高考物理二轮复习 专题4 曲线运动课件.ppt

1 专题4曲线运动 考点16运动的合成与分解平抛运动 考点17圆周运动规律与应用 考点18圆周运动的临界问题 2 考点16运动的合成与分解平抛运动 1 运动的合成与分解 1 合运动与分运动关系的三个性质独立性 一个物体同时参与几个分运动 各分运动独立进行 互不干扰 等时性 合运动和分运动同时发生 同时进行 同时结束 即运动的时间相等 等效性 合运动产生的效果是各分运动分别产生的效果的总效果 它能替代所有分运动共同作用的效果 3 2 运动的合成与分解的运算法则运动的合成与分解包含了位移 速度 加速度的合成与分解 它们之间的关系均遵循平行四边形定则 2 物体做曲线运动的条件和特点物体所受合外力的方向跟它的运动方向不在同一直线上时物体做曲线运动 做曲线运动的物体的瞬时速度方向沿曲线的切线方向 曲线运动的速度方向时刻在改变 是变速运动 3 平抛运动 1 运动性质 做平抛运动的物体 尽管其速度大小和方向时刻在改变 但其加速度却恒为重力加速度g 因而平抛运动是匀变速曲线运动 4 5 考法1合运动的性质与轨迹判断 1 合力的方向与轨迹的关系物体做曲线运动的轨迹一定夹在合外力与速度方向之间 速度方向与轨迹相切 合外力方向指向轨迹的 凹侧 如图所示 2 合力方向与速率变化的关系 1 当合力方向与速度方向夹角为锐角时 物体速率增大 2 当合力方向与速度方向夹角为钝角时 物体速率减小 3 当合力方向与速度方向垂直时 物体速率不变 考点16运动的合成与分解平抛运动 6 考法2对运动的合成与分解的考查 1 对运动独立性 运动合成与分解的考查通常会以小船渡河或空中落下雨滴等情景考查运动的独立性 运动的合成与分解 考点16运动的合成与分解平抛运动 7 小船渡河有两类经典问题 1 小船渡河的时间问题小船渡河的时间仅与小船自身的速度有关 与水流的速度是没有关系的 而小船的实际轨迹由船速和水速共同决定 2 小船渡河的路程问题小船渡河的路程由小船运动的实际轨迹决定 小船运动的实际轨迹由船速和水速共同决定 考点16运动的合成与分解平抛运动 8 若v船 v水 则船头偏向上游 如图甲所示 合速度v垂直于河岸 渡河有最短位移x短 d 船头与上游的夹角满足cos 若v船 v水 则不论船的航向如何 总是被水冲向下游 如图乙所示 船头与运动轨迹垂直时 路程最短 2 对关联物体速度关系的考查 1 模型特点沿绳 或杆 方向的速度分量大小相等 2 思路与方法合运动 绳拉物体的实际运动速度v分运动 考点16运动的合成与分解平抛运动 9 3 解题的原则把物体的实际速度分解为垂直于绳 杆 和平行于绳 杆 的两个分量 根据沿绳 杆 方向的分速度大小相等求解 常见的模型如图所示 考点16运动的合成与分解平抛运动 10 考点16运动的合成与分解平抛运动 11 考点16运动的合成与分解平抛运动 12 方法2从分解速度的角度进行解题重点对于一个做平抛运动的物体来说 如果知道了某一时刻的速度方向 则我们常常是从 分解速度 的角度来研究问题 分解速度 构建速度三角形 确定飞行时间 进一步确定位移 例如 将一个小球以速度v0水平抛出 垂直打到一个倾角为 的斜面上 若求飞行的时间 应将小球垂直打到斜面上的速度v沿水平方向和竖直方向分解 如图所示 由几何知识知 v和竖直方向的夹角也为 由平抛运动的规律得tan 从而求出飞行的时间 方法3从分解位移的角度进行解题重点对于一个做平抛运动的物体来说 如果知道了某一时刻的位移方向 则我们可以把位移分解到水平方向和竖直方向 然后运用平抛运动的规律来研究问题 这种方法叫做 分解位移法 考点16运动的合成与分解平抛运动 13 例如 从倾角为 的斜面上A点 以水平速度v0抛出一个小球 若求小球运动的时间 应将其位移AB分解为水平位移x和竖直位移y 如图所示 由平抛运动的规律得方法4利用等效法求解类平抛运动重点物体受到与初速度垂直的恒定的合外力时 其轨迹与平抛运动相似 简称类平抛运动 求解类平抛运动的方法是 将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 即沿合力的方向 的匀加速直线运动 找到等效加速度 考点16运动的合成与分解平抛运动 14 方法5运用推论法求解重点推论 做平抛 或类平抛 运动的物体 任意时刻的瞬时速度方向的反向延长线一定通过此时水平位移的中点 考点16运动的合成与分解平抛运动 15 推论 做平抛 或类平抛 运动的物体在任一时刻任一位置处 如图所示 设其速度方向与水平方向的夹角为 位移与水平方向的夹角为 则tan 2tan 考法4斜抛运动的求解方法 近几年高考很少涉及 斜抛运动的处理方法与平抛运动的处理方法相似 不同的是 斜抛物体在竖直方向上的初速度不为零 如图所示 物体被抛出后在水平方向上以水平分速度v0 x做匀速直线运动 在竖直方向上做初速度为v0y的竖直上抛运动 考点16运动的合成与分解平抛运动 16 返回专题首页 考点16运动的合成与分解平抛运动 17 考点17圆周运动规律及应用 1 描述匀速圆周运动的物理量描述圆周运动的物理量有线速度v 角速度 周期T 频率f 转速n等 它们之间的关系如下 n的单位应为r s 关键点拨 匀速圆周运动既不是速度不变的运动 也不是匀变速曲线运动 而是变加速曲线运动 2 圆周运动中的动力学分析向心力是按作用效果命名的力 其动力学效果在于产生向心加速度 即只改变线速度方向 不改变线速度的大小 对于做匀速圆周运动物体的向心力应由其所受合外力提供 18 考法5考查传动装置线速度与角速度的关系 1 同轴传动固定在一起共轴转动的物体上各点角速度相同 由v r和an 2r知 此种情况下 线速度 向心加速度都与半径成正比 如图中A B 考点17圆周运动规律及应用 圆周运动是一种典型的曲线运动 高考对圆周运动的考查一般有两类 一类是以传动装置为情景 考查圆周运动的基本规律 如线速度 角速度 周期的关系 另一类是以细绳 轻杆 转台 轨道为情景 考查受力分析 向心力公式和动力学方程 这部分知识扩展空间很大 还会与机械能守恒 功能关系 复合场综合出题 19 2 皮带传动不打滑的摩擦传动和皮带 或齿轮 传动的两轮边缘上各点线速度大小相等 由 v r和an v2 r知 此种情况下 角速度 向心加速度都与半径成反比 考法6考查圆周运动中的动力学问题 1 向心力的来源向心力是按力的作用效果命名的 可以是重力 弹力 摩擦力等各种力 也可以是几个力的合力或某个力的分力 因此在受力分析中要避免再另外添加一个向心力 20 向心力的作用效果是产生向心加速度 不断改变物体的速度方向 维持物体做圆周运动 但不改变速度的大小 考点17圆周运动规律及应用 21 2 解决圆周运动动力学问题的思路 1 确定研究对象 分析物体的受力情况 画出受力示意图 确定向心力的来源 2 分析物体的运动情况 即物体的线速度 角速度 周期 轨道平面 圆心 半径等 3 据牛顿运动定律 向心力公式或机械能守恒定律等列方程 对圆周运动过程的某一状态点 常用牛顿运动定律和向心力公式建立方程 如图 在竖直面内圆周运动的最低点A FA mg 在最高点B FB mg 考点17圆周运动规律及应用 22 对圆周运动的过程而言 只能利用机械能守恒定律或动能定理建立初末状态之间的联系 如图中由A运动到B 若没有摩擦和阻力影响 则有 3 物体做圆周运动 离心运动和近心运动的判断 1 提供的向心力 从物体受力角度分析 物体受到的重力 弹力 摩擦力 洛伦兹力等 它们指向圆心的合力 就是提供的向心力 2 物体做圆周运动所需的向心力 从物体运动状态角度分析 物体运动状态不同 所需向心力不同 物体做圆周运动所需的向心力用运动学表达式表示 考点17圆周运动规律及应用 23 若F供 F需 则物体做匀速圆周运动 若F供 F需 则物体做离心运动 若F供 F需 则物体做近心运动 考法7圆周运动模型及其应用 考点17圆周运动规律及应用 24 考点17圆周运动规律及应用 25 考点17圆周运动规律及应用 26 考点18圆周运动的临界问题 圆周运动的临界问题 一般有两类 一类是做圆周运动的物体 在某些特殊位置上 存在着某一速度值 小于 或大于 这个速度 物体就不能再继续做圆周运动了 此速度即为临界速度 另一类是因为某种原因导致物体的受力发生变化 其运动状态随之变化 对应物体即出现相应的临界状态 考法8水平面内圆周运动的临界问题 1 静摩擦力产生的临界情况在水平转台上做圆周运动的物体 若有静摩擦力参与 则当转台的转速变化时 静摩擦力也会随之变化 当f达到最大值fmax时 对应有临界角速度 解决这类问题一定要牢记 静摩擦力大小有个范围 方向可以改变 这一特点 27 2 弹簧和绳连接的物体的临界情况处理该类问题时关键是分析弹力的大小和方向的改变 特别是有摩擦力参与的问题更需要和静摩擦力的特点相结合 对于用弹簧连接的物体的圆周运动 当运动状况发生改变时 往往伴随着半径的改变 从而导致弹簧弹力发生变化 明确半径是否改变 什么情况下改变 是伸长还是缩短等 3 圆锥面上的临界问题如图所示 一个光滑的圆锥体固定在水平桌面上 其轴线沿竖直方向 母线与轴线的夹角为 一条长为l的绳 一端固定在圆锥体的顶点O 另一端系一个质量为m的小球 视为质点 小球以速率v绕圆锥体的轴线做水平匀速圆周运动 考点18圆周运动的临界问题 28 考点18圆周运动的临界问题 29 考法9轻绳模型与轻杆模型产生的临界情况 在竖直平面内的圆周运动其向心力往往是靠绳子的拉力或杆的弹力 或光滑圆弧轨道的内侧 外侧弹力 提供 由于细绳只能提供拉力而无法提供支持力 杆既可以提供拉力也可以提供支持力 考点18圆周运动的临界问题 30 考点18圆周运动的临界问题