小为|v 2|＝4 km/h.设v 1和v 2的夹角为θ(0°<θ<180°)，北岸的点A ′在A 的正北方向，则游船正好到达A ′处时，cos θ等于( )A. B ．－ C. D ．－2152152525答案 D解析 设船的实际速度为v ，v 1与南岸上游的夹角为α，如图所示．要使得游船正好到达A ′处，则|v 1|cos α＝|v 2|，即cos α＝＝，|v 2||v 1|25又θ＝π－α，所以cos θ＝cos(π－α)＝－cos α＝－.2513．一个物体受到平面上的三个力F 1，F 2，F 3的作用处于平衡状态，已知F 1，F 2成60°角，且|F 1|＝3 N ，|F 2|＝4 N ，则F 1与F 3夹角的余弦值是________．答案 －53737解析 因为物体处于平衡状态，所以F 1＋F 2＋F 3＝0．因此F 3＝－(F 1＋F 2)，于是|F 3|＝(F 1＋F 2)2＝|F 1|2＋|F 2|2＋2F 1·F 2＝＝，32＋42＋2×3×4·cos 60°37设F 1与F 3的夹角是θ.又F 2＝－(F 1＋F 3)，所以|F 2|＝(F 1＋F 3)2＝|F 1|2＋|F 3|2＋2F 1·F 3＝＝4，32＋37＋2×3×37·cos θ解得cos θ＝－.5373714.如图所示，在倾斜角为37°(sin 37°＝0.6)，高为2 m 的斜面上，质量为5 kg 的物体m 沿斜面下滑，物体m 受到的摩擦力是它对斜面压力的0.5倍，则斜面对物体m 的支持力所做的功为________J ，重力所做的功为________J(g ＝9.8 m/s 2)．答案 0 98解析 物体m 的位移大小为|s |＝＝(m)，则支持力对物体m 所做的功为2sin 37°103W 1＝F·s ＝|F||s|cos90°＝0(J)；重力对物体m 所做的功为W 2＝G·s ＝|G||s|cos 53°＝5×9.8××0.6＝98(J). 10315.(多选)如图所示，小船被绳索拉向岸边，船在水中运动时设水的阻力大小不变，那么小船匀速靠岸过程中，下列四个选项中，其中正确的是( )A ．绳子的拉力不断增大B ．绳子的拉力不断变小C ．船的浮力不断变小D ．船的浮力保持不变答案 AC 解析 设水的阻力为f ，绳的拉力为F ，绳AB 与水平方向的夹角为θ，(0<θ<π2)则|F |cos θ＝|f |，∴|F |＝.|f |cos θ∵θ增大，cos θ减小，∴|F |增大．∵|F |sin θ增大，∴船的浮力减小．16.如图所示，在某海滨城市O 附近海面有一台风，据监测，当前台风中心位于城市O 的东偏南θ 方向，距点O 300 km 的海面P 处，并以20 km/h 的速度向西(cos θ＝210，θ∈(0，π2))偏北45°方向移动．台风侵袭的范围为圆形区域，当前半径为60 km ，并以10 km/h 的速度不断增大．问几小时后该城市开始受到台风的侵袭？参考数据：cos(θ－45°)＝.45解 设t h 后，台风中心移动到Q 处，此时城市开始受到台风的侵袭，∠OPQ ＝θ－45°.∵＝＋，OQ → OP → PQ → ∴2＝(＋)2OQ → OP → PQ → ＝2＋2＋2·OP → PQ → OP → PQ →＝2＋2－2||||cos(θ－45°)OP → PQ → OP → PQ → ＝3002＋(20t )2－2×300×20t ×45＝100(4t 2－96t ＋900)．依题意得2≤(60＋10t )2，OQ → 解得12≤t ≤24.从而12 h 后该城市开始受到台风的侵袭．。
向量空间在物理学中的应用讨论
向量空间在物理学中的应用讨论向量空间是现代数学中的一个重要概念，在各个领域的应用十分广泛，其中包括物理学。
本文将围绕向量空间在物理学中的应用展开讨论。
一、向量空间的基本概念向量空间是指一个集合V，其中定义了向量的加法和数量乘法两种运算，同时满足以下几个条件：加法符合交换律和结合律、存在零向量、存在加法逆元、数量乘法满足结合律、分配律和单位元等基本性质。
这些基本性质使得向量空间很自然地展现了出来在各个领域中的重要性。
二、向量空间在物理学中的应用1. 向量的表示在物理学中，向量空间常常被用来表示物理量。
例如，我们可以把一个物体的速度看作一个向量，速度大小就是向量的模，速度的方向就是向量的方向。
因此，我们可以用向量空间中的向量来表示出物理量的大小和方向。
2. 向量的加法在物理学中，向量的加法也非常重要。
例如，如果一个物体同时受到两个力的作用，那么这两个力的合力就可以用向量的加法来表示。
另外，在描述场时，也需要将不同的向量叠加起来，得到一个总的向量描述整个场，可以是电场、磁场等。
3. 向量的数量乘法向量的数量乘法在物理学中也有广泛的应用。
例如，在描述电场时，我们常常需要计算一个电荷在电场中所受的力，这个力可以用电荷的电量和电场的强度两个量来描述，其中电量是标量，电场强度是向量。
在这个过程中，我们需要使用向量的数量乘法来计算受力的大小和方向。
4. 向量的内积在物理学中，向量的内积也十分重要。
例如，在描述能量时，我们需要计算物体的动能或势能。
这些能量可以用物体的质量和速度或者高度来表示。
在计算能量时，我们需要使用向量的内积。
另外，向量的内积还可以用来表示两个向量之间的夹角，这在描述磁场中的磁力时也有应用。
5. 向量的外积向量的外积在物理学中也有应用。
例如，在描述电磁感应时，我们需要计算磁场中的磁通量和电线圈的面积。
这个面积可以用两个向量的外积来计算。
三、总结向量空间在物理学中的应用非常广泛，涉及到许多物理量和物理现象的描述。
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实例：两根等长的绳子挂一个物体 物理问题：分析绳子受到的拉力大小与两绳子间的夹角的关系？ 分析：由向量的平行四边形法则，力的平衡及解 直角三角形等知识，得出：
F1
1 G G cos 2 F1 2 F1 2 cos 2
问题:如图,两根长度相等的绳子,下端悬挂一质量为m的物体, 上端分别固定在水平天花板上的M点和N点,M、N两点间的 距离为S,已知两绳所能经受的最大拉力为T,问:每根绳的长度 不得短于多长? 练习：如图，AB、CD均为轻绳，甲、乙两物体均静止， BD与天花板平行且为水平方向，其他角度值如图，则甲、 乙两物体的质量之比m甲：m乙=————————。
2 1 2 2
思考: t
d
1 sin
是否船垂直到达对岸所用时间
最少？为什么？CB来自Dv1 A
v
2
1 与 2 的夹角 分别是多少?分别行驶多少时间?
变式1:假设BC=BD=500m,要使船分别到达C处和D处,
1 变式2:当船要到达图中的C和D，且BC,BD分别为 d , d ,2d 2
实例：速度与分解问题 一条河的两岸平行，河的宽度d=500m，一艘船从A处出发 航行到河的正对岸B处,船航行的速度 v1 10km / h ，水流 0 速度 v2 4km / h 那么，v1 与 v2 的夹角 (精确到 1 )多 大时,船才能垂直到达对岸B处? 船行驶多少时间(精确到 C B 0.1min)?
时，对应的
, , t分别是多少？
练习：一只船在静水中的速度为3m/s,它要横渡一条30m 宽的河，水流速度为4m/s，下列说法正确的是（ ） A.这只船可能垂直于河岸到达正对岸； B.这只船对地的速度一定是5m/s; C.过河时间可能是6s; D.过河时间可能是12s.
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G
1 G G cos 2 F1 2 F1 2 cos 讨论： 2 1.当 逐渐增大时，F1 的大小怎样变化？为什么？
2.当 为何值时， F1 最小，最小值是多少？
3.当 为何值时，F1 G ？
4.如果 F1 588N , G 882N ， 在什么范围时， 绳子不会断？
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的。他们有的坐在路边的简易饭摊边上吃面、吃米饭，有的坐在路边啃吃干粮，更多的人干脆就将随身携带的铺盖卷沿街边展 开倒头睡觉了。耿老爹对耿正兄妹三人说：“咱们再往里走一走试试看，如果实在找不到可以借宿的房子，就先找个有饮用水 的地方想办法熬点儿粥，吃点儿干粮，然后咱们也来个露宿街头。好在现在天气并不凉，咱们人又多，轮流照看着点儿，先歇 息一晚上也无妨。”于是，父子四人继续往武昌镇的中心位置走去。一边走一边打听，在天完全黑下来之前，终于找到了一个 可以勉强落脚的地方。124第十八回 汉口洒泪思亲人|（入秋汉口雨水频，影响生意苦熬煎；中秋之夜无圆月，凄然洒泪思亲 人。）那一年入夏后，江汉一带的雨水逐渐多了起来。而对于刚刚步入正规的“耿记粮油零售店”来说，雨水太多可不是一件 好事情；但老天爷非要下雨，谁又能管得了呢！进入七月以后，情况变得越来越糟糕了。由于频繁的降雨，直接影响到了耿正 兄弟俩的进货。不得已，当道路实在湿滑泥泞，不便于驴车到汉口镇周围村落的粮农和米面粮油作坊进货时，就只能从镇上的 粮油批发店里进货，进行整买零售了。这样一来，利润空间至少就少去了一半。这还不算，进入八月以后，当地的水涝形势日 显严重起来。于是，各种粮油商品纷纷涨价，从而导致“耿记粮油零售店”的进货成本大幅度增长。在这种情况下，尽管零售 价格也有所增长，但人们的购买习惯一时难以改变，纷纷议论粮油价格无法承受。为了能够挽留住那些来之不易的老客户， “耿记粮油零售店”的零售价格并没有似进货成本那样的幅度上涨，致使小店的利润空间越来越小，只能说是勉强维持了。眼 见着八月十五就要到了。这是耿家父子们离家之后的第一个八月十五节。如果张老乡归途顺利的话，家里的亲人们也应该快要 见到捎回去的书信了。无奈“耿记粮油零售店”的生意遇到了不小的困难，这就注定了耿老爹是没有好心情和三个娃儿好好地 庆祝这个节日的。时间在无奈和期盼中不紧不慢地流逝着，八月十五终于到了。一早起来，耿老爹抬头看看天色，太阳似乎还 是不太愿意露出它那久违的笑脸儿来。不过，好在也不像是还会下雨的样子了。如果可以转晴，两三天后路面见干，耿正兄弟 俩就可以去镇周围村落里的粮农和米面粮油作坊进货了。尽管那里的粮油米面价格很可能也会涨一些的，但与批发店里相比， 肯定会便宜不少。这样想着，耿老爹的心情略微轻松了一些。早饭后，耿老爹对耿正和耿直说：“你俩今儿个不用去批发店进 货了。这些天销量不是很大，店里的存货还够销售三五天呢。我想啊，如果天气能转晴了，过两天就可以去外边进货了。”耿 正从窗户往外看看天色，说：“也是，只要能
10
D
v1
A
v
2
C
B
D
v1
v | v2 | | v2 | 0 0 sin( 90 ) 90 arcsin 114 0 | v1 | | v1 |
A
2
| v | v v | v1 | sin 9.2km / h d t 3.3 min |v|