高考物理 热点预测 2.3抛体运动与圆周运动课件.ppt

第3讲抛体运动与圆周运动 考纲资讯 运动的合成和分解 平抛运动 圆周运动线速度角速度向心加速度 匀速圆周运动向心力 考情快报 1 单独考查曲线运动的知识点时 题型一般为选择题 将曲线运动与功和能 电场与磁场综合考查时题型一般为计算题 2 预计2013年高考对该讲的考查主要是 1 考查运动的合成与分解的问题 2 考查平抛运动与实际生活的综合 3 考查圆周运动与其他知识点综合的问题 体系构建 核心自查 一 曲线运动1 合运动与分运动之间的三个关系 相等 独立进行 效果相同 2 物体做曲线运动的条件合外力与速度方向不在同一条直线上 物体将做曲线运动 有以下两种情况 1 若合外力为恒力 物体将做 2 若合外力为变力 物体将做 匀变速曲线运动 变加速曲线运动 二 平抛运动1 平抛运动的两个关系 1 位移关系 2 速度关系 2 平抛 类平抛 运动的两个推论 1 做平抛 类平抛 运动的物体任意时刻速度的反向延长线一定通过此时水平位移的 即如图甲所示 中点 2 如图乙 设做平抛 类平抛 运动的物体在任意时刻 任意位置处瞬时速度与水平方向的夹角为 位移与水平方向的夹角为 则有tan 2tan 三 竖直平面圆周运动两种问题的比较 最高点无支撑 最高点有支撑 实例 水流星 翻滚过山车 车过拱桥 球过管道 图示 最高点无支撑 最高点有支撑 最高点受力 表达式 mg f弹 mg f弹 恰好过最高点 v v 0 热点考向1 运动的合成与分解 典题训练1 2012 潍坊二模 多选 如图所示 图甲表示某物体在水平方向上分速度的vx t图象 图乙表示该物体在竖直方向上分速度的vy t图象 规定向上为正方向 则 a 物体的运动轨迹是抛物线b 物体做匀变速运动c t 8s时物体的速度大小是5m sd 物体处于失重状态 解题指导 解答本题时应注意以下两点 1 明确物体在水平方向和竖直方向上的运动性质 2 根据分运动的性质确定合运动的性质 解析 选a b c 由图象可知物体在水平方向上做匀速直线运动 竖直方向上做初速度为零的匀加速直线运动 故物体做匀变速曲线运动 其运动轨迹是抛物线 选项a b正确 t 8s时 vx 3m s vy 4m s 选项c正确 由于物体的加速度竖直向上 故物体处于超重状态 选项d错误 典题训练2 2012 江苏高考 多选 如图所示 相距l的两小球a b位于同一高度h l h均为定值 将a向b水平抛出的同时 b自由下落 a b与地面碰撞前后 水平分速度不变 竖直分速度大小不变 方向相反 不计空气阻力及小球与地面碰撞的时间 则 a a b在第一次落地前能否相碰 取决于a的初速度b a b在第一次落地前若不碰 此后就不会相碰c a b不可能运动到最高处相碰d a b一定能相碰 解题指导 解答本题时可按以下思路分析 解析 选a d a b两个小球在竖直方向上均做自由落体运动 两球落地之后在竖直方向上均做竖直上抛运动 在同一时刻始终处于同一高度上 a球在水平方向上始终做匀速直线运动 所以a b两个小球一定能够相碰 d正确 b和c错误 只要a球的初速度足够大就可以在第一次落地之前相碰 a正确 答案选a d 拓展提升 考题透视 运动的合成和分解类问题是近几年高考的热点问题 分析近几年高考题 命题规律主要有以下几点 1 以选择题的形式考查 一般考查对合运动和分运动的定性判断 2 偶尔考查对速度 位移和加速度的简单计算 借题发挥 解决运动合成和分解的一般思路 1 明确合运动或分运动的运动性质 2 明确是在哪两个方向上的合成或分解 3 找出各个方向上已知的物理量 速度 位移 加速度 4 运用力与速度的关系或矢量的运算法则进行分析求解 创新预测 1 在无风的情况下 跳伞运动员从水平飞行的飞机上跳伞 下落过程中受到空气阻力 下列描绘下落速度的水平分量大小vx 竖直分量大小vy与时间t的图象 可能正确的是 解析 选b 跳伞运动员下落过程中受到的空气阻力并非为恒力 与速度有关 且速度越大受到的阻力越大 知道速度与所受阻力的规律是解决本题的关键 竖直方向运动员受重力和空气阻力 速度逐渐增大 阻力逐渐增大 合力逐渐减小 加速度逐渐减小 水平方向只受阻力 速度逐渐减小 阻力逐渐减小 加速度逐渐减小 在v t图象中图线的斜率表示加速度 故a c d错误 b正确 2 2012 苏锡常镇二模 如图所示 两次渡河时船对水的速度大小和方向都不变 已知第一次实际航程为a至b 位移为s1 实际航速为v1 所用时间为t1 由于水速增大 第二次实际航程为a至c 位移为s2 实际航速为v2 所用时间为t2 则 a t2 t1b t2 t1c t2 t1d t2 t1 解析 选d 因为两次渡河船垂直于河岸方向的分速度不变 所以水速增大时 渡河的时间不变 a b项错误 因为时间不变 所以故d项正确 热点考向2 平抛 类平抛 运动的基本规律 典题训练3 2012 衡水二模 如图所示为一真空示波管 电子从灯丝k发出 初速度不计 经灯丝与a板间的加速电压u1加速 从a板中心孔沿中心线ko射出 然后进入两块平行金属板m n形成的偏转电场中 偏转电场可视为匀强电场 电子进入m n间电场时的速度与电场方向垂直 电子经过电场后打在荧光屏上的p点 已知m n两板间的电压为u2 两板间的距离为d 板长为l1 板右端到荧光屏的距离为l2 电子的质量为m 电荷量为e 求 1 电子穿过a板时的速度大小 2 电子从偏转电场射出时的侧移量 3 p点到o点的距离 解析 1 设电子经电压u1加速后的速度为v0 由动能定理得eu1 解得 2 电子以速度v0进入偏转电场后 垂直于电场方向做匀速直线运动 沿电场方向做初速度为零的匀加速直线运动 设电子在偏转电场运动的时间为t1 电子的加速度为a 离开偏转电场时相对于原运动方向的侧移量为y1 由牛顿第二定律和运动学公式得 解得水平方向 竖直方向 解得 3 设电子离开偏转电场时沿电场方向的速度为vy 根据运动学公式得 电子离开偏转电场后做匀速直线运动 设电子离开偏转电场后打在荧光屏上所用的时间为t2 电子打到荧光屏上的侧移量为y2 如图所示 水平方向 竖直方向 解得p到o点的距离为答案 1 2 3 拓展提升 考题透视 该知识为每年高考的重点 分析近几年考题 命题规律有以下几点 1 平抛 类平抛 运动常结合圆周运动的知识进行考查 2 类平抛运动常以带电粒子在电场中运动的形式考查 3 在综合题目中常结合功能关系进行考查 借题发挥 类平抛运动的求解方法1 常规求解方法将类平抛运动分解为沿初速度方向的匀速直线运动和垂直于初速度方向的初速度为零的匀加速直线运动 运用直线运动规律进行求解 2 特殊分解方法对于有些问题 可以过抛出点建立适当的直角坐标系 将加速度 初速度沿坐标轴分解 然后分别在x y轴方向上列方程求解 创新预测 1 如图所示 从倾角为 的足够长的斜面顶端 先后以不同的初速度水平向右抛出相同的两只小球 下列说法正确的是 a 两小球落到斜面上历时相同b 两小球落到斜面上的位置相同c 两小球落到斜面上时速度大小相同d 两小球落到斜面上时速度方向相同 解析 选d 小球做平抛运动 由两分运动的特点知得因v0不同 则t不同 由vy gt 可知 vy v及h不同 故a b c均错误 而速度与水平方向的夹角 的正切知 为定值 故d正确 2 真空中的某装置如图所示 其中平行金属板a b之间有加速电场 c d之间有偏转电场 m为荧光屏 今有质子 氘核和 粒子均由a板从静止开始被加速电场加速后垂直于电场方向进入偏转电场 最后打在荧光屏上 已知质子 氘核和 粒子的质量之比为1 2 4 电荷量之比为1 1 2 则下列判断中正确的是 a 三种粒子从b板运动到荧光屏经历的时间相同b 三种粒子打到荧光屏上的位置相同c 偏转电场的电场力对三种粒子做功之比为1 2 2d 偏转电场的电场力对三种粒子做功之比为1 2 4 解析 选b 粒子加速过程从b至m用时得所以选项a错误 偏转位移 所以三种粒子打到荧光屏上的位置相同 选项b正确 因w qey 得w1 w2 w3 q1 q2 q3 1 1 2 选项c d错误 热点考向3 圆周运动的综合运用 典题训练4 2012 海南高考 如图 在竖直平面内有一固定光滑轨道 其中ab是长为r的水平直轨道 bcd是圆心为o 半径为r的圆弧轨道 两轨道相切于b点 在外力作用下 一小球从a点由静止开始做匀加速直线运动 到达b点时撤除外力 已知小球刚好能沿圆轨道经过最高点c 重力加速度大小为g 求 1 小球在ab段运动的加速度的大小 2 小球从d点运动到a点所用的时间 解题指导 刚好能沿圆轨道经过最高点 的物理含义是到最高点c时轨道对小球的压力为零 结合牛顿运动定律和机械能守恒定律可迎刃而解 解析 1 小球在bcd段运动时 受到重力mg 轨道的压力fn的作用 如图所示 根据题意 fn 0 且小球在最高点c所受压力为零 则fnc 0 设小球在c点的速度为vc 根据牛顿第二定律得 mg 设在b点的速度为vb 小球从b点运动到c点 由机械能守恒定律得 小球在ab段做初速度为零的匀加速直线运动 设加速度为a 则 由 式得 2 设小球在d点速度为vd 下落到a点速度为v 由机械能守恒定律得 设由d点运动到a点的时间为t 由运动学公式得 v vd gt 由 式得 答案 1 2 拓展提升 考题透视 该知识为每年高考的重点和热点 近几年的高考命题规律主要有以下几点 1 常结合平抛运动知识和功能关系进行综合考查 2 常结合电磁场知识以带电粒子在磁场中运动的形式进行考查 此类问题综合性较强 借题发挥 解决圆周运动力学问题的一般步骤 1 首先要明确研究对象 2 对其受力分析明确向心力的来源 3 确定其运动轨道所在的平面 圆心的位置以及半径 4 将牛顿第二定律应用于圆周运动 得到圆周运动中的动力学方程 有以下各种情况 解题时应根据已知条件进行选择 创新预测 如图所示 ab段为一半径r 0 2m的光滑圆形轨道 ef为一倾角为 30 的光滑斜面 斜面上有一质量为0 1kg的薄木板cd 木板的下端d离斜面底端的距离为15m 开始时木板被锁定 一质量也为0 1kg的物块从a点由静止开始下滑 通过b点后被水平抛出 经过一段时间后恰好以平行于薄木板的方向滑上木板 在物块滑上木板的同时木板解除锁定 已知物块与薄木板间的动摩擦因数为取求 1 物块到达b点时对圆形轨道的压力大小 2 物块做平抛运动的时间 3 若下滑过程中某时刻物块和木板达到共同速度 则这个速度为多大 解析 1 物块由a到b由动能定理得 解得 在b点由牛顿第二定律得 解得 由牛顿第三定律可知物块对轨道的压力为3n 2 设物块到达斜面的竖直速度为vy 则 vy gt解得 3 物块在e点的速度 对物块 v v a1t对木板 v a2ta2 g sin cos 7 5m s2解得 答案 1 3n 2 3 曲线运动综合问题的规范求解曲线运动的综合题往往涉及圆周运动 平抛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的多个物理量 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做何种运动 1 若为圆周运动 应明确是水平面的匀速圆周运动 还是竖直平面的变速圆周运动 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由哪个力 哪个力的分力或哪几个力提供的 典题例证 典例 2012 无锡二模 13分 如图所示 abc和def是两条在同一竖直平面内的光滑轨道 其中abc的末端水平 def是半径为r 0 4m的半圆形轨道 其直径df沿竖直方向 c d可看做重合 现有一可视为质点的小球从轨道abc上距c点高为h的地方由静止释放 1 若要使小球经c处水平进入轨道def且能沿轨道运动 h至少要有多高 2 若小球静止释放处离c点的高度h小于 1 中h的最小值 小球可击中与圆心等高的e点 求此h的值 取g 10m s2 解题关键 1 竖直 光滑 说明物体在整个过程中机械能守恒 小球沿abc轨道下滑 高度h决定小球在d点的速度 2 小球在def轨道中的运动性质与小球在d点的速度有关 当小球在d点的速度大于临界值时 小球将沿轨道做圆周运动 当小球在d点的速度小于临界值时 小球将做平抛运动 解题思路 1 在abc段过程中 由机械能守恒定律列方程 建立小球下落高度h与到达d点时的速度v的关系 2 明确小球能沿轨道def运动的条件 列动力学方程 规范解答 1 设小球到达c点时的速度大小为v 根据机械能守恒定律得 2分 小球能在竖直平面内做圆周运动 在圆周最高点必须满足 2分 联立以上两式并代入数据解得 h 0 2m 1分 即要使小球经c处水平进入轨道def且能沿轨道运动 h的最小高度为0 2m 1分 2 若h h 小球过c点后做平抛运动 设球经c点时的速度大小为vx 则有 r 2分 r vxt 2分 根据机械能守恒定律得 mgh 2分 联立以上三式并代入数据解得 h 0 1m 1分 答案 1 0 2m 2 0 1m 拓展训练 1 2012 浙江高考 多选 由光滑细管组成的轨道如图所示 其中ab段和bc段是半径为r的四分之一圆弧 轨道固定在竖直平面内 一质量为m的小球 从距离水平地面高为h的管口d处静止释放 最后能够从a端水平抛出落到地面上 下列说法正确的是 a 小球落到地面时相对于a点的水平位移值为b 小球落到地面时相对于a点的水平位移值为c 小球能从细管a端水平抛出的条件是h 2rd 小球能从细管a端水平抛出的最小高度hmin 解题指导 用动能定理 或机械能守恒定律 求出小球运动到a点的速度大小 再根据平抛运动规律求解水平位移值 由于小球在光滑细管内运动时可以受管的支持力 所以能从a端水平抛出的条件是小球到达a点的速率大小必须大于零 若等于零小球刚好静止在管口不能抛出去 解析 选b c 设小球运动到a点的速度为va 根据动能定理 有 mg h 2r 得va 小球做平抛运动 有x vat 2r 所以水平位移x 选项b正确 a错误 能从a端水平抛出的条件是小球到达a点的速率va 0 即h 2r 选项c正确 d错误 2 在竖直平面内 由光滑斜面和光滑半圆形轨道分别与粗糙水平面相切连接而成的轨道如图所示 半圆形轨道的半径为r 0 4m 质量为m 0 8kg可视为质点的小物块从斜面上距水平面高为h处的a点由静止开始下滑 物块通过轨道连接处的b c点时 无机械能损失 运动到圆轨道最低点c处时对轨道的压力为fn 40n 水平轨道bc长l 0 9m 物块与水平面间的动摩擦因数为 0 5 g取10m s2 求 1 a点距水平面的高度h 2 小物块第一次由b点到c点运动的时间 3 小物块能否通过圆形轨道的最高点d 解析 1 物块通过圆形轨道最低点c时 由牛顿第二定律得 fn mg 由牛顿第三定律得 f n fn 40n 对a到c过程由动能定理得mgh mgl 解得 h 1 25m 2 物块从a点运动到b点的过程中 由动能定理得 mgh 物块从b至c做匀减速直线运动由速度公式得 vc vb gt 解得 t 0 2s 3 若物块能从c点运动到d点 由动能定理得 mg 2r 解得 vd 0物块通过圆形轨道的最高点的最小速度为vd1 由牛顿第二定律得 mg 解得 vd1 2m s由于vd vd1 可知物块不能通过圆形轨道的最高点答案 1 1 25m 2 0 2s 3 不能 1 2012 无锡一模 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的距离为x 如图所示 关于猴子的运动情况 下列说法中正确的是 a 相对地面的运动轨迹为直线b 相对地面做变加速曲线运动c t时刻猴子对地速度的大小为v0 atd t时间内猴子对地的位移大小为 解析 选d 猴子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 所以对地的运动轨迹为抛物线 相对地面做匀加速曲线运动 a b项错误 猴子对地的位移等于d项正确 t时刻猴子对地速度的大小为c项错误 2 2012 新课标全国卷 多选 如图 x轴在水平地面内 y轴沿竖直方向 图中画出了从y轴上沿x轴正向抛出的三个小球a b和c的运动轨迹 其中b和c是从同一点抛出的 不计空气阻力 则 a a的飞行时间比b的长b b和c的飞行时间相同c a的水平速度比b的小d b的初速度比c的大 解析 选b d 三个小球a b和c水平抛出以后都做平抛运动 根据平抛运动规律可得 x v0t 所以由yb yc ya 得tb tc ta 选项a错误 b正确 又根据因为yb ya xbvb vb vc 选项c错误 d正确 3 2012 镇江一模 从某高度水平抛出一小球 经过t时间到达地面时 速度方向与水平方向的夹角为 不计空气阻力 重力加速度为g 下列结论中正确的是 a 小球初速度为gttan b 若小球初速度增大 则平抛运动的时间变长c 小球着地速度大小为d 小球在t时间内的位移方向与水平方向的夹角也为 解析 选c 如图所示 小球初速度为v0 gtcot 落地时速度选项c正确 a错误 平抛运动的时间仅由高度来决定 选项b错误 位移与水平方向的夹角为 则tan