新教材物理人教版 必修第二册教案《5运动的合成与分解》

《5.2运动的合成与分解》教学设计[学习目标]1．理解合运动、分运动、运动的合成、运动的分解的概念，掌握运动的合成与分解的方法。2．能运用运动的合成与分解的知识分析一些实际运动。一、一个平面运动的实例——观察蜡块的运动1．建立坐标系研究蜡块在平面内的运动，可以选择建立平面直角坐标系．如图1所示，以蜡块开始匀速运动的位置为原点O，以水平向右的方向和竖直向上的方向分别为x轴和y轴的方向，建立平面直角坐标系．图12．蜡块运动的位置：以vx表示玻璃管向右匀速移动的速度，以vy表示蜡块沿玻璃管匀速上升的速度，则在某时刻t，蜡块的位置P的坐标：x＝vxt，y＝vyt.3．蜡块运动的轨迹：在x、y的表达式中消去t，得到y＝eq\f(vy,vx)x，可见此式代表的是一条过原点的直线，即蜡块的运动轨迹是直线．4．蜡块运动的速度：大小v＝eq\r(vx2＋vy2)，方向满足tanθ＝eq\f(vy,vx).二、运动的合成与分解1．合运动与分运动：如果物体同时参与了几个运动，那么物体实际发生的运动就是合运动（选填“合运动”或“分运动”），同时参与的几个运动就是分运动．2．运动的合成与分解：由分运动求合运动的过程，叫作运动的合成；由合运动求分运动的过程，叫作运动的分解．3．运动的合成与分解遵从矢量运算法则．1．判断下列说法的正误．（1）合运动与分运动是同时进行的，时间相等．（√）（2）合运动一定是实际发生的运动．（√）（3）合运动的速度一定比分运动的速度大．（×）（4）两个夹角为90°的匀速直线运动的合运动，一定也是匀速直线运动．（√）2．竖直放置的两端封闭的玻璃管中注满清水，内有一个蜡块能在水中以0.3m/s的速度匀速上浮．在蜡块从玻璃管的下端匀速上浮的同时，使玻璃管沿水平方向向右匀速运动，测得蜡块实际运动方向与水平方向成37°角，如图2所示．若玻璃管的长度为0.9m，在蜡块从底端上升到顶端的过程中，玻璃管沿水平方向的移动速度和沿水平方向运动的距离分别为________m/s和________m．（sin37°＝0.6，cos37°＝0.8）图2答案0.41.2解析设蜡块沿玻璃管匀速上升的速度为v1，位移为x1，蜡块随玻璃管水平向右匀速移动的速度为v2，位移为x2，如图所示，v2＝eq\f(v1,tan37°)＝eq\f(0.3,\f(3,4))m/s＝0.4m/s.蜡块沿玻璃管匀速上升的时间t＝eq\f(x1,v1)＝eq\f(0.9,0.3)s＝3s．由于两分运动具有等时性，故玻璃管水平移动的时间为3s，水平运动的位移x2＝v2t＝0.4×3m＝1.2m.一、运动的合成与分解1．合运动与分运动（1）如果物体同时参与了几个运动，那么物体实际发生的运动就是合运动，参与的几个运动就是分运动．（2）物体实际运动的位移、速度、加速度是它的合位移、合速度、合加速度，而分运动的位移、速度、加速度就是它的分位移、分速度、分加速度．2．合运动与分运动的四个特性等时性各分运动与合运动同时发生和结束，时间相同等效性各分运动的共同效果与合运动的效果相同同体性各分运动与合运动是同一物体的运动独立性各分运动之间互不相干，彼此独立，互不影响3．运动的合成与分解（1）运动的合成与分解是指位移、速度、加速度的合成与分解．其合成、分解遵循平行四边形定则．（2）对速度v进行分解时，不能随意分解，应按物体的实际运动效果进行分解．跳伞是人们普遍喜欢的观赏性体育项目，当运动员在某高度从直升机上由静止跳下后，在下落过程中将会受到水平风力的影响，下列说法中正确的是（）A．风力越大，运动员下落时间越长，运动员可完成更多的动作B．风力越大，运动员着地速度越大，有可能对运动员造成伤害C．运动员下落时间与风力有关D．运动员着地速度与风力无关答案B解析运动员同时参与了两个分运动：竖直方向向下落的运动和水平方向随风飘的运动．这两个分运动同时发生，相互独立．所以水平风力越大，运动员水平方向上的速度越大，则运动员着地速度越大，但下落时间由下落的高度决定，与风力无关，故选B.如图3所示，一架飞机沿仰角37°方向斜向上做匀速直线运动（sin37°＝0.6，cos37°＝0.8），速度的大小为v＝200m/s，下列说法正确的是（）图3A．经过t＝4s飞机发生的水平位移是800mB．飞机在竖直方向的分速度是100m/sC．经过t＝4s飞机在竖直方向上升了480mD．飞机在飞行过程中飞行员处于完全失重状态答案C解析由于飞机做匀速直线运动，飞机发生的水平位移：x＝vcos37°·t＝640m，A错误；飞机在竖直方向的分速度：vy＝vsin37°＝200×0.6m/s＝120m/s，B错误；经过t＝4s飞机在竖直方向上升的高度：h＝vsin37°·t＝200×0.6×4m＝480m，C正确；由于飞机做匀速直线运动，加速度为零，没有竖直方向的加速度，飞行员不处于完全失重状态，D错误．针对训练如图4所示，水平面上固定一个与水平面夹角为θ的斜杆A，另一竖直杆B以速度v水平向左做匀速直线运动，则从两杆相交到最后分离的过程中，两杆交点P的速度方向和大小分别为（）图4A．水平向左，大小为vB．竖直向上，大小为vtanθC．沿A杆斜向上，大小为eq\f(v,cosθ)D．沿A杆斜向上，大小为vcosθ答案C解析两杆的交点P参与了两个分运动：与B杆一起以速度v水平向左的匀速直线运动和沿B杆竖直向上的运动，交点P的实际运动方向沿A杆斜向上，如图所示，则交点P的速度大小为vP＝eq\f(v,cosθ)，C正确．二、合运动性质的判断导学探究如图5所示，旋臂式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向上的匀减速运动．货物做直线运动还是曲线运动？在地面上观察到货物运动的轨迹是怎样的？图5答案货物做曲线运动．轨迹如图所示．知识深化1．分析两个互成角度的直线运动的合运动的性质时，应先求出合运动的合初速度v0和合加速度a，然后进行判断．（1）曲、直判断：加速度或合力与速度方向eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(共线：直线运动,不共线：曲线运动))（2）是否为匀变速的判断：加速度或合力eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(变化：变加速运动,不变：匀变速运动))2．两个互成角度的直线运动的合运动轨迹的判断：轨迹在合初速度v0与合加速度a之间，且向合加速度一侧弯曲．（多选）质量为2kg的质点在xOy平面内做曲线运动，在x方向的速度－时间图像和y方向的位移－时间图像如图6所示，下列说法正确的是（）图6A．质点的初速度为5m/sB．质点所受的合外力为3N，做匀变速曲线运动C．2s末质点速度大小为6m/sD．2s内质点的位移大小约为12m答案ABD解析由题图x方向的速度－时间图像可知，在x方向的加速度为1.5m/s2，x方向受力Fx＝3N，由题图y方向的位移－时间图像可知在y方向做匀速直线运动，速度大小为vy＝4m/s，y方向受力Fy＝0.因此质点的初速度为5m/s，A正确；受到的合外力恒为3N，质点初速度方向与合外力方向不在同一条直线上，故做匀变速曲线运动，B正确；2s末质点速度大小为v＝eq\r(62＋42)m/s＝2eq\r(13)m/s，C错误；2s内，x＝vx0t＋eq\f(1,2)at2＝9m，y＝8m，合位移l＝eq\r(x2＋y2)＝eq\r(145)m≈12m，D正确．如图7所示，热气球在Oy方向做匀加速运动，在Ox方向做匀速运动，则热气球的运动轨迹可能为（）图7A．直线OA B．曲线OBC．曲线OC D．曲线OD答案D解析热气球在Ox方向做匀速运动，此方向上合力的分力为零，在Oy方向做匀加速运动，则合外力沿Oy方向，所以合运动的加速度方向沿Oy方向，但合速度方向不沿Oy方向，故热气球做曲线运动，结合合力指向轨迹内侧可知热气球的运动轨迹可能为OD，故D正确，A、B、C错误．不在一条直线上的两个直线运动的合运动的几种可能情况两个互成角度的分运动合运动的性质两个匀速直线运动匀速直线运动一个匀速直线运动一个匀变速直线运动匀变速曲线运动两个初速度为零的匀加速直线运动匀加速直线运动两个初速度不为零的匀变速直线运动如果v合与a合共线，为匀变速直线运动如果v合与a合不共线，为匀变速曲线运动1．（运动的合成与分解）（多选）关于运动的合成与分解，下列说法正确的是（）A．合运动的时间就是分运动的时间之和B．已知两分运动的速度大小，就可以确定合速度的大小C．已知两分运动的速度大小和方向，可以用平行四边形定则确定合速度的大小和方向D．若两匀速直线运动的速度大小分别为v1、v2，则合速度v大小的范围为|v1－v2|≤v≤v1＋v2答案CD解析合运动与分运动具有等时性，故A错误；已知两分运动的速度大小和方向，可以用平行四边形定则确定合速度的大小和方向，故B错误，C正确；两匀速直线运动的速度大小分别为v1、v2，则合速度v大小的范围为|v1－v2|≤v≤v1＋v2，故D正确．2．（合运动性质的判断）（多选）有两个不共线的直线运动，初速度分别为v1和v2，加速度恒定，分别为a1和a2，关于合运动，下列说法正确的是（）A．若v1＝0，v2≠0，a1≠0，a2≠0，则合运动一定是匀变速曲线运动B．若v1＝0，v2＝0，a1≠0，a2≠0，则合运动一定是匀变速直线运动C．若v1≠0，v2≠0，a1＝0，a2＝0，则合运动一定是匀速直线运动D．若v1≠0，v2≠0，a1≠0，a2≠0，则合运动一定是匀变速曲线运动答案ABC解析若v1＝0，v2≠0，a1≠0，a2≠0，即合初速度与合加速度不在同一直线上，则合运动一定是匀变速曲线运动，故A正确；若v1＝0，v2＝0，a1≠0，a2≠0，即合初速度为零，则合运动一定是沿合加速度方向的匀变速直线运动，故B正确；若v1≠0，v2≠0，a1＝0，a2＝0，即合加速度为零，则合运动一定是匀速直线运动，故C正确；若v1≠0，v2≠0，a1≠0，a2≠0，当合初速度与合加速度在同一直线上时，合运动是直线运动，故D错误．3．（合运动性质的判断）（多选）如图8甲所示，在杂技表演中，猴子沿竖直杆向上运动，其v－t图像如图乙所示，同时人顶着杆沿水平地面运动的x－t图像如图丙所示．若以地面为参考系，下列说法正确的是（）图8A．猴子的运动轨迹为直线B．猴子在0～2s内做匀变速曲线运动C．t＝0时猴子的速度大小为8m/sD．猴子在0～2s内的加速度大小为4m/s2答案BD解析猴子在竖直方向做初速度为8m/s、加速度大小为4m/s2的匀减速直线运动，水平方向做速度大小为4m/s的匀速直线运动，其合运动为曲线运动，故猴子在0～2s内做匀变速曲线运动，加速度大小为4m/s2，选项A错误，B、D正确；t＝0时猴子的速度大小为v0＝eq\r(v0x2＋v0y2)＝eq\r(42＋82)m/s＝4eq\r(5)m/s，选项C错误．4．（运动的合成与分解）现在自然灾害日益严重，在救灾过程中有时不得不出动军用直升机为被困灾民空投物资．直升机空投物资时，可以停留在空中不动，设投出的物资离开飞机后由于降落伞的作用在空中立即能匀速下落，无风时落地速度为5m/s.若飞机停留在离地面100m高处空投物资，由于在水平方向上受风的作用，使降落伞和物资获得1m/s的水平向东的速度．求：（1）物资在空中运动的时间；（2）物资落地时速度的大小；（3）物资在下落过程中水平方向移动的距离．答案（1）20s（2）eq\r(26)m/s（3）20m解析如图所示，物资的实际运动可以看成是竖直方向的匀速直线运动和水平方向的匀速直线运动的合运动．（1）分运动与合运动具有等时性，故物资实际运动的时间与竖直方向分运动的时间相等．t＝eq\f(h,vy)＝eq\f(100,5)s＝20s.（2）物资落地时vy＝5m/s，vx＝1m/s，由平行四边形定则得v＝eq\r(vx2＋vy2)＝eq\r(12＋52)m/s＝eq\r(26)m/s.（3）物资在下落过程中水平方向移动的距离为x＝vxt＝1×20m＝20m.考点一运动的合成与分解1．对于两个分运动及其合运动，下列说法正确的是（）A．合运动的速度一定比两个分运动的速度都大B．合运动的速度至少比其中一个分运动的速度大C．合运动的速度方向就是物体实际运动的方向D．合运动的时间一定比分运动的时间长答案C解析合运动的速度（合速度）与分运动的速度（分速度）之间的关系遵循平行四边形定则，其中合速度为平行四边形的对角线，而两个分速度为平行四边形的两个邻边，由几何知识可知，选项A、B错误；合运动指的就是物体的实际运动，选项C正确；合运动和分运动具有等时性，选项D错误．2．如图1所示，竖直放置的两端封闭的玻璃管内注满清水，管内有一个用红蜡块做成的圆柱体，当玻璃管倒置时圆柱体恰能匀速上升．现将玻璃管倒置，在圆柱体匀速上升的同时让玻璃管水平匀速运动．已知圆柱体运动的合速度是5cm/s，α＝30°，则玻璃管水平运动的速度大小是（）图1A．5cm/sB．4cm/sC．3cm/sD．2.5cm/s答案D解析玻璃管水平运动的速度等于蜡块在水平方向的分速度，即vx＝vsin30°＝5×0.5cm/s＝2.5cm/s，D正确．3．如图2所示，乒乓球从斜面上滚下，以一定的速度沿直线运动．在与乒乓球路径相垂直的方向上放一个纸筒（纸筒的直径略大于乒乓球的直径），当乒乓球经过筒口正前方时，对着球横向吹气，则关于乒乓球的运动，下列说法中正确的是（）图2A．乒乓球将保持原有的速度继续前进B．乒乓球将偏离原有的运动路径，但不进入纸筒C．乒乓球一定能沿吹气方向进入纸筒D．只有用力吹气，乒乓球才能沿吹气方向进入纸筒答案B解析当乒乓球经过筒口正前方时，对着球横向吹气，乒乓球沿着原方向做匀速直线运动的同时也会沿着吹气方向做加速运动，实际运动是两个运动的合运动，故一定不会进入纸筒，A、C、D错误，B正确．4．如图3所示，跳伞员在降落伞打开一段时间以后，在空中做匀速运动．若跳伞员在无风时竖直匀速下落，着地速度大小是4.0m/s.当有正东方向吹来的风，风速大小是3.0m/s，则跳伞员着地时的速度（）图3A．大小为5.0m/s，方向偏西B．大小为5.0m/s，方向偏东C．大小为7.0m/s，方向偏西D．大小为7.0m/s，方向偏东答案A5．某电视台举办了一期群众娱乐节目，其中有一个环节是让群众演员站在一个旋转较快的大平台边缘上，向大平台圆心处的球筐内投篮球．如果群众演员相对平台静止，则下面各俯视图中的篮球可能被投入球筐的是（图中箭头指向表示投篮方向）（）答案B解析如图所示，由于篮球和群众演员随大平台一起旋转，所以篮球抛出前有沿v0方向的初考点二合运动的性质判断6.（多选）如图4，在灭火抢险的过程中，消防队员有时要借助消防车上的梯子爬到高处进行救人或灭火作业．为了节省救援时间，在消防车向前前进的过程中，人同时相对梯子匀速向上运动．在地面上看消防队员的运动，下列说法中正确的是（）图4A．当消防车匀速前进时，消防队员一定做匀加速直线运动B．当消防车匀速前进时，消防队员一定做匀速直线运动C．当消防车匀加速前进时，消防队员一定做匀变速曲线运动D．当消防车匀加速前进时，消防队员一定做匀变速直线