吉林省长五中高一物理《运动分解与合成 平抛运动》课件 .ppt

物理 第四单元曲线运动万有引力定律 考纲解读 物理 第四单元 本题趋向 本单元在高考中 主要考查三个内容 1 对平抛运动或类平抛运动的考查 2 对圆周运动的运动学问题与动力学问题的考查 3 运用万有引力定律和圆周运动的知识处理天体运动的问题 平抛运动与匀速率圆周运动是两个重要的曲线运动的模型 带电粒子在电场 磁场 混合场中运动时常有涉及 高考中常有考题 天体运动及其与航天航空技术的综合问题是近几年来高考的热点之一 复习中应多加注意 本单元内容在高考中所占的分值约为10分 物理 第四单元 复习策略 1 教材在介绍对复杂的曲线运动进行运动的合成与分解的处理思路后 介绍了平抛运动及其研究方法 再介绍了匀速率圆周运动运动学规律及动力学规律 最后介绍了万有引力定律与人造卫星 宇宙速度等内容 通过复习 重点掌握三个模型 即 平抛运动的模型 匀速率圆周运动的模型 天体运动的模型 2 建议复习时重点突破以下重点或难点 1 掌握平抛运动的处理思路与方法 形成对复杂运动进行运动的合成与分解的意识 物理 第四单元 2 理解描述匀速率圆周运动的物理量的概念 会运用相关的公式分析匀速率圆周运动的运动学问题 3 会处理圆周运动的动力学问题 尤其是在竖直平面内的圆周运动的临界问题 4 掌握天体运动的模型 会用万有引力定律与圆周运动的知识处理天体运动的问题 5 了解航天航空知识 会分析处理卫星中的同步卫星 近地卫星 轨道变换 卫星回收等相关问题 3 建议用10课时复习 具体安排为 3 3 3 1 物理 第四单元 知识框架 第13讲复习指南 高考对本讲内容主要考查对复杂运动进行运动的合成与分解的思维方法及平抛运动的分析处理方法 既有独立命题的考题 也有将上述考点体现在综合题的考题 如带电粒子在电场或混合场中的运动 主要题型为选择题与计算题 本讲要求理解物体产生曲线运动的条件和性质 会确定曲线运动的速度方向 会对复杂的曲线运动进行运动的合成与分解 同时 要求熟练掌握处理平抛运动的基本方法 掌握平抛运动的规律 分运动与合运动之间满足等时性 等效性及平行四边形定则 复杂的曲线运动可以分解成相互垂直的两个直线分运动 运动具有独立性 平抛运动中 运动时间和合速度与水平的夹角是联系合运动与分运动的桥梁 当涉及位移时应扣住时间 在涉及速度时应扣住角度 另外 竖直方向的加速度为g是一个隐含条件 不能忽视 1 物体做曲线运动时 其加速度 a 一定不等于零 b 一定不变 c 一定改变 d 可能不变 解析 当加速度与物体的运动方向不在一条直线上时 物体将做曲线运动 所以物体做曲线运动时 加速度一定不为零 a正确 加速度可能改变 如匀速圆周运动 加速度的方向总在改变 也可能不发生改变 如平抛运动 d正确 第13讲课前热身 ad 2 一个带正电的小球自由下落一段时间后 进入一个水平向右的匀强电场 那么小球在电场中的运动轨迹是下图中的 b 第13讲课前热身 解析 小球自由下落一段时间后 在竖直方向有一个向下的速度 当此带正电的小球进入匀强电场后 除受到重力之外 还受到一个水平向右的电场力作用 因此其合力方向变为斜向右下方 大小 方向均恒定 从此刻起带电小球所受的合力与速度方向存在一个夹角 即开始做曲线运动 但非类平抛运动 再根据速度方向沿曲线的切线方向可判断 正确答案为b 第13讲课前热身 3 关于平抛运动 下列说法正确的是 a 平抛运动的轨迹是曲线 所以平抛运动是变速运动b 平抛运动是一种匀变速曲线运动 c 平抛运动的水平射程s仅由初速度v0决定 v0越大 s越大d 平抛运动的落地时间t由初速度v0决定 v0越大 t越大 解析 由于平抛运动的轨迹为曲线 所以其速度方向在不断发生变化 因此是变速运动 又因为做平抛运动的物体被抛出后仅受到重力的作用 所以是一种匀变速曲线运动 而平抛运动的水平射程同时决定于水平速度大小和空中飞行的时间 而飞行的时间又仅决定于下落的高度 所以正确的答案为ab ab 第13讲课前热身 4 2007届 天津模拟题 一个静止的质点 在两个互成锐角的恒力f1 f2作用下开始运动 经过一段时间后撤掉其中的一个力 则质点在撤力前后两个阶段的运动性质分别是 a 匀加速直线运动 匀减速直线运动 b 匀加速直线运动 匀变速曲线运动 c 匀变速曲线运动 匀速圆周运动 d 匀加速直线运动 匀速圆周运动 b 解析 一个静止的质点 在两个互成锐角的恒力f1 f2作用下开始运动 它将沿着合力的方向做匀加速直线运动 撤掉其中的一个力后 由于运动方向和力的方向不在同一直线上 它将做匀变速曲线运动 故b选项正确 第13讲课前热身 5 2007届 山东模拟题 如右图所示 小球自楼梯的平台上以v0 1 5m s的速度被水平踢出 所有阶梯的高度和宽度都是0 2m 问小球首先落在哪一级台阶上 解析 小球落到台阶上 必须满足的关系 sx sy v0 sy 即 sy 代入数据可得 sy 0 45m 所以小球首先落在3级台阶上 第13讲课前热身 一 运动的性质和轨迹1 物体运动的性质由加速度及速度和加速度的方向关系决定 2 物体运动的轨迹是直线还是曲线决定于它们的合速度和合加速度方向是否共线 3 常见的类型有 1 a 0 性质为匀速直线运动或静止 2 a恒定 性质为匀变速运动 可分为三类 初速度v a同向 性质为匀加速直线运动 初速度v a反向 性质为匀减速直线运动 初速度v a成一定角度 不为0 或180 性质为匀变速曲线运动 轨迹在v a之间 速度方向逐渐向a的方向接近 但不可能达到 3 a变化 性质为变速运动 如简谐运动 第13讲考点整合 二 合运动与分运动的关系1 运动的独立性原理 一个物体同时参与几种运动 那么各分运动都可以看作各自独立进行 它们之间互不干扰 而总的运动是这几个分运动的合成 2 运动的等时性原理 合运动和分运动是在同一时间内进行的 它们具有等时性 3 运动的等效性原理 各分运动叠加起来的规律与合运动的规律具有完全相同的效果 因此 合运动与分运动可以相互替代 4 满足平行四边形定则 因为s v a都是矢量 所以遵守平行四边形法则 若它们是在同一直线上 则同向相加 异向相减 5 合运动与分运动的区分原则 物体实际进行的运动一定是合运动 对应于平行四边形的对角线 第13讲考点整合 二 平抛运动1 定义 物体在一定高度以水平初速度抛出且只受重力作用所做的运动叫做平抛运动 其轨迹为抛物线 2 平抛运动可分解为水平方向的匀速运动和竖直方向的自由落体运动 水平方向运动规律 vx v0 x v0t 竖直方向运动规律 vy gt y gt2 任意时刻的速度v及v与v0的夹角 下落时间 t 水平射程 x v0t 第13讲考点整合 第13讲重点探究 探究点一合运动与分运动 例1如下图所示 一人站在岸上 利用绳和定滑轮拉船靠岸 在某一时刻绳的速度为v 绳ao段与水平面夹角为 不计摩擦和轮的质量 则此时小船的水平速度多大 解析 小船的运动为平动 而绳ao上各点的运动是平动与转动的结合 以连接船上的a点为研究对象 如右图所示 a点的平动速度为v 转动速度为vn 合速度为v合 由图可以看出v合 这个速度即为小船移动的水平速度 第13讲重点探究 点评 有的同学错误地将绳的速度进行正交分解 得出v船 v cos 实际上 船是在做平动 每一时刻船上各点都有相同的水平速度 ao绳上各点运动比较复杂 既有平动又有转动 以连接船上的a点来说 它有沿绳的平动分速度v 也有与v垂直的速度vn a点的合速度v合即为这两个分速度的合成 v合 因此 船的实际运动为合运动 第13讲重点探究 变式题一质点在xoy平面内运动的轨迹如右图所示 下列判断正确的是 a 若x方向始终匀速 则y方向先加速后减速 解析 做曲线运动的物体受到的合外力总是指向曲线凹陷的一侧 若x方向始终匀速 则开始阶段y方向受力应垂直于x轴向下 后一阶段y方向受力应垂直于x轴向上 即y方向应为先减速后加速 b 若x方向始终匀速 则y方向先减速后加速 c 若y方向始终匀速 则x方向先减速后加速 d 若y方向始终匀速 则x方向一直加速 第13讲重点探究 故b对 a错 若y方向始终匀速 则开始阶段x方向受力应垂直于y轴向右 后一阶段x方向受力应垂直于y轴向左 即x方向应为先加速后减速 故c d错误 答案 b 点评 物体的实际运动是合运动 分析合运动时 可沿两个正交的方向进行分解 通过分运动去把握合运动 同时 也可以通过分运动的合成去把握合运动 第13讲重点探究 探究点二运动的合成与分解 例2在抗洪抢险中 战士驾驶冲锋舟救人 假设江岸是平直的 洪水沿江而下 水的流速为5m s 舟在静水中的航速为10m s 战士救人的地点a离岸边最近点o的距离为50m 如右图所示 问 1 战士要想用最短的时间将人送上岸 求最短时间为多长 2 战士要想用最短的航程将人送上岸 冲锋舟的驾驶员应使舟头与河岸成多少度角 3 如果水的流速是10m s 而舟的航速 静水中 为5m s 战士想通过最短的距离将人送上岸 求这个最短的距离 第13讲重点探究 解析 1 根据运动的独立性可知 冲锋舟到达江岸的时间由垂直于江岸的分速度决定 该分速度越大 则时间越短 故当冲锋舟垂直于江岸时 时间最短 最短的时间为t 2 战士要想到达江岸的航程最短 则要求合速度的方向垂直于江岸 舟头必须指向江岸的斜上方 设与江岸的夹角为 如下图所示 则 cos 0 5 所以 60 第13讲重点探究 3 在v水 v舟的条件下 舟只能斜向下游到达江岸 此时v舟所有可能的方向如上图所示 当v合与v舟垂直时 角 最大 舟所走的位移最短 此时则 30 故舟所走的最短位移为 点评 不论水流速度多大 总是舟身垂直于河岸开动时 渡河时间最短 t 且这个时间与水流速度大小无关 当v水 v舟时 合运动方向垂直河岸时 航程最短 当v水 v舟时 当合运动方向与舟身垂直时 航程最短 第13讲重点探究 探究点三平抛运动 例3某一质点做平抛运动 试求下列情况下的有关物理量 g取10m s2 1 若在质点落地前的1秒内它的速度方向与水平方向夹角由30 变成60 试求 平抛的初速v0 平抛运动时间t 平抛运动高度h 2 若质点在倾角为 的斜面上端以初速v0从a处水平抛出 落在斜面上b点 求质点在斜面上方的飞行时间t 3 若质点以速度v0正对倾角为 的斜面水平抛出 落在斜面上时速度与斜面垂直 求飞行时间t 第13讲重点探究 解析 1 根据已知条件作出图1所示的示意图 假定轨迹上a b两点是落地前的1秒内的始 终点 则对a点 tan30 对b点 tan60 由 有t 0 5s v0 5m s 8 66m s 运动总时间 t总 t 1 1 5s 下降的高度 h gt2 11 25m 图1图2 第13讲重点探究 2 设运动时间为t 由图2 a 可得 x v0t y gt 2 tan 由 有tan 3 由于速度与斜面垂直 从而可将速度按图 b 水平方向和竖直方向进行分解 vx v0 vy gt 由几何关系有 tan 第13讲重点探究 点评 平抛运动中的运动时间t 合运动与水平分运动的夹角 是联系合运动与分运动的桥梁 它们的给出方式有时非常隐蔽 须仔细分析 本题中斜面的倾角就给出了 与t信息 解题时要特别留意 第13讲重点探究 变式题一水平放置的水管 距地面高h 1 8m 管内横截面积s 2 0cm2 有水从管口处以不变的速度v 2 0m s源源不断地沿水平方向射出 设出口处横截面上各处水的速度都相同 并假设水流在空中不散开 取重力加速度g 10m s2 不计空气阻力 求水流稳定后在空中有多少立方米的水 解析 水做平抛运动 尽管我们无法求出轨迹的长度和截面积 但考虑到出水速度是恒定的 只要求出水在空中的时间 就可求得流量 以t表示水由喷口处到落地所用的时间 有 h gt2 单位时间内喷出的水量为q sv 空中水的总量应为v qt 第13讲重点探究 由以上各式得v s v 代入数值得v 2 4 10 4m3 点评 该题立意新颖 干扰因素较多 很多考生都试图求出平抛运动轨迹的长度 但由于高中数学知识的限制而陷入困境 事实上即使求出了其长度 但由于空间中的水柱截面积不均匀 前大后小 仍不能求出其体积 第13讲重点探究 探究点四平抛运动的隐含条件 例4在研究平抛运动的实验当中 用一张印有小方格的纸记录小球的运动轨迹 小方格的边长l 1 25cm 若小球在平抛运动中先后经过的几个位置如右图中的a b c d所示 则小球做平抛运动的初速度的计算式v0 用l g表示 其值为 第13讲重点探究 解析 1 从图中可以看出 a b c d四点在水平方向上相邻两点间的距离均为2l 根据平抛运动的规律知 物体由a到b 由b到c 由c到d所用时间相等 设时间间隔为t 则v0 2 a b c d四点沿竖直方向依次相距l 2l 3l 不满足s s s 1 3 5 的关系 故a点不是平抛运动的最高点 由于平抛物体竖直