(全國(guó)通用)高考物理二輪復(fù)習(xí) 專題3 力與物體的曲線運(yùn)動(dòng)課件
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1、專題3力與物體的曲線運(yùn)動(dòng)知識(shí)專題知識(shí)專題網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建考題二平拋(類平拋)運(yùn)動(dòng)的規(guī)律考題三圓周運(yùn)動(dòng)問(wèn)題的分析欄目索引考題一運(yùn)動(dòng)的合成與分解考題四拋體運(yùn)動(dòng)與圓周運(yùn)動(dòng)的綜合考題一運(yùn)動(dòng)的合成與分解1.物體做曲線運(yùn)動(dòng)的條件物體做曲線運(yùn)動(dòng)的條件當(dāng)物體所受合外力的方向跟它的速度方向不共線時(shí),物體做曲線運(yùn)動(dòng).合運(yùn)動(dòng)與分運(yùn)動(dòng)具有等時(shí)性、獨(dú)立性和等效性.方法指導(dǎo)2.分析運(yùn)動(dòng)合成與分解的一般思路分析運(yùn)動(dòng)合成與分解的一般思路解析例例1質(zhì)量為2 kg的質(zhì)點(diǎn)在xy平面上運(yùn)動(dòng),x方向的速度時(shí)間圖象和y方向的位移時(shí)間圖象分別如圖1甲、乙所示,則質(zhì)點(diǎn)()A.初速度為4 m/s B.所受合外力為4 NC.做勻變速直線運(yùn)動(dòng)D.初速度的
2、方向與合外力的方向垂直典例剖析圖1解析解析x軸方向初速度為vx4 m/s,y軸方向初速度vy3 m/s,質(zhì)點(diǎn)的初速度v0 5 m/s.故A錯(cuò)誤.x軸方向的加速度a2 m/s2,質(zhì)點(diǎn)的合力F合ma4 N.故B正確.x軸方向的合力恒定不變,y軸做勻速直線運(yùn)動(dòng),合力為零,則質(zhì)點(diǎn)受到的合力恒定不變.合力沿x軸方向,而初速度方向既不在x軸方向,也不在y軸方向,質(zhì)點(diǎn)初速度的方向與合外力方向不垂直,做勻變速曲線運(yùn)動(dòng).故C、D錯(cuò)誤.1.(2016全國(guó)乙卷18)一質(zhì)點(diǎn)做勻速直線運(yùn)動(dòng),現(xiàn)對(duì)其施加一恒力,且原來(lái)作用在質(zhì)點(diǎn)上的力不發(fā)生改變,則()A.質(zhì)點(diǎn)速度的方向總是與該恒力的方向相同B.質(zhì)點(diǎn)速度的方向不可能總是與該
3、恒力的方向垂直C.質(zhì)點(diǎn)加速度的方向總是與該恒力的方向相同D.質(zhì)點(diǎn)單位時(shí)間內(nèi)速率的變化量總是不變解析變式訓(xùn)練變式訓(xùn)練1212解析解析質(zhì)點(diǎn)一開始做勻速直線運(yùn)動(dòng),處于平衡狀態(tài),施加恒力后,則該質(zhì)點(diǎn)所受的合外力為該恒力.若該恒力方向與質(zhì)點(diǎn)原運(yùn)動(dòng)方向不共線,則質(zhì)點(diǎn)做曲線運(yùn)動(dòng),質(zhì)點(diǎn)速度方向與恒力方向不同,故A錯(cuò);若F的方向某一時(shí)刻與質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方向垂直,之后質(zhì)點(diǎn)做曲線運(yùn)動(dòng),力與速度方向不再垂直,例如平拋運(yùn)動(dòng),故B正確;由牛頓第二定律可知,質(zhì)點(diǎn)加速度的方向總是與其所受合外力方向相同,C正確;根據(jù)加速度的定義,相等時(shí)間內(nèi)速度變化量相同,而速率變化量不一定相同,故D錯(cuò).2.如圖2所示,甲乙兩船在同一條河流中同時(shí)開始
4、渡河,M、N分別是甲乙兩船的出發(fā)點(diǎn),兩船頭與河岸均成角,甲船船頭恰好對(duì)準(zhǔn)N點(diǎn)的正對(duì)岸P點(diǎn),經(jīng)過(guò)一段時(shí)間乙船恰好到達(dá)P點(diǎn),如果劃船速度大小相等,且兩船相遇,不影響各自的航行,下列判斷正確的是()A.甲船也能到達(dá)正對(duì)岸B.甲船渡河時(shí)間一定短C.兩船相遇在NP直線上的某點(diǎn)(非P點(diǎn))D.渡河過(guò)程中兩船不會(huì)相遇12解析返回圖212返回解析解析甲船航行方向與河岸成角,水流速度水平向右,故合速度一定不會(huì)垂直河岸,即甲船不能垂直到達(dá)對(duì)岸,A錯(cuò)誤;1.求解平拋運(yùn)動(dòng)的基本思路和方法求解平拋運(yùn)動(dòng)的基本思路和方法運(yùn)動(dòng)的分解運(yùn)動(dòng)的分解將平拋運(yùn)動(dòng)分解為水平方向的勻速直線運(yùn)動(dòng)和豎直方向的自由落體運(yùn)動(dòng)“化曲為直”,是處理平拋
5、運(yùn)動(dòng)的基本思路和方法.2.求解平拋求解平拋(類平拋類平拋)運(yùn)動(dòng)的注意點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的注意點(diǎn)(1)突出落點(diǎn)問(wèn)題時(shí),一般建立坐標(biāo)系,由兩個(gè)方向遵循的規(guī)律列出位移方程,由此確定其落點(diǎn).(2)突出末速度的大小和方向問(wèn)題時(shí),一般要建立水平分速度和豎直分速度之間的關(guān)系,由此確定其末速度.考題二平拋(類平拋)運(yùn)動(dòng)的規(guī)律方法指導(dǎo)(3)如圖3所示,分解某一過(guò)程的位移和某一位置瞬時(shí)速度,則可以獲得兩個(gè)直角三角形,一般該類運(yùn)動(dòng)問(wèn)題都可以在這兩個(gè)直角三角形中解決.圖3例例2如圖4所示,將甲、乙兩球從虛線PQ右側(cè)某位置分別以速度v1、v2沿水平方向拋出,其部分軌跡如圖1、2所示,兩球落在斜面上同一點(diǎn),且速度方向相同,不計(jì)空氣阻
6、力,下列說(shuō)法正確的是()A.甲、乙兩球拋出點(diǎn)在同一豎直線上B.甲、乙兩球拋出點(diǎn)在斜面上C.甲球拋出點(diǎn)更靠近PQ線D.一定有v1v2解析典例剖析圖4解析解析二者落在斜面上時(shí)速度的方向相同,所以速度的方向與水平方向之間的夾角是相等的,tan 根據(jù):vygtxv0t解析可知二者的位移偏轉(zhuǎn)角也相等,所以兩個(gè)小球的拋出點(diǎn)與落點(diǎn)的連線在同一直線上,故結(jié)合題目的圖象可知1的拋出點(diǎn)高于2的拋出點(diǎn),故A錯(cuò)誤;結(jié)合A的分析可知,兩個(gè)小球的拋出點(diǎn)與落點(diǎn)的連線在同一直線上,兩個(gè)小球的拋出點(diǎn)可能在斜面上,也可能不在斜面上,故B錯(cuò)誤;兩個(gè)小球的拋出點(diǎn)與落點(diǎn)的連線在同一直線上,而題目的圖中1在上,所以甲的拋出點(diǎn)離PQ要遠(yuǎn)一
7、些,故C錯(cuò)誤;由于甲的拋出點(diǎn)高一些,因此甲運(yùn)動(dòng)的時(shí)間長(zhǎng)些,故豎直方向的速度vgt大些,而根據(jù)落點(diǎn)的速度方向相同,因此速度v1要大一些,故D正確.3.如圖5所示,在水平地面上A、B兩點(diǎn)同時(shí)迎面拋出兩個(gè)物體,初速度分別為v1、v2,與水平方向所成角130、260,兩物體恰好落到對(duì)方拋出點(diǎn).兩物體在空中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間分別為t1、t2,不計(jì)空氣阻力.則()A.v1v2B.t1t2C.兩物體在空中可能相遇D.兩物體位于同一豎直線時(shí),一定在AB中點(diǎn)的右側(cè)解析34變式訓(xùn)練變式訓(xùn)練圖534在豎直方向上的速度一個(gè)大,一個(gè)小,又是同時(shí)拋出,所以兩者不可能同時(shí)到達(dá)同一高度,即兩者不可能相遇,C錯(cuò)誤;兩者位于同一豎直線時(shí)
8、,由于運(yùn)動(dòng)時(shí)間相同,而A球的水平初速度較大,所以A球走過(guò)的水平位移大于B球的,所以一定在AB中點(diǎn)的右側(cè),D正確.4.橫截面為直角三角形的兩個(gè)相同斜面緊靠在一起,固定在水平面上,如圖6所示.它們的豎直邊長(zhǎng)都是底邊長(zhǎng)的一半,現(xiàn)有三個(gè)小球從左邊斜面的頂點(diǎn)以不同的初速度向右平拋,最后落在斜面上,其落點(diǎn)分別是a、b、c.若不計(jì)空氣阻力,則下列判斷正確的是()A.三小球比較,落在c點(diǎn)的小球飛行過(guò)程 速度變化最大B.三小球比較,落在c點(diǎn)的小球飛行過(guò)程速度變化最快C.三小球比較,落在a點(diǎn)的小球飛行時(shí)間最短D.無(wú)論小球拋出時(shí)初速度多大,落在斜面上的瞬時(shí)速度都不可能與斜面垂直解析返回34圖6返回34三個(gè)小球均做平
9、拋運(yùn)動(dòng),加速度都是g,則速度變化快慢一樣,故B錯(cuò)誤.小球打到兩斜面交點(diǎn)時(shí),速度方向與水平方向夾角為45,與斜面夾角小于90,打到右側(cè)斜面的其他位置處,夾角更小,故D正確.考題三圓周運(yùn)動(dòng)問(wèn)題的分析知識(shí)精講1.圓周運(yùn)動(dòng)的描述圓周運(yùn)動(dòng)的描述2.水平面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)的臨界問(wèn)題水平面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)的臨界問(wèn)題(1)水平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)的物體其向心力可能由彈力、摩擦力等力提供,常涉及繩的張緊與松弛、接觸面分離等臨界狀態(tài).(2)常見臨界條件:繩的臨界:張力FT0;接觸面滑動(dòng)的臨界:FFf;接觸面分離的臨界:FN0.3.豎直平面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)的繩、桿模型豎直平面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)的繩、桿模型模型繩模型桿模型實(shí)例球與繩連接、水流星、翻
10、滾過(guò)山車等球與桿連接、球過(guò)豎直的圓形管道、套在圓環(huán)上的物體等圖示典例剖析例例3如圖7所示,質(zhì)量為m的小球置于內(nèi)部光滑的正方體盒子中,盒子的邊長(zhǎng)略大于球的直徑.盒子在豎直平面內(nèi)做半徑為R、周期為 的勻速圓周運(yùn)動(dòng),重力加速度大小為g,則()A.盒子運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)時(shí),小球?qū)凶拥撞繅毫閙gB.盒子運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí),小球?qū)凶拥撞繅毫?mgC.盒子運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí),小球?qū)凶拥撞繅毫?mgD.盒子從最低點(diǎn)向最高點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中,球處于超重狀態(tài)圖7解析解析解析設(shè)盒子運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)時(shí),小球受到盒子頂部的壓力,則:FmgmR()2,解得:F0根據(jù)牛頓第三定律,盒子運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)時(shí),小球?qū)凶拥撞繅毫?.故A錯(cuò)誤
11、;盒子運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí),小球受到盒子底部支持力與重力的合力提供向心力,則:FNmgmR()2,解得:FN2mg根據(jù)牛頓第三定律,盒子運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí),小球?qū)凶拥撞繅毫?mg.故B正確,C錯(cuò)誤;由A項(xiàng)的分析可知,在最高點(diǎn)小球只受到重力的作用,所以盒子從最低點(diǎn)向最高點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中,球接近最高點(diǎn)時(shí)處于失重狀態(tài).故D錯(cuò)誤.5.如圖8所示,在勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的水平盤上,沿半徑方向放著用細(xì)線相連的質(zhì)量相等的兩個(gè)物體A和B,它們分居圓心兩側(cè),與圓心距離分別為RAr,RB2r,與盤間的動(dòng)摩擦因數(shù)相同,當(dāng)圓盤轉(zhuǎn)速加快到兩物體剛好還未發(fā)生滑動(dòng)時(shí),最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力,下列說(shuō)法正確的是()A.此時(shí)繩子張力為FT3mg
12、B.此時(shí)圓盤的角速度為 C.此時(shí)A所受摩擦力方向沿半徑指向圓外D.此時(shí)燒斷繩子,A仍相對(duì)盤靜止,B將做離心運(yùn)動(dòng)解析56變式訓(xùn)練變式訓(xùn)練圖8解析解析兩物塊A和B隨著圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),合外力提供向心力,則Fm2r,B的半徑比A的半徑大,所以B所需向心力大,繩子拉力相等,所以當(dāng)圓盤轉(zhuǎn)速加快到兩物體剛好還未發(fā)生滑動(dòng)時(shí),B的靜摩擦力方向指向圓心,A的最大靜摩擦力方向指向圓外,根據(jù)牛頓第二定律得:FTmgm2r,F(xiàn)Tmgm22r,解得:FT3mg,故A、B、C正確;此時(shí)燒斷繩子,A的最大靜摩擦力不足以提供所需向心力,則A做離心運(yùn)動(dòng),故D錯(cuò)誤.566.(2016浙江理綜20)如圖9所示為賽車場(chǎng)的一個(gè)水平“梨形”賽
13、道,兩個(gè)彎道分別為半徑R90 m的大圓弧和r40 m的小圓弧,直道與彎道相切.大、小圓弧圓心O、O距離L100 m.賽車沿彎道路線行駛時(shí),路面對(duì)輪胎的最大徑向靜摩擦力是賽車重力的2.25倍,假設(shè)賽車在直道上做勻變速直線運(yùn)動(dòng),在彎道上做勻速圓周運(yùn)動(dòng),要使賽車不打滑,繞賽道一圈時(shí)間最短(發(fā)動(dòng)機(jī)功率足夠大,重力加速度g10 m/s2,3.14),則賽車()A.在繞過(guò)小圓弧彎道后加速B.在大圓弧彎道上的速率為45 m/sC.在直道上的加速度大小為5.63 m/s2D.通過(guò)小圓弧彎道的時(shí)間為5.58 s圖9解析返回56解析解析在彎道上做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí),根據(jù)徑向靜摩擦力提供向心力得,kmg ,當(dāng)彎道半徑一
14、定時(shí),在彎道上的最大速率是一定的,且在大彎道上的最大速率大于小彎道上的最大速率,故要想時(shí)間最短,可在繞過(guò)小圓弧彎道后加速,選項(xiàng)A正確;解析56返回56 考題四拋體運(yùn)動(dòng)與圓周運(yùn)動(dòng)的綜合知識(shí)精講解決拋體與圓周運(yùn)動(dòng)的綜合問(wèn)題應(yīng)注意:解決拋體與圓周運(yùn)動(dòng)的綜合問(wèn)題應(yīng)注意:(1)平拋運(yùn)動(dòng)與圓周運(yùn)動(dòng)的關(guān)聯(lián)速度.(2)圓周運(yùn)動(dòng)中向心力與運(yùn)動(dòng)學(xué)公式的關(guān)聯(lián).(3)動(dòng)能定理的靈活運(yùn)用.典例剖析例例4(12分)如圖10所示,BC為半徑等于 豎直放置的光滑細(xì)圓管,O為細(xì)圓管的圓心,在圓管的末端C連接傾斜角為45、動(dòng)摩擦因數(shù)0.6的足夠長(zhǎng)粗糙斜面,一質(zhì)量為m0.5 kg的小球從O點(diǎn)正上方某處A點(diǎn)以v0水平拋出,恰好能垂直
15、OB從B點(diǎn)進(jìn)入細(xì)圓管,小球從進(jìn)入圓管開始受到始終豎直向上的力F5 N的作用,當(dāng)小球運(yùn)動(dòng)到圓管的末端C時(shí)作用力F立即消失,小球能平滑地沖上粗糙斜面.(g10 m/s2)求:圖10(1)小球從O點(diǎn)的正上方某處A點(diǎn)水平拋出的初速度v0為多少?OA的距離為多少?(2)小球在圓管中運(yùn)動(dòng)時(shí)對(duì)圓管的壓力是多少?(3)小球在CD斜面上運(yùn)動(dòng)的最大位移是多少?答案思維規(guī)范流程思維規(guī)范流程 步驟1:小球 從A到B點(diǎn)做 平拋運(yùn)動(dòng) vB為平拋運(yùn)動(dòng) 與圓周運(yùn)動(dòng)的 關(guān)聯(lián)速度(1)A到B:x h 在B點(diǎn):tan 45 得:v0 h|OA|rsin 45 v0t2 m/s0.2 mhrcos 450.6 m答案 步驟2:小球
16、從B到C點(diǎn)做勻 速圓周運(yùn)動(dòng)(2)在B點(diǎn):vB FN 由牛頓第三定律得:小球?qū)A管的壓力 FNFN 答案 步驟3:小球 由C點(diǎn)沿斜面 上滑到最高點(diǎn)(3)ma a m/s2 x mmgsin 45mgcos 45式2分,其余各式1分.7.如圖11所示,質(zhì)量為1 kg物塊自高臺(tái)上A點(diǎn)以4 m/s的速度水平拋出后,剛好在B點(diǎn)沿切線方向進(jìn)入半徑為0.5 m的光滑圓弧軌道運(yùn)動(dòng).到達(dá)圓弧軌道最底端C點(diǎn)后沿粗糙的水平面運(yùn)動(dòng)4.3 m到達(dá)D點(diǎn)停下來(lái),已知OB與水平面的夾角53,g10 m/s2(sin 530.8,cos 530.6).求:(1)A、B兩點(diǎn)的高度差;解析答案變式訓(xùn)練變式訓(xùn)練圖11解析解析小物塊恰好從B端沿切線方向進(jìn)入軌道,據(jù)幾何關(guān)系有:A到B的過(guò)程中機(jī)械能守恒,得:聯(lián)立得:h0.45 m答案答案0.45 m解析答案(2)物塊到達(dá)C點(diǎn)時(shí),物塊對(duì)軌道的壓力;解析解析小物塊由B運(yùn)動(dòng)到C,據(jù)動(dòng)能定理有:解得FN96 N根據(jù)牛頓第三定律,小物塊經(jīng)過(guò)圓弧軌道上C點(diǎn)時(shí)對(duì)軌道的壓力FN的大小為96 N.答案答案96 N返回解析答案(3)物塊與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù).解析解析小物塊從C運(yùn)動(dòng)到D,據(jù)功能關(guān)系有:聯(lián)立得:0.5答案答案0.5
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