高考物理一轮复习 4.1 曲线运动 万有引力与航天课件.ppt

第四章曲线运动万有引力与航天 第1节曲线运动运动的合成与分解 5 一 曲线运动1 速度的方向质点在某一点的速度方向 沿曲线在这一点的切线方向 2 运动的性质做曲线运动的物体 速度的方向时刻在改变 所以曲线运动是变速运动 3 曲线运动的条件4 合力方向与轨迹的关系物体做曲线运动的轨迹一定夹在合力方向和速度方向之间 速度方向与轨迹相切 合力方向指向曲线的 凹 侧 6 二 运动的合成与分解1 基本概念分运动合运动 2 分解原则根据运动的实际效果分解 也可采用正交分解 7 3 遵循的规律位移 速度 加速度都是矢量 故它们的合成与分解都遵循平行四边形定则 1 如果各分运动在同一直线上 需选取正方向 与正方向同向的量取 号 与正方向反向的量取 号 从而将矢量运算简化为代数运算 2 两分运动不在同一直线上时 按照平行四边形定则进行合成 如图所示 8 9 10 1 多选 关于做曲线运动的物体 下列说法中正确的是 a 它所受的合外力一定不为零b 它所受的合外力一定是变力c 其速度可以保持不变d 其动能可以保持不变 答案 解析 11 2 多选 下列哪幅图能正确描述质点运动到p点时的速度v和加速度a的方向关系 答案 解析 12 3 各种大型的货运站中少不了旋臂式起重机 如图所示 该起重机的旋臂保持不动 可沿旋臂 行走 的天车有两个功能 一是吊着货物沿竖直方向运动 二是吊着货物沿旋臂水平方向运动 现天车吊着货物正在沿水平方向向右匀速行驶 同时又使货物沿竖直方向做匀减速运动 此时 我们站在地面上观察到货物运动的轨迹可能是下图中的 答案 解析 13 4 小文同学在探究物体做曲线运动的条件时 将一条形磁铁放在桌面的不同位置 让小钢珠在水平桌面上从同一位置以相同初速度v0运动 得到不同轨迹 图中a b c d为其中四条运动轨迹 磁铁放在位置a时 小钢珠的运动轨迹是b 填轨迹字母代号 磁铁放在位置b时 小钢珠的运动轨迹是c 填轨迹字母代号 实验表明 当物体所受合外力的方向跟它的速度方向不在 选填 在 或 不在 同一直线上时 物体做曲线运动 解析 磁铁放在位置a时 小球受磁场力方向与速度方向在一条直线上 小球沿轨迹b做直线运动 磁铁放在位置b时 小球沿轨迹c运动 当物体所受合外力的方向跟它的速度方向不在同一直线上时 物体做曲线运动 14 5 某质点的运动速度在x y方向的分量vx vy与时间的关系如图所示 已知x y方向相互垂直 则4s末该质点的速度和位移大小各是多少 15 考点一 考点二 例1 对点训练1 考点三 物体做曲线运动的条件及轨迹1 合力方向与轨迹的关系无力不拐弯 拐弯必有力 曲线运动轨迹始终夹在合力方向与速度方向之间 而且向合力的方向弯曲 或者说合力的方向总是指向轨迹的 凹 侧 2 合力方向与速率变化的关系 1 当合力方向与速度方向的夹角为锐角时 物体的速率增大 2 当合力方向与速度方向的夹角为钝角时 物体的速率减小 3 当合力方向与速度方向垂直时 物体的速率不变 16 考点一 考点二 考点三 例1 对点训练1 如图所示 图中红蜡块能在玻璃管的水中匀速上升 若红蜡块在a点匀速上升的同时 使玻璃管水平向右做匀加速直线运动 则红蜡块实际运动的轨迹是图中的 a 直线pb 曲线qc 曲线rd 无法确定 解题探究 蜡块的加速度 合外力 沿哪个方向 提示 沿水平方向向右 答案 解析 17 考点一 考点二 考点三 例1 对点训练1 规律总结 物体做曲线运动的轨迹特征 1 判断物体是做曲线运动还是做直线运动 关键要看a和v的方向 两者方向在同一直线上则做直线运动 有夹角则做曲线运动 2 分析曲线轨迹时应注意三点 凹向 弯曲程度及轨迹位置 3 曲线上某点处合外力的方向在曲线上该点的切线的哪一侧 曲线就向哪一侧弯曲 曲线上某点的加速度越大 速度越小 则曲线轨迹弯曲越厉害 曲线轨迹必定夹在a v方向之间 18 考点一 考点二 考点三 例1 对点训练1 神舟十号飞船于2013年6月11日发射升空 在靠近轨道沿曲线从m点到n点的飞行过程中 速度逐渐减小 在此过程中神舟十号所受合力的方向 可能是 答案 解析 19 考点一 考点二 例2 对点训练2 考点三 例3 运动的合成及运动性质分析1 合运动的性质判断2 两个直线运动的合运动性质的判断标准 看合初速度方向与合加速度方向是否共线 20 考点一 考点二 考点三 例2 对点训练2 例3 如图所示 在一次抗洪救灾工作中 一架离水面高为h 沿水平直线飞行的直升机a 用悬索 重力可忽略不计 救护困在湖水中的伤员b 在直升机a和伤员b以相同的水平速率匀速运动的同时 悬索将伤员吊起 设经t时间后 a b之间的距离为l 且l h 2t2 在这段时间内关于伤员b的受力情况和运动轨迹正确的是图中的 答案 解析 21 考点一 考点二 考点三 例2 对点训练2 例3 解题探究 伤员b在水平方向和竖直方向分别做什么运动 伤员的运动轨迹是直线还是曲线 轨迹向哪个方向弯曲 提示 在水平方向做匀速直线运动 在竖直方向做匀加速直线运动 提示 伤员的运动轨迹是曲线 向上弯曲 22 考点一 考点二 考点三 例2 对点训练2 例3 规律总结 合运动和分运动的关系 1 等时性 各个分运动与合运动总是同时开始 同时结束 经历时间相等 不同时的运动不能合成 2 独立性 一个物体同时参与几个分运动时 各分运动独立进行 互不影响 3 等效性 各分运动叠加起来与合运动有完全相同的效果 4 同一性 各分运动与合运动是指同一物体参与的分运动和实际发生的运动 不能是几个不同物体发生的不同运动 23 考点一 考点二 考点三 例2 对点训练2 例3 多选 2015 天津南开模拟 如图所示的直角三角板紧贴在固定的刻度尺上方 现假使三角板沿刻度尺水平向右匀速运动的同时 一支铅笔从三角板直角边的最下端 由静止开始沿此边向上做匀加速直线运动 下列关于铅笔尖的运动及其留下的痕迹的判断中 正确的是 a 笔尖留下的痕迹是一条抛物线b 笔尖留下的痕迹是一条倾斜的直线c 在运动过程中 笔尖运动的速度方向始终保持不变d 在运动过程中 笔尖运动的加速度方向始终保持不变 答案 解析 24 考点一 考点二 考点三 对点训练2 例3 解题探究 笔尖在水平方向和竖直方向上的运动性质 水平方向 竖直方向 请根据两个分运动确定笔尖的运动性质及轨迹 提示 匀速直线运动初速度为零的匀加速直线运动 提示 笔尖做匀变速曲线运动 其轨迹是抛物线 25 考点一 考点二 考点三 例2 对点训练2 例3 如图所示 吊车以v1的速度沿水平直线向右匀速行驶 同时以v2的速度匀速收拢绳索提升物体 下列表述正确的是 a 物体的实际运动速度为v1 v2c 物体相对地面做曲线运动d 绳索保持竖直状态 答案 解析 26 考点一 考点二 考点三 例4 对点训练3 关联 速度问题绳 杆等有长度的物体 在运动过程中 其两端点的速度通常是不一样的 但两端点的速度是有联系的 称之为 关联 速度 关联速度的关系 沿杆 或绳 方向的速度分量大小相等 分析过程 1 绳子末端运动速度的分解 应按运动的实际效果进行 2 速度投影定理 不可伸长的杆 或绳 尽管各点速度不同 但各点速度沿绳方向的投影相同 27 考点一 考点二 考点三 例4 对点训练3 如图所示 人用绳子通过定滑轮拉物体a 当人以速度v0匀速前进时 物体a将做 a 匀速运动b 加速运动c 匀加速运动d 减速运动 解题探究 物体a的运动有两个运动效果 分别是什么 将该物体的速度沿哪两个方向分解 提示 沿绳方向的平动效果和绕定滑轮的转动效果 提示 沿绳方向和垂直绳方向 答案 解析 28 考点一 考点二 考点三 例4 对点训练3 规律总结 1 求解绳 杆 拉物体运动的合成与分解问题的思路和方法 先明确合运动 物体的实际运动 的方向 然后按运动的实际效果 一方面有沿绳 杆 方向伸缩的效果 另一方面有使绳 杆 转动的效果 确定两个分运动的方向 沿绳 杆 方向的分运动和垂直绳 杆 方向的分运动 而沿绳 杆 方向的分速度大小相同 29 考点一 考点二 考点三 例4 对点训练3 2 常见的模型如图所示 30 考点一 考点二 考点三 例4 对点训练3 两根光滑的杆互相垂直地固定在一起 上面分别穿有一个小球 小球a b间用一细直棒相连 如图所示 当细直棒与竖直杆夹角为 时 两小球实际速度大小之比为 a sin b cos c tan d cot 答案 解析 31 小船渡河 模型模型构建在运动的合成与分解问题中 两个匀速直线运动的合运动仍是匀速直线运动 其中一个速度大小和方向都不变 另一个速度大小不变 方向在180 范围内 在速度不变的分运动所在直线的一侧 变化 我们对合运动或分运动的速度 时间 位移等问题进行研究 这样的运动系统可看作 小船渡河模型 32 模型特点1 船的实际运动是水流的运动和船相对静水的运动的合运动 2 三种速度 船在静水中的速度v船 水的流速v水 船的实际速度v 3 三种情景 1 渡河时间最短 船头正对河岸 渡河时间最短 d为河宽 2 渡河路径最短 v水 v船时 合速度垂直于河岸 航程最短 xmin d 33 3 渡河路径最短 v水 v船时 合速度不可能垂直于河岸 无法垂直河岸渡河 确定方法如下 如图所示 以v水矢量末端为圆心 以v船矢量的大小为半径画弧 从v水矢量的始端向圆弧作切线 则合速度沿此切线方向航程最短 34 如图所示 一艘轮船正在以4m s的速度沿垂直于河岸方向匀速渡河 河中各处水流速度都相同 其大小为v1 3m s 行驶中 轮船发动机的牵引力与船头朝向的方向相同 某时刻发动机突然熄火 轮船牵引力随之消失 轮船相对于水的速度逐渐减小 但船头方向始终未发生变化 求 1 发动机未熄火时 轮船相对于静水行驶的速度大小 2 发动机熄火后 轮船相对于河岸速度的最小值 35 解题探究 发动机未熄火时 哪个速度是合速度 画出三个速度的矢量关系 提示 发动机未熄火时 轮船运动速度4m s为合速度 三个速度的矢量关系如图所示 轮船相对于河岸速度最小时 轮船相对于水的速度是零吗 如何确定 提示 轮船相对于水的速度不是零 可以由平行四边形定则确定轮船的最小速度 如图所示 当船的合速度垂直于v2时最小 答案 1 5m s 2 2 4m s 36 解析 2 熄火前 船的牵引力沿v2的方向 水的阻力与v2的方向相反 熄火后 牵引力消失 在阻力作用下 v2逐渐减小 但其方向不变 当v2与v1的矢量和与v2垂直时 轮船的合速度最小 则vmin v1cos 3 0 8m s 2 4m s 37 规律总结 小船渡河模型解题思路求解小船渡河问题有两类 一是求最短渡河时间 二是求最短渡河位移 无论哪类都必须明确以下四点 1 正确区分分运动和合运动 在船的航行方向也就是船头所指方向的运动 是分运动 船的运动也就是船的实际运动 是合运动 一般情况下与船头所指方向不共线 2 按实际效果分解 一般用平行四边形定则沿水流方向和船头所指方向分解 3 渡河时间只与垂直河岸的船的分速度有关 与水流速度无关 4 求最短渡河位移时 根据船速v船与水流速度v水的大小情况 用三角形定则求极限的方法处理 38 答案 解析 39 1 2 3 4 5 1 多选 2015 湖北武昌调研 小船横渡一条两岸平行的河流 船本身提供的速度 即在静水中速度 大小不变 船身方向垂直于河岸 水流速度与河岸平行 已知小船的运动轨迹如图所示 则 a 越接近河岸水流速度越小b 越接近河岸水流速度越大c 无论水流速度是否变化 这种渡河方式耗时最短d 该船渡河的时间会受水流速度变化的影响 答案 解析 40 1 2 3 4 5 2 多选 2015 北京海淀模拟 如图所示 某同学在研究运动的合成时做了如图所示活动 用左手沿黑板推动刻度尺竖直向上运动 运动中保持刻度尺水平 同时 用右手沿刻度尺向右移动笔尖 若该同学左手的运动为匀速运动 右手相对于刻度尺的运动为初速度为零的匀加速运动 则关于笔尖的实际运动 下列说法中正确的是 a 笔尖做匀速直线运动b 笔尖做匀变速直线运动c 笔尖做匀变速曲线运动d 笔尖的速度方向与水平方向夹角逐渐变小 答案 解析 41 1 2 3 4 5 3 无风时气球匀速竖直上升 速度为3m s 现吹水平方向的风 使气球获4m s的水平速度 气球经一定时间到达某一高度h 则 a 气球实际速度的大小为7m sb 气球的运动轨迹是曲线c 若气球获5m s的水平速度 气球到达高度h的路程变长d 若气球获5m s的水平速度 气球到达高度h的时间变短 答案 解析 42 1 2 3 4 5 4 在杂技表演中 猴子沿竖直杆向上做初速度为零 加速度为a的匀加速运动 同时人顶着直杆以速度v0水平向右匀速移动 经过时间t 猴子沿杆向上移动的高度为h 人顶杆沿水平地面移动