2019-2020年高考物理 第四章 第一讲教案.doc

2019-2020年高考物理 第四章 第一讲教案知识要点：一、平抛运动（一）从运动学的角度分析平抛运动可分解为水平方向的匀速直线运动和竖直方向的自由落体运动，以物体的出发点为原点，沿水平和竖直方向建立xOy坐标，如图所示：则水平方向和竖直方向的分运动分别为 水平方向竖直方向 平抛物体在时间t内的位移s可由两式推得 位移的方向与水平方向的夹角由下式决定 平抛物体经时间t时的瞬时速度vt可由两式推得 速度vt的方向与水平方向的夹角可由下式决定 （二）从动力学的角度分析对于平抛运动的物体只受重力作用，尽管其速度大小和方向时刻在改变，但其运动的加速度却恒为重力加速度g，因而平抛运动是一种匀变速曲线运动。平抛运动中，由于仅有重力对物体做功，因而若把此物体和地球看作一个系统，则在运动过程中，系统每时每刻都遵循机械能守恒定律。应用机械能守恒定律分析、处理此类问题，往往比单用运动学公式方便、简单得多。二、平抛运动的几个重要问题（1）平抛物体运动的轨迹：抛物线由两式，消去t，可得到平抛运动的轨迹方程为。 可见，平抛物体运动的轨迹是一条抛物线。（2）一个有用的推论：平抛物体任意时刻瞬时速度方向的反向延长线与初速度延长线的交点到抛出点的距离都等于水平位移的一半。证明：设物体被抛出后ts末时刻，物体的位置为P，其坐标为xt（ts内的水平位移）和yt（ts内的下落高度）；ts末的速度vt的坐标分量为vx、vy，将vt速度反向延长交x轴于x，如图：则由几何关系可知：，即整理得：，。可见，平抛运动物体某时刻的速度反向延长线交x轴坐标值为此时Ox方向位移的一半。（3）因平抛运动在竖直方向是匀变速直线运动，所以适合于研究匀变速运动的公式，如s=aT2，等同样也适用于研究平抛运动竖直方向的运动特点，这一点在研究平抛物体运动的实验中用得较多。（4）类平抛运动：凡具有合外力恒定且合外力垂直于初速度特征的曲线运动叫类平抛运动。针对训练1物体在做曲线运动的过程中，一定变化的物理量是()A动能 B速度C加速度 D合外力解析：选B.物体做曲线运动，至少速度方向变化，所以B正确2某人以一定速度始终垂直河岸向对岸游去，当河水匀速流动时，他所游过的路程，过河所用的时间与水速的关系是()A水速大时，路程长，时间长B水速大时，路程长，时间短C水速大时，路程长，时间不变D路程、时间与水速无关解析：选C.由运动的独立性原理，人过河时所用的时间是由垂直于河岸方向的速度决定的，与水流的速度无关，水速增大时，过河时间不变，A、B不正确水流速度增大时，人的合速度与河岸的夹角变小，由几何关系可知，过河的位移变大，路程变长，C正确，D不正确3质量为1 kg的物体在水平面内做曲线运动，已知该物体在互相垂直方向上的两分运动的速度时间图象分别如图4117所示，则下列说法正确的是()图4117A2 s末质点速度大小为7 m/sB质点所受的合外力大小为3 NC质点的初速度大小为5 m/sD质点初速度的方向与合外力方向垂直解析：选D.2秒末质点在x、y方向的分速度分别为vx3 m/s、vy4 m/s，质点的速度v5 m/s，A选项错误；质点的加速度aax m/s1.5 m/s2，质点受到的合外力Fma11.5 N1.5 N，B选项错误；质点的初速度大小v04 m/s，C选项错误；质点初速度方向沿y方向，合力方向沿x方向，相互垂直，D选项正确4河宽l300 m，水速u1 m/s，船在静水中的速度v3 m/s，欲分别按下列要求过河时，船的航向应与河岸成多大角度？过河时间是多少？(1)以最短时间过河；(2)以最小位移过河；(3)到达正对岸上游100 m处解析：(1)以最短时间渡河时，船头应垂直于河岸航行，即与河岸成90角最短时间为t s100 s.(2)以最小位移过河，船的实际航向应垂直河岸，即船头应指向上游河岸设船头与上游河岸夹角为，有vcosu，arccosarccos.渡河时间为t s106.4 s.(3)设船头与上游河岸夹角为，则有(vcosu)tsvtsinl两式联立得：53，t125 s.5关于互成角度的两个初速度不为零的匀变速直线运动的合运动，下列说法正确的是()A合运动的轨迹一定是抛物线B合运动的性质一定是匀变速运动C合运动的轨迹可能是直线，也可能是曲线D合运动的性质是非匀变速运动答案：BC6如图4114所示，船在静水中的航速为v1，水流的速度为v2.为使船行驶到河正对岸的码头，则v1相对v2的方向应为()图4114解析：选C.为使船行驶到河正对岸的码头，v1、v2的合速度应指向正对岸，所以C正确7一个物体在相互垂直的恒力F1和F2作用下，由静止开始运动，经过一段时间后，突然撤去F2，则物体的运动情况是()A物体做匀变速曲线运动B物体做变加速曲线运动C物体做匀速直线运动D物体沿F1的方向做匀加速直线运动解析：选A.物体在相互垂直的恒力F1和F2的作用下，由静止开始做匀加速直线运动，其速度方向与F合的方向一致，经过一段时间后，撤去F2，F1与v不在同一直线上，故物体必做曲线运动；由于F1恒定，由a知，a也恒定，故应为匀变速曲线运动，选项A正确8如图4115所示，岸上的人通过定滑轮用绳子拖动小船靠岸，则当人匀速运动时，船的运动情况是()图4115A加速运动 B减速运动C匀速运动 D条件不足，不能判定解析：选A.如图所示，设人的速度为v人，船的速度为v船，绳子拉动的速度为v绳，某时刻绳与水平方向夹角为，则v人=v绳 v绳v船cos 由得v船.在拉动过程中，越来越大，cos不断减小，v船越来越大，即船做加速运动，故A对，B、C、D均错9在平坦的垒球运动场上，击球手挥动球棒将垒球水平击出，垒球飞行一段时间后落地若不计空气阻力，则()A垒球落地时瞬时速度的大小仅由初速度决定B垒球落地时瞬时速度的方向仅由击球点离地面的高度决定C垒球在空中运动的水平位移仅由初速度决定D垒球在空中运动的时间仅由击球点离地面的高度决定解析：选D.由hgt2得t ，垒球在空中运动的时间仅由击球点离地面的高度决定，D正确；水平位移sv0t，由初速度和落地时间共同决定，C错误；垒球落地速度的大小v，落地的方向tan，均由初速度和击球点离地面的高度共同决定，故A、B均错误10质点从同一高度水平抛出，不计空气阻力，下列说法正确的是()A质量越大，水平位移越大B初速度越大，落地时竖直方向速度越大C初速度越大，空中运动时间越长D初速度越大，落地速度越大解析：选D.物体做平抛运动时，hgt2，sv0t，则t，所以sv0，故A、C错误；由vygt，故B错误；由v，则v0越大，落地速度越大，故D正确11一个人水平抛出一小球，球离手时的初速度为v0，落地时的速度是vt，空气阻力忽略不计，下列哪个图象正确表示了速度矢量变化的过程()图4219解析：选B.平抛运动任一时刻的水平分速度vx都等于v0，故B对12在高处水平抛出一物体，平抛的初速度为v0，当它的速度方向与水平方向成角时，物体的水平位移x与竖直位移y的关系是()Axytan Bx2ytanCxycot Dx2ycot图422113(xx年江南十校模拟)如图4221所示，某同学为了找出平抛运动的物体初速度之间的关系，用一个小球在O点对准前方的一块竖直放置的挡板，O与A在同一高度，小球的水平初速度分别是v1、v2、v3，打在挡板上的位置分别是B、C、D，且ABBCCD135，则v1、v2、v3之间的正确关系是()Av1v2v3321Bv1v2v3531Cv1v2v3632Dv1v2v3941解析：选C.在竖直方向上，由t 得小球落到B、C、D所需的时间比t1t2t3123；在水平方向上，由v得：v1v2v3632.14.如图4224所示，O点离地面高度为H，以O点为圆心，制作一四分之一光滑圆弧轨道，小球从与O点等高的圆弧最高点滚下后水平抛出，试求：(1)小球落地点到O点的水平距离；图4224(2)要使这一距离最大，R应满足什么条件？最大距离为多少？解析：(1)根据机械能守恒定律得mgR mv02设水平距离为s，sv02.(2)由(1)知，因H为定值，则当RHR时，即R时，s最大，最大水平距离sm2H.答案：(1)2(2)R时，最大距离为H15如图4226所示，在距地面高为H45 m处，有一小球A以初速度v010 m/s水平抛出，与此同时，在A的正下方有一物块B也以相同的初速度v0同方向滑出，B与地面间的动摩擦因数为0.5.A、B均可看作质点，空气阻力不计，重力加速度g取10 m/s2，求：图4226(1)A球从抛出到落地的时间和这段时间内的水平位移；(2)A球落地时，A、B之间的距离解析：(1)根据Hgt2得t3 s，由sv0t得s130 m.(2)对于物块B，根据F合ma，F合mg得加速度大小a5 m/s2判断得：在A落地之前B已经停止运动，由v2v022as2得：s210 m，则ss1s220 m.答案：(1)3 s30 m(2)20 m圆周运动1、匀速圆周运动物体做匀速圆周运动必须具备两个条件：一是有初速度；二是其所受合力大小不变，方向始终与速度方向垂直而指向圆心。由于物体所受合力大小不变，方向改变，指向圆心，称之向心力，则物体加速度大小不变。，方向改变，指向圆心，称之向心加速度，其作用是只改变线速度方向，不能改变线速度大小。由于加速度不恒定，所以匀速圆周运动是非匀变速曲线运动。星体运动是匀速圆周运动的特例。是星体间的万有引力“充当”圆运动的向心力。（1）运动特点：轨迹是圆，速率不变。速度方向变化，即加速度方向指向圆心，加速度大小不变。根据牛顿第二定律，做匀速圆周运动的物体所受合力必指向圆心，永远与线速度方向垂直，其大小保持不变。匀速圆周运动属于变加速曲线运动。（2）描述匀速圆周运动的物理量转数n、频率f、周期T（转数也叫转速）如果时间以秒为单位则转速等于频率n=f，。角速度线速度v线速度与角速度之间的关系：，这是一个重要公式。向心加速度和向心力：应该注意向心力不是性质力，而是效果力。重力、弹力、摩擦力、万有引力、电场力、磁场力等等，任何一种性质力或几个性质力的合力、分力等等，只要它的效果是使质点产生向心加速度的，它就是向心力。研究圆周运动，找出向心力是关键性的一步：对匀速圆周运动来说，质点所受的所有力的合力充当向心力，对非匀速圆周运动来说，沿着半径方向的合力充当向心力，切线方向的合力改变速度大小。2、竖直面内圆周运动（1） 绳（单轨，无支撑）：绳只能给物体施加拉力，而不能有支持力。这种情况下有所以小球通过最高点的条件是，通过最高点的临界速度当(实际上小球还没滑到最高点就脱离了轨道)。MNvOR例1 如图所示的是杂技演员表演的“水流星”一根细长绳的一端，系着一个盛了水的容器以绳的另一端为圆心，使容器在竖直平面内做半径为R的圆周运动N为圆周的最高点，M为圆周的最低点若“水流星”通过最低点时的速度则下列判断正确的是（）A“水流星”到最高点时的速度为零B“水流星”通过最高点时，有水从容器中流出C“水流星”通过最高点时，水对容器底没有压力D“水流星”通过最高点时，绳对容器有向下的拉力 解析：假设水能够通过最高点，则到达到最高点时的速度设为v1，由机械能守恒定律得：，得，而当容器恰好能上升到最高点时的临界条件，此时水对容器的压力为0时，C正确【答案】C甲杆乙图2RO（2）杆（双轨，有支撑）：对物体既可以有拉力，也可以有支持力，如图2所示。过最高点的临界条件：。在最高点，如果小球的重力恰好提供其做圆周运动的向心力，即，杆或轨道内壁对小球没有力的作用。当0时,F0,即拉力；当v时,F0,即推力.故D对.来源:GF解析 本题是物体在竖直面内圆周运动的典型模型轻杆模型（有支撑的情况），杆可以对物体有拉力，也可以有推力，对物体的弹力还可以为零，答案D。【答案】D（3）外轨（单轨，有支撑），只能给物体支持力，而不能有拉力。有支撑的小球，但弹力只可能向上，如车过桥在这种情况下有： ，否则车将离开桥面，做平抛运动例 如图所示，小物块位于半径为R的半球形物体顶端，若给小物块一水平速度，则物块（）A立即做平抛运动 B落地时水平位移为C落地速度大小为2D落地时速度方向与地面成45角解析：物体恰好不受轨道的支持力的情况下（物体在最高点做圆周运动）的临界条件是，最高点速度为，因为，所以物体将从最高点开始做平抛运动，A正确；由平抛运动的规律可得：R，x=v0t，所以可得x=2R，B答案正确；落地时竖直分速度，合速度，其方向与地面成45角，CD正确针对训练1将一枚硬币放在唱片上匀速转动时，硬币与唱片保持相对静止关于硬币的受力情况，下列说法正确的是()A硬币受静摩擦力、向心力，共两个力B硬币受重力、支持力、静摩擦力，共三个力C硬币受重力、支持力、指向圆心的静摩擦力、切线方向的静摩擦力，共四个力D硬币受重力、支持力、静摩擦力、向心力，共四个力答案：B2(xx年广东高三调研)如图439所示，A、B是两个摩擦传动轮，两轮半径大小关系为RA2RB，则两轮边缘上的()A角速度之比AB21B周期之比TATB12C转速之比nAnB12图439D向心加速度之比aAaB21解析：选C.由于没有相对滑动，AB两轮边缘上的线速度相等，A不正确.，B不正确.，C正确向心加速度，D不正确3(xx年汕头模拟)在一段半径为R的圆弧形水平弯道上，已知汽车拐弯时的安全速度为，则弯道路面对汽车轮胎的最大静摩擦力等于车重的()A.倍 B2倍C倍 D3倍解析：选C.汽车拐弯时的向心力不超过最大静摩擦力，Ffmmg，C正确4(xx年海南海口检测)长为L的轻杆，一端固定一个小球，另一端固定在光滑的水平轴上，使小球在竖直面内做圆周运动关于最高点的速度v，下列说法正确的是()Av的极小值为Bv由零逐渐增大，向心力也增大C当v由逐渐增大时，杆对球的弹力逐渐增大D当v由逐渐减小时，杆对球的弹力逐渐增大答案：CD图43105如图4310所示，在倾角为30的光滑斜面上，有一根长为L0.8 m的细绳，一端固定在O点，另一端系一质量为m0.2 kg的小球，沿斜面做圆周运动，(g取10 m/s2)试计算：(1)小球通过最高点A的最小速度；(2)若细绳的抗拉力为Fmax10 N，小球在最低点B的最大速度是多少？解析：(1)小球通过最高点A的最小速度就是绳子上拉力为零的时候，所以有：mgsinm.代入数据可得最小速度：vA2 m/s.(2)小球在最低点B的最大速度满足的条件：Fmaxmgsinm.代入数据可得最大速度vB6 m/s.答案：(1)2 m/s(2)6 m/s第三讲 万有引力定律：知识要点：应用万有引力定律分析天体的运动（1）基本方法：把天体的运动看成是匀速圆周运动，其所需向心力由万有引力提供 应用时可根据实际情况选用合适的公式进行分析或计算（2） 天体质量M，密度的估算 测出卫星绕天体做匀速圆周运动的半径r和周期T，由 当卫星沿天体表面绕天体运行时，rr0，则人造地球卫星的周期和运行速度（1）运行速度：由 可知r越大，v越小 若rR（地球半径）时，则（为人造地球卫星环绕地球做匀速圆周运动的最大速度）（2）周期：由 可见离地面越高，周期越大 若rR，因为 为人造地球卫星环绕地球做匀速圆周运动的最小周期此公式与单摆的周期公式相似这仅仅是形式的相似，其实两者各遵循不同规律（3）卫星的发射速度和运行速度 发射速度是指被发射物体在地面附近离开发射装置的初速度，并且一旦发射后就再无能量补充，被发射物体仍依靠自身的初动能克服地球引力上升一定高度，进入运行轨道若发射速度等于7.9 km/s，卫星可贴着地面近地运行；若发射速度满足：7.9 km/sv发11.2 km/s，卫星可在高空沿着圆周轨道或椭圆轨道运行 运行速度指卫星在进入运行轨道后绕地球做匀速圆周运动的线速度，其大小公式 人造地球同步卫星（1）人造地球同步卫星的周期与地球自转周期相同即T24h86400 s.r4.24104km卫星离地面高度hrR6R（为恒量）运动速度v2r/T3.07km/s（为恒量）（2）人造地球同步卫星的位置一定是在赤道的上空，即卫星轨道平面和赤道平面重合（3）同步卫星的发射：先是用火箭将卫星送到近地轨道上（rR），并调整到赤道平面内做近地圆周运动，稳定运行后，根据需要在适当位置启动卫星上的发动机，使卫星在切线方向上加速，卫星从圆轨道变轨到椭圆轨道，变轨后，发动机关闭，卫星将向椭圆轨道的远地点处运行，若不计大气阻力，从近地点向远地点的运动过程中，机械能守恒但由于引力做负功，运行速度逐渐减小，至远地点时减至最小，由于椭圆轨道远地点的速度小于该点所在的圆轨道的线速度，则卫星在远地点时，需再次启动发动机使卫星速度增至地球同步圆轨道的线速度3.08 km/s，这样卫星进入地球同步圆轨道运行这种卫星发射方式最经济，现今技术也很成熟，如下图所示另一种发射方式为直线发射，由火箭把卫星发射到3000 km赤道上空，然后90转折飞行，使卫星进入轨道但这种方式发射场要在赤道上，且要消耗大量能量5、极地卫星和近地卫星：极地卫星运行时每圈都经过南北两极，其轨道平面相对地心不动，由于地球自转，极地卫星可以实现全球覆盖近地卫星是在地球表面附近环绕地球做匀速圆周运动的卫星，其运行的轨道半径可近似认为等于地球的半径，其运行线速度约为7.9 km/s. 两种卫星的轨道平面一定通过地球的球心三种宇宙速度（1）第一宇宙速度（环绕速度）：（2）第二宇宙速度（脱离速度）：v211.2 km/s为使物体挣脱地球引力束缚的最小发射速度（3）第三宇宙速度（逃逸速度）：v316.7 km/s为使物体挣脱太阳引力束缚的最小发射速度 能力要求：1重力、万有引力、向心力间的关系万有引力是形成地面物体所受重力的主要原因，因为地球自转对物体影响不大，所以近似可认为物体重力和地球对物体的万有引力相等，所以有，但事实地球上物体所受万有引力是地球上物体所受重力和绕地球自转向心力的合力，三者本质含义不同。而太空中环绕地球转动的物体所受的万有引力、重力和向心力是完全相同意义的2随地球自转的向心加速度和环绕运动的向心加速度的本质区别物体随地球自转的向心加速度是由地面上物体所受万有引力的一小部分提供的，对应的周期为24 h，环绕地球表面运动的向心加速度是由该物体所受的全部万有引力提供的，对应的近地卫星周期为八十几分钟3. 卫星上的“超重”与“失重”“超重”：卫星进入轨道前加速过程，卫星上物体“超重”此种情况与“升降机”中物体超重相同“失重”：卫星进入轨道后，正常运转时，卫星上物体完全“失重”（因为重力提供向心力）因此，在卫星上的仪器，凡是制造原理与重力有关的均不能使用4卫星轨道设置人造地球卫星的圆心必须和地心重合，由 得 可知h越大，即卫星离地面越高，其线速度越小，因此，第一宇宙速度是人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动的最大速度同步卫星必须设在赤道上方确定的高度处，由 得5. 天体中的椭圆运动开普勒第一定律（轨道定律）：所有行星分别在大小不同的椭圆轨道上围绕太阳运动，太阳在这些椭圆的一个焦点上开普勒第三定律（周期定律）：所有行星的椭圆轨道的半长轴的三次方跟公转周期的平方的比值都相等，即我们把行星的椭圆轨道近似地当作圆，由r，即得 （恒量），可见k只与恒星的质量M有关，而与行星无关 特别提示：1. 在一般情况下，可不考虑万有引力与重力的区别认为重力等于万有引力，此时有 ，得GMgR2,这是一个很有用的关系式，在解题时会经常用到2. 在利用万有引力定律和向心力公式进行天体运动问题的计算时，涉及的数值通常都比较大，所以在解题过程中，应多采用公式推导，尽量减少中间量的运算，这样可以减小计算结果的误差3. 同步卫星是本专题的一个重要问题，对其一些特点应予以重视