全国通用2019届高考物理二轮复习专题3力与物体的曲线运动课件.ppt

专题3力与物体的曲线运动 知识专题 网络构建 考题二平抛 类平抛 运动的规律 考题三圆周运动问题的分析 栏目索引 考题一运动的合成与分解 考题四抛体运动与圆周运动的综合 考题一运动的合成与分解 1 物体做曲线运动的条件当物体所受合外力的方向跟它的速度方向不共线时 物体做曲线运动 合运动与分运动具有等时性 独立性和等效性 方法指导 2 分析运动合成与分解的一般思路 解析 例1质量为2kg的质点在x y平面上运动 x方向的速度 时间图象和y方向的位移 时间图象分别如图1甲 乙所示 则质点 A 初速度为4m sB 所受合外力为4NC 做匀变速直线运动D 初速度的方向与合外力的方向垂直 典例剖析 图1 解析x轴方向初速度为vx 4m s y轴方向初速度vy 3m s 质点的初速度v0 5m s 故A错误 x轴方向的加速度a 2m s2 质点的合力F合 ma 4N 故B正确 x轴方向的合力恒定不变 y轴做匀速直线运动 合力为零 则质点受到的合力恒定不变 合力沿x轴方向 而初速度方向既不在x轴方向 也不在y轴方向 质点初速度的方向与合外力方向不垂直 做匀变速曲线运动 故C D错误 1 2016 全国乙卷 18 一质点做匀速直线运动 现对其施加一恒力 且原来作用在质点上的力不发生改变 则 A 质点速度的方向总是与该恒力的方向相同B 质点速度的方向不可能总是与该恒力的方向垂直C 质点加速度的方向总是与该恒力的方向相同D 质点单位时间内速率的变化量总是不变 解析 变式训练 1 2 1 2 解析质点一开始做匀速直线运动 处于平衡状态 施加恒力后 则该质点所受的合外力为该恒力 若该恒力方向与质点原运动方向不共线 则质点做曲线运动 质点速度方向与恒力方向不同 故A错 若F的方向某一时刻与质点运动方向垂直 之后质点做曲线运动 力与速度方向不再垂直 例如平抛运动 故B正确 由牛顿第二定律可知 质点加速度的方向总是与其所受合外力方向相同 C正确 根据加速度的定义 相等时间内速度变化量相同 而速率变化量不一定相同 故D错 2 如图2所示 甲乙两船在同一条河流中同时开始渡河 M N分别是甲乙两船的出发点 两船头与河岸均成 角 甲船船头恰好对准N点的正对岸P点 经过一段时间乙船恰好到达P点 如果划船速度大小相等 且两船相遇 不影响各自的航行 下列判断正确的是 A 甲船也能到达正对岸B 甲船渡河时间一定短C 两船相遇在NP直线上的某点 非P点 D 渡河过程中两船不会相遇 1 2 解析 返回 图2 1 2 返回 解析甲船航行方向与河岸成 角 水流速度水平向右 故合速度一定不会垂直河岸 即甲船不能垂直到达对岸 A错误 1 求解平抛运动的基本思路和方法 运动的分解将平抛运动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 化曲为直 是处理平抛运动的基本思路和方法 2 求解平抛 类平抛 运动的注意点 1 突出落点问题时 一般建立坐标系 由两个方向遵循的规律列出位移方程 由此确定其落点 2 突出末速度的大小和方向问题时 一般要建立水平分速度和竖直分速度之间的关系 由此确定其末速度 考题二平抛 类平抛 运动的规律 方法指导 3 如图3所示 分解某一过程的位移和某一位置瞬时速度 则可以获得两个直角三角形 一般该类运动问题都可以在这两个直角三角形中解决 图3 例2如图4所示 将甲 乙两球从虚线PQ右侧某位置分别以速度v1 v2沿水平方向抛出 其部分轨迹如图1 2所示 两球落在斜面上同一点 且速度方向相同 不计空气阻力 下列说法正确的是 A 甲 乙两球抛出点在同一竖直线上B 甲 乙两球抛出点在斜面上C 甲球抛出点更靠近PQ线D 一定有v1 v2 解析 典例剖析 图4 解析二者落在斜面上时速度的方向相同 所以速度的方向与水平方向之间的夹角 是相等的 tan 根据 vy gtx v0t 解析 可知二者的位移偏转角也相等 所以两个小球的抛出点与落点的连线在同一直线上 故结合题目的图象可知1的抛出点高于2的抛出点 故A错误 结合A的分析可知 两个小球的抛出点与落点的连线在同一直线上 两个小球的抛出点可能在斜面上 也可能不在斜面上 故B错误 两个小球的抛出点与落点的连线在同一直线上 而题目的图中1在上 所以甲的抛出点离PQ要远一些 故C错误 由于甲的抛出点高一些 因此甲运动的时间长些 故竖直方向的速度v gt大些 而根据落点的速度方向相同 因此速度v1要大一些 故D正确 3 如图5所示 在水平地面上A B两点同时迎面抛出两个物体 初速度分别为v1 v2 与水平方向所成角 1 30 2 60 两物体恰好落到对方抛出点 两物体在空中运动的时间分别为t1 t2 不计空气阻力 则 A v1 v2B t1 t2C 两物体在空中可能相遇D 两物体位于同一竖直线时 一定在AB中点的右侧 解析 3 4 变式训练 图5 3 4 在竖直方向上的速度一个大 一个小 又是同时抛出 所以两者不可能同时到达同一高度 即两者不可能相遇 C错误 两者位于同一竖直线时 由于运动时间相同 而A球的水平初速度较大 所以A球走过的水平位移大于B球的 所以一定在AB中点的右侧 D正确 4 横截面为直角三角形的两个相同斜面紧靠在一起 固定在水平面上 如图6所示 它们的竖直边长都是底边长的一半 现有三个小球从左边斜面的顶点以不同的初速度向右平抛 最后落在斜面上 其落点分别是a b c 若不计空气阻力 则下列判断正确的是 A 三小球比较 落在c点的小球飞行过程速度变化最大B 三小球比较 落在c点的小球飞行过程速度变化最快C 三小球比较 落在a点的小球飞行时间最短D 无论小球抛出时初速度多大 落在斜面上的瞬时速度都不可能与斜面垂直 解析 返回 3 4 图6 返回 3 4 三个小球均做平抛运动 加速度都是g 则速度变化快慢一样 故B错误 小球打到两斜面交点时 速度方向与水平方向夹角为45 与斜面夹角小于90 打到右侧斜面的其他位置处 夹角更小 故D正确 考题三圆周运动问题的分析 知识精讲 1 圆周运动的描述 2 水平面内圆周运动的临界问题 1 水平面内做圆周运动的物体其向心力可能由弹力 摩擦力等力提供 常涉及绳的张紧与松弛 接触面分离等临界状态 2 常见临界条件 绳的临界 张力FT 0 接触面滑动的临界 F Ff 接触面分离的临界 FN 0 3 竖直平面内圆周运动的绳 杆模型 典例剖析 例3如图7所示 质量为m的小球置于内部光滑的正方体盒子中 盒子的边长略大于球的直径 盒子在竖直平面内做半径为R 周期为的匀速圆周运动 重力加速度大小为g 则 A 盒子运动到最高点时 小球对盒子底部压力为mgB 盒子运动到最低点时 小球对盒子底部压力为2mgC 盒子运动到最低点时 小球对盒子底部压力为6mgD 盒子从最低点向最高点运动的过程中 球处于超重状态 图7 解析 解析设盒子运动到最高点时 小球受到盒子顶部的压力 则 F mg mR 2 解得 F 0根据牛顿第三定律 盒子运动到最高点时 小球对盒子底部压力为0 故A错误 盒子运动到最低点时 小球受到盒子底部支持力与重力的合力提供向心力 则 FN mg mR 2 解得 FN 2mg根据牛顿第三定律 盒子运动到最低点时 小球对盒子底部压力为2mg 故B正确 C错误 由A项的分析可知 在最高点小球只受到重力的作用 所以盒子从最低点向最高点运动的过程中 球接近最高点时处于失重状态 故D错误 5 如图8所示 在匀速转动的水平盘上 沿半径方向放着用细线相连的质量相等的两个物体A和B 它们分居圆心两侧 与圆心距离分别为RA r RB 2r 与盘间的动摩擦因数 相同 当圆盘转速加快到两物体刚好还未发生滑动时 最大静摩擦力等于滑动摩擦力 下列说法正确的是 A 此时绳子张力为FT 3 mgB 此时圆盘的角速度为 C 此时A所受摩擦力方向沿半径指向圆外D 此时烧断绳子 A仍相对盘静止 B将做离心运动 解析 5 6 变式训练 图8 解析两物块A和B随着圆盘转动时 合外力提供向心力 则F m 2r B的半径比A的半径大 所以B所需向心力大 绳子拉力相等 所以当圆盘转速加快到两物体刚好还未发生滑动时 B的静摩擦力方向指向圆心 A的最大静摩擦力方向指向圆外 根据牛顿第二定律得 FT mg m 2r FT mg m 2 2r 解得 FT 3 mg 故A B C正确 此时烧断绳子 A的最大静摩擦力不足以提供所需向心力 则A做离心运动 故D错误 5 6 6 2016 浙江理综 20 如图9所示为赛车场的一个水平 梨形 赛道 两个弯道分别为半径R 90m的大圆弧和r 40m的小圆弧 直道与弯道相切 大 小圆弧圆心O O 距离L 100m 赛车沿弯道路线行驶时 路面对轮胎的最大径向静摩擦力是赛车重力的2 25倍 假设赛车在直道上做匀变速直线运动 在弯道上做匀速圆周运动 要使赛车不打滑 绕赛道一圈时间最短 发动机功率足够大 重力加速度g 10m s2 3 14 则赛车 A 在绕过小圆弧弯道后加速B 在大圆弧弯道上的速率为45m sC 在直道上的加速度大小为5 63m s2D 通过小圆弧弯道的时间为5 58s 图9 解析 返回 5 6 解析在弯道上做匀速圆周运动时 根据径向静摩擦力提供向心力得 kmg 当弯道半径一定时 在弯道上的最大速率是一定的 且在大弯道上的最大速率大于小弯道上的最大速率 故要想时间最短 可在绕过小圆弧弯道后加速 选项A正确 解析 5 6 返回 5 6 考题四抛体运动与圆周运动的综合 知识精讲 解决抛体与圆周运动的综合问题应注意 1 平抛运动与圆周运动的关联速度 2 圆周运动中向心力与运动学公式的关联 3 动能定理的灵活运用 典例剖析 例4 12分 如图10所示 BC为半径等于竖直放置的光滑细圆管 O为细圆管的圆心 在圆管的末端C连接倾斜角为45 动摩擦因数 0 6的足够长粗糙斜面 一质量为m 0 5kg的小球从O点正上方某处A点以v0水平抛出 恰好能垂直OB从B点进入细圆管 小球从进入圆管开始受到始终竖直向上的力F 5N的作用 当小球运动到圆管的末端C时作用力F立即消失 小球能平滑地冲上粗糙斜面 g 10m s2 求 图10 1 小球从O点的正上方某处A点水平抛出的初速度v0为多少 OA的距离为多少 2 小球在圆管中运动时对圆管的压力是多少 3 小球在CD斜面上运动的最大位移是多少 答案 思维规范流程 r sin45 v0t 2m s 0 2m h r cos45 0 6m 答案 答案 mgsin45 mgcos45 式2分 其余各式1分 7 如图11所示 质量为1kg物块自高台上A点以4m s的速度水平抛出后 刚好在B点沿切线方向进入半径为0 5m的光滑圆弧轨道运动 到达圆弧轨道最底端C点后沿粗糙的水平面运动4 3m到达D点停下来 已知OB与水平面的夹角 53 g 10m s2 sin53 0 8 cos53 0 6 求 1 A B两点的高度差 解析答案 变式训练 图11 解析小物块恰好从B端沿切线方向进入轨道 据几何关系有 A到B的过程中机械能守恒 得 联立得 h 0 45m 答案0 45m 解析答案 2 物块到达C点时 物块对轨道的压力 解析小物块由B运动到C 据动能定理有 解得FN 96N根据牛顿第三定律 小物块经过圆弧轨道上C点时对轨道的压力FN的大小为96N 答案96N 返回 解析答案 3 物块与水平面间的动摩擦因数 解析小物块从C运动到D 据功能关系有 联立得 0 5答案0 5