2014届高考物理二轮复习课件第3讲 牛顿运动定律与曲线运动

第3讲 牛顿运动定律与曲线运动 思考研讨 思考1 合运动与分运动的关系如何？ 研讨：等时性、独立性、等效性、矢量 性 思考2 物体做曲线运动的条件是什么？ 合力与轨迹有怎样的关系？ 研讨：条件：物体所受合外力(或加速度 )与初速度不共线，运动轨迹一定夹在合外 力方向与速度方向之间，速度方向与轨迹 相切，合外力方向指向曲线的“凹侧” 思考3 如图131所示，质量为m的小球 从离地面h处以v0水平抛出 图131 小球的轨迹为什么向下弯曲？为什么受 竖直向下的重力却有水平方向的位移？ 小球经多长时间 落地？落地的时间 由 什么因素决定？ 小球落地的速度是多少？方向如何？ 思考4 物体做匀速圆周运动的条件是什么 ？其线速度和向心加速度的大小和方向有何 特点？ 研讨：条件：合外力大小不变，方向始终 与速度方向垂直，且指向圆心线速度大小 不变，方向沿圆周切线方向，加速度大小不 变，方向总是沿半径指向圆心 思考6 如图133所示，有物体支撑的小 球在竖直平面内做圆周运动过最高点的情况 ：(例如，硬杆、弯管、汽车过拱桥等) 图133 试分析小球能做完整圆周运动的临界条 件是什么？ 研讨：在最高点的临界条件vmin0，FN mg. 真题体验 1. (2013江苏卷，7)(多选)如图134所 示，从地面上同一位置抛出两小球A、B， 分别落在地面上的M、N点，两球运动的 最大高度相同空气阻力不计，则 ( ) 图图134 AB的加速度比A的大 BB的飞行时间 比A的长 CB在最高点的速度比A在最高点的大 DB在落地时的速度比A在落地时的大 解析 两物体都只受重力，因此它们加速 度相同，A项错；由题意和抛体运动规律知 ，竖直方向分运动完全相同，因此飞行时 间一样，则B项错，再根据水平方向，同样 的时间内B物体水平位移大，则B物体在最 高点的速度较大，由机械能守恒定律知B落 地速度比A的也大，则C、D项正确 答案 CD 2(2013安徽卷，18)(单选)由消防水龙带 的喷嘴喷出水的流量是0.28 m3/min，水离 开喷口时的速度大小为16 m/s，方向与水 平面夹角为60 ，在最高处正好到达着火位 置，忽略空气阻力，则空中水柱的高度和水 量分别是(重力加速度g取10 m/s2) ( ) A28.8 m 1.12102 m3 B28.8 m 0.672 m3 C38.4 m 1.29102 m3 D38.4 m 0.776 m3 3(2013新课标全国，21)(多选)公路急 转弯处通常是交通事故多发地带如图1 35，某公路急转弯处是一圆弧，当汽 车行驶的速率为vc时，汽车恰好没有向公 路内外两侧滑动的趋势 ，则在该弯道处 ， ( ) 图图135 A路面外侧高内侧低 B车速只要低于vc，车辆 便会向内侧滑 动 C车速虽然高于vc，但只要不超出某一 最高限度，车辆 便不会向外侧滑动 D当路面结冰时，与未结冰时相比，vc 的值变 小 解析 当汽车行驶的速度为vc时，路面对汽 车没有摩擦力，路面对汽车的支持力与汽车 重力的合力提供向心力，此时要求路面外侧 高内侧低，选项A正确当速度稍大于vc时， 汽车有向外侧滑动的趋势，因而受到向内侧 的摩擦力，当摩擦力小于最大静摩擦力时， 车辆不会向外侧滑动，选项C正确同样， 速度稍小于vc时，车辆不会向内侧滑动，选 项B错误vc的大小只与路面的倾斜程度和转 弯半径有关，与地面的粗糙程度无关，D错 误 答案 AC 4(2013新课标全国，20)(多选)2012年6 月18日，神州九号飞船与天宫一号目标飞 行 器在离地面343 km的近圆轨 道上成功进行 了我国首次载人空间交会对接对接轨道所 处的空间存在极其稀薄的大气，下面说法正 确的是 ( ) A为实现对 接，两者运行速度的大小都 应介于第一宇宙速度和第二宇宙速度之间 B如不加干预，在运行一段时间 后，天 宫一号的动能可能会增加 C如不加干预，天宫一号的轨道高度将 缓慢降低 D航天员在天宫一号中处于失重状态， 说明航天员不受地球引力作用 解析 地球所有卫星的运行速度都小于第 一宇宙速度，故A错误轨道处的稀薄大气 会对天宫一号产生阻力，不加干预其轨道 会缓慢降低，同时由于降低轨道，天宫一 号的重力势能一部分转化为动能，故天宫 一号的动能可能会增加，B、C正确；航天 员受到地球引力作用，此时引力充当向心 力，产生向心加速度，航天员处于失重状 态，D错误 答案 BC 5(2013新课标全国，20)(多选)目前，在 地球周围有许多人造地球卫星绕着它转，其 中一些卫星的轨道可近似为圆 ，且轨道半径 逐渐变 小若卫星在轨道半径逐渐变 小的过 程中，只受到地球引力和稀薄气体阻力的作用 ，则下列判断正确的是 ( ) A卫星的动能逐渐减小 B由于地球引力做正功，引力势能一定减 小 C由于气体阻力做负功，地球引力做正功 ，机械能保持不变 D卫星克服气体阻力做的功小于引力势能 的减小 视角一 曲线运动的特点及平抛运动规律 的应用 命题角度 角度 1 曲线运动的条件及特点，运动的合成与 分解(2011课标 全国卷，20；2011 四川卷，20；2013江苏卷，7) 角度 2 平抛运动规 律的应用(2012课标 全国卷 ，15；2011广东理综，17；2013安 徽卷，18) 角度 3 平抛运动与其他形式运动的综合(2011 山东理综，24；2012福建卷，20； 2012江苏卷，6；2013福建卷，20) 【典例1】 (2013福建卷，20)如图136 ，一不可伸长的轻绳 上端悬挂于O点，下端 系一质量m1.0 kg 的小球现将小球拉到 A点(保持绳绷 直)由静止释放，当它经过 B点 时绳 恰好被拉断，小球平抛后落在水平地面 上的C点地面上的D点与OB在同一竖直线 上，已知绳长 L1.0 m，B点离地高度H 1.0 m，A、B两点的高度差h0.5 m，重力 加速度g取10 m/s2，不计空气影响，求： (1)地面上DC两点间的距离s； (2)轻绳 所受的最大拉力大小 图图136 应考策略 (1)解决运动合成和分解的一般思路 明确合运动或分运动的运动性质 明确是在哪两个方向上的合成或分解 找出各个方向上已知的物理量(速度、位 移、加速度) 运用力与速度的关系或矢量的运算法则 进行分析求解 (2)求解平抛运动的基本思路和方法运 动的分解 将平抛运动分解为水平方向的匀速运动和 竖直方向的自由落体运动“化曲为直”，是 处理平抛运动的基本思路和方法 应考组训 1(多选)如图137甲所示，在长约 1 m 的一端封闭的玻璃管中注满清水，水中放一 个圆柱形的红蜡块R，将玻璃管的开口端用 胶塞塞紧将此玻璃管迅速竖直倒置(如图 乙所示)，红蜡块R就沿玻璃管由管口A上升 到管底B.若在将玻璃管竖直倒置、红蜡块从 A端上升的同时，将玻璃管向右水平移动(玻 璃管的初速度可能为零、也可能不为零)(如 图丙丁所示)，直至红蜡块上升到管底B的 位置(如图丁所示)描出红蜡块的运动轨 迹 如图戊所示，则红 蜡块和玻璃管的运动情况 可能是 ( ) 图137 A红蜡块沿玻璃管向上做匀速运动，玻璃 管向右做匀速运动 B红蜡块沿玻璃管向上做匀加速运动，玻 璃管向右做匀速运动 C红蜡块沿玻璃管向上做匀加速运动，玻 璃管向右做匀加速运动 D红蜡块沿玻璃管向上做匀速运动，玻璃 管向右做匀加速运动 解析 由运动轨迹可知，合力方向一定指 向曲线的内侧，那么对于水平方向和竖直 方向的运动即有两种情况：一是竖直方向 是匀加速，水平方向是匀速；二是竖直方 向和水平方向都是匀加速，但竖直方向加 速度较大综上分析，应该选B、C. 答案 BC 2. (单选)(2013合肥模拟)如图138所 示是倾角为45的斜坡，在斜坡底端P点正 上方某一位置Q处以速度v0水平向左抛出 一个小球A，小球恰好能垂直落在斜坡上， 运动时间为 t1.小球B从同一点Q处自由下 落，下落至P点的时间为 t2.不计空气阻力 ，则t1t2为 ( ) 图图138 3. (2013福州模拟)如图139所示，斜 面体ABC固定在地面上，小球p从A点由静 止下滑，当小球p开始下滑时，另一小球q 从A点正上方的D点水平抛出，两球同时到 达斜面底端的B处已知斜面AB光滑，长 度l2.5 m，斜面倾角30，不计空气 阻力，g取10 m/s2.求： 图图139 (1)小球p从A点滑到B点的时间时间 ； (2)小球q抛出时时初速度的大小 视角二 圆周运动及其相关的动力学问题 命题角度 角 度 1 匀速圆周运动及匀速圆周运动与其 他力学知识的综合应用(2013课标 全国卷，21；2012福建卷，20 ；2011天津卷，10；2012浙江卷 ，18；2013江苏卷，2；2013重 庆卷，8) 角 度 2 竖直面内的圆周运动及其临界条件 (2011安徽卷，17；2012广东卷 ，17；2013福建卷，20) 【典例2】 (2012福建卷)如图1310所示 ，置于圆形水平转台边缘 的小物块随转台加 速转动 ，当转速达到某一数值时 ，物块恰好 滑离转台开始做平抛运动现测 得转台半径 R0.5 m，离水平地面的高度H0.8 m，物 块平抛落地过程水平位移的大小 s0.4 m 设物块所受的最大静摩擦力等于滑动摩擦力 ，取重力加速度g10 m/s2.求： 图图1310 (1)物块块做平抛运动动的初速度大小v0； (2)物块块与转转台间间的动动摩擦因数. 教你审题 第1步：细读题抓好两分析 第2 步 ： 挖掘隐隐含条件找出突破口 应考策略 圆周运动的综合题往往涉及圆周运动、 平抛运动(或类平抛运动)、匀变速直线运动 等多个运动过程，常结合功能关系进行求 解，解答时可从以下两点进行突破： 1分析临界点 对于物体在临界点相关多个物理量，需 要区分哪些物理量能够突变，哪些物理量 不能突变，而不能突变的物理量(一般指线 速度)往往是解决问题的突破口 2分析每个运动过程的运动性质 对于物体参与的多个运动过程，要仔细 分析每个运动过程为何种运动：(1)若为圆 周运动，应明确是水平面内的匀速圆周运 动，还是竖直平面内的变速圆周运动，机 械能是否守恒(2)若为抛体运动，应明确 是平抛运动，还是类平抛运动，垂直于初 速度方向的力是哪个力 应考组训 4. (2013江苏卷，2)(单选)如图1311 所示，“旋转秋千”中的两个座椅A、B质量 相等，通过相同长度的缆绳悬 挂在旋转 圆盘 上不考虑空气阻力的影响，当旋转 圆盘绕竖 直的中心轴匀速转动时 ，下列 说法正确的是 ( ) 图图1311 AA的速度比B的大 BA与B的向心加速度大小相等 C悬挂A、B的缆绳 与竖直方向的夹角相 等 D悬挂A的缆绳 所受的拉力比悬挂B的小 5(多选)如图1312所示，一小球以竖 直向上的初速度v0从与圆心等高处冲入一 管道，该管道为个圆，半径为R5 m 已知它刚好能够通过管道的最高点经过 管道后，它又沿着光滑导轨刚 好可以通过 另一个半径为r的圆轨 道若所有衔接处 均不损失机械能，不计摩擦，小球直径以 及圆管内径可忽略，g取10 m/s2.下列说法 正确的是 ( ) 图1312 6为了研究过山车的原理，物理小组提 出了下列的设想，取一个与水平方向夹角 为37、长为 L2.0 m的粗糙倾斜轨道AB ，通过水平轨道BC与竖直圆轨 道相连， 出口为水平轨道DE，整个轨道除AB段以 外都是光滑的其中AB与BC轨道以微小 圆弧相接，如图1313所示，一个小物 块以初速度v04.0 m/s，从某一个高度水 平抛出，到A点时速度方向恰沿AB方向， 并沿倾斜轨道滑下已知物块与倾斜轨道 的动摩擦因数0.5(g取10 m/s2，sin 37 0.6，cos 370.8)求： 图1313 (1)小物块块的抛出点和A点的高度差； (2)为为了让让小物块块不离开轨轨道，并且能够够滑回倾倾斜轨轨道AB， 则竖则竖 直圆轨圆轨 道的半径应该满应该满 足什么条件 (3)要使小物块块不离开轨轨道，并从水平轨轨道DE滑出，求竖竖直 圆圆弧轨轨道的半径应该满应该满 足什么条件 视角三 万有引力定律及应用 命题角度 角 度 1 万有引力定律的理解及应用(2012课标 全 国卷，21；2012浙江卷，15；2012江 苏卷，8；2013福建卷，13；2013浙 江卷，18) 角 度 2 对天体质量与密度计算的考查(2012福建 卷，16；2011浙江卷；2011江苏卷) 角 度 3 对人造卫星运动规 律及超重、失重的考 查(2012广东卷，21；2012山东卷， 15；2012安徽卷，14；2013课标 全国 卷，20；2013广东卷，14；2013四 川卷，4) 角 度 4 对双星、同步卫星、卫星变轨 及能量转 化问题 的考查(2012北京卷，18； 2012四川卷，15；2012海南卷，11； 2012重庆卷，18；2013课标 全国卷， 20；2013山东卷，20；2013安徽卷， 17) 【典例3】 (2013广东卷，14)如图13 14，甲、乙两颗卫 星以相同的轨道半径分 别绕质 量为M和2M的行星做匀速圆周运 动，下列说法正确的是 ( ) 图1314 A甲的向心加速度比乙的小 B甲的运行周期比乙的小 C甲的角速度比乙的大 D甲的线速度比乙的大 应考策略 “一、二、三”跑步解决天体问题 “一”理解一个定律万有引力定律 “二”构建两大模型 (2)“天体自转”模型 绕通过自身中心的某一轴以一定的角速度 匀速转动的天体称为“自转”天体 “三”个区别 中心天体和环绕天体的区别； 自转周期和公转周期的区别； 星球半径和轨道半径的区别 应考组训 7(单选)2012年10月25日，我国将第十六 颗北斗卫星“北斗G6”送入太空，并定 点于地球静止轨道东经 110.5.由此，具有 完全自主知识产权 的北斗系统将首先具备 为亚 太地区提供高精度、高可靠定位、导 航、授时服务，将具短报文通信能力其 定位精度优于20 m，授时精度优于100 ns.关于这颗 “北斗G6”卫星以下说法中 正确的有 ( ) A这颗卫 星轨道平面与东经 110.5的经 线平面重合 B通过地面控制可以将这颗卫 星定点于 杭州正上方 C这颗卫 星的线速度大小比离地350 km 高的“天宫一号”空间站线速度要大 D这颗卫 星的周期一定等于地球自转周 期 解析 由题意知该卫星是一颗地球同步卫 星，它的轨道平面与赤道平面重合，它的 周期等于地球的自转周期，它离地高度大 于350 km，它的线速度要比离地高度等于 350 km的“天宫一号”空间站线速度要小， 故只有选项D正确 答案 D 8(多选)2013年2月16日凌晨， 2012DA14小行星与地球“擦肩而过”，距离 地球最近约2.77万公里据观测 ，它绕太 阳公转的周期约为 366天，比地球的公转 周期多1天假设小行星和地球绕太阳运 行的轨道均为圆轨 道，对应 的轨道半径 分别为 R1、R2，线速度大小分别为 v1、v2 ，以下关系式正确的是 ( ) 9(单选)有a、b、c、d四颗地球卫星，a 还未发射，在地球赤道上随地球表面一起 转动 ，b处于地面附近近地轨道上正常运 动，c是地球同步卫星，d是高空探测卫 星 ，各卫星排列位置如图1315所示，则 有 ( ) 图1315 10(2013浙江卷，18)(多选)如图13 16所示，三颗质 量均为m的地球同步卫星 等间隔分布在半径为r的圆轨 道上，设地 球质量为M，半径为R.下列说法正确的是 ( ) 图1316 11(2013四川卷，4)(单选)迄今发现 的二百 余颗太阳系外行星大多不适宜人类居住，绕 恒星“Gliese 581”运行的行星“G1 581 c”却很 值得我们期待该行星的温度在0 到40 之间、质量是地球的6倍、直径是地球的1.5 倍、公转周期为13个地球日“Gliese 581”的 质量是太阳质量的0.31倍设该 行星与地球 均视为质 量分布均匀的球体，绕其中心天体 做匀速圆周运动，则 ( ) 12. (多选)“嫦娥一号”探月卫星绕地运行一段 时间 后，离开地球飞向月球如图1317 所示是绕地飞行的三条轨道，轨道1是近地 圆形轨道，轨道2和轨道3是变轨 后的椭圆 轨道A点是轨道2的近地点，B点是轨道2 的远地点，卫星在轨道1的运行速率为7.7 km/s，则下列说法中正确的是 ( ) 图图1317 A卫星在轨道2上经过 A点时的速率一定 大于7.7 km/s B卫星在轨道2上经过 B点时的速率一定 小于卫星在轨道2上经过 A点时的速率 C卫星在轨道3上