1向量的基本知識和運算法則

2022-05-24 07:45:03 字數 1882 閱讀 7781

1.向量和標量的不同點在於:向量除了有大小之外,還有方向,向量a記做,其大小等於

向量的圖示:通常用一條帶有箭頭的線段來表示,(線段的長度表示大小,箭頭表示方向)如圖5-1所示。

兩個向量相等的條件是:大小相等,方向相同。如圖5-2所示。

兩向量的夾角定義為兩向量所構成的小於或等於1800的角。在一般問題中(除非特別指明),向量的始點位置不關重要的,在進行向量運算時可將向量平移。

2.向量的加減法運算遵從平行四邊形法則或三角形法則。

對三個以上的向量相加,通常使用多邊形法則。

3.向量與數量k相乘時,其結果仍是乙個向量。所得向量的大小等於原向量大小乘以,所得向量的方向:當k>0時,與原向量方向相同;當k<0 時,與原向量方向相反

如動量、衝量都是向量,其方向分別與向量和向量相同。動量的變化量也是向量,其方向與相同。

向量與數量k相除,可以看成向量乘以數量,如加速度,方向與相同。

4.向量與向量相乘

一種乘法叫做兩向量的數量積(又叫點積),用表示,乘得的積是標量,大小等於兩向量的大小與兩向量夾角余弦的積。即:。如:功是力與位移的數量積,是標量。

另一種乘法運算是兩向量的向量積(又叫叉積),用表示,向量積還是乙個向量,其大小等於兩向量的大小和兩向量夾角的正弦的乘積。,即向量的大小等於兩向量和為鄰邊的平行四邊形的面積,向量的方向垂直於向量和所決定的平面,指向用「右手螺旋法則」來確定,如圖5-5(甲)或(乙)所示。

注意:,與大小相等,方向相反。

如力矩等於力和矢徑兩向量的向量積,力矩,大小為。帶電粒子所受的磁場力(即洛侖茲力),大小為(若是負電荷受力方向與此相反)

例5-1為什麼說勻速園周運動既不是勻速運動,也不是勻變速運動?物體在運動過程中合外力是否做功?

解:因為速度和加速度都是向量,在圖5-6所示的圓周上任意取兩點a、b,雖然,但方向不同,由向量相等的條件可知:,,因此勻速園周運動既不是勻速運動,也不是勻變速運動。

由功的定義得:,因為作用於勻速園周運動的物體上的合外力始終沿著半徑指向圓心,與位移的方向垂直。故,所以物體在做勻速園周運動的過程中,合外力(即向心力不做功)

例5-2判斷圖5-7所示的帶電粒子受力的方向。

解:根據,用右手螺旋法則得出帶電粒子的受力方向豎直向上(如圖5-8)

例5-3空間某處o,有互相垂直的兩個水平磁場和,,現在該處有一段載流直導線,問導線應如何放置,才能使兩磁場作用在它上面的合力為零。

解:以o為座標原點,建立直角座標系oxyz,令沿x軸方向,沿y軸方向(如圖5-9)

根據安培定律:

磁場作用於載流導線上的力垂直於和所決定的平面,並依右手螺旋定則規定其方向。為使兩磁場作用於載流導線的合力為零,則導線必須置於oxy平面內,設它與y軸的夾角為θ,則有:

方向沿z軸向上。

,方向沿z軸向下。

平衡時:

即導線與所成的角度為300,與所成的角度為600。

例5-4圖5-10是一張斜碰的閃光**。大球的質量m1=201.1g 小球的質量m2=85.

4g。兩球都是從下向上運動,碰撞後左、右分開,閃光的快慢是每秒30次,**和實物的線度比例大約是1:10,試作出它們的動量分析圖,並求出兩球的動量的改變量,由此可得出什麼結論?

解:由**所示的兩球位置和線段的比例,分別量出兩球碰撞前後。在秒內所通過的距離。

大球:小球:

由此計算出兩球碰撞前後的速度:

大球:小球:

根據動量算出兩球碰撞前後的動量:

大球:碰撞前:,方向與v1相同。

碰撞後:,方向與相同。

小球:碰撞前:,方向與相同。

碰撞後:,方向與相同。

兩球碰撞前後動量的變化量:

大球:小球:

選取比例線段,根據平行四邊形法則,作動量分析圖(圖5-11),從圖中可以量得:  兩者方向相反。

所以:即兩球碰撞前後動量的改變量是大小相等,方向相反的。

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