高考物理总复习教师用书第四章 曲线运动 万有引力与航天

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第四章
求 考
运动的合成与分解   1.命题规律
平抛运动的规律及其研究方
法,圆周运动的角速度、线速度
向心加速度,人造卫星及天体的
动问题等是该部分的命题热点,
型既有选择题,也有计算题。
2.考查热点
突出物理与现代科技、生产、
活的结合,特别是现代航天技术
密切联系,与牛顿运动定律、机
能守恒定律等内容综合命题的可
性也较大。
抛体运动 Ⅱ
匀速圆周运动、角速度、线速度、向心加速度 Ⅰ
匀速圆周运动的向心力 Ⅱ
离心现象 Ⅰ
万有引力定律及其应用 Ⅱ
环绕速度 Ⅱ
第二宇宙速度和第三宇宙速度 Ⅰ
经典时空观和相对论时空观 Ⅰ
20 课时 运动的合成与分解(双基落实课)
点点通() 物体做曲线运动的条件与轨迹分析
1曲线运动
(1)速度的方向:质点在某一点的速度,沿曲线在这一点的切线方向。
(2)运动的性质:做曲线运动的物体,速度的方向时刻在改变,所以曲线运动是变速运
动。
(3)物体做曲线运动的条件:物体所受合力的方向与它的速度方向不在同一直线上。
2合外力方向与轨迹的关系
物体做曲线运动的轨迹一定夹在外力方向速度方向之间,速度方向与轨迹相切
合外力方向指向轨迹的“凹”侧。
3速率变化情况判断
(1)当合外力方向与速度方向的夹角为锐角时,物体的速率增大。
(2)当合外力方向与速度方向的夹角为钝角时,物体的速率减小。
(3)当合外力方向与速度方向垂直时,物体的速率不变。
[小题练通]
1.一个物体在力 F1F2F3…、Fn共同作用下做匀速直线运动,若突然撤去 F2,而其
他力不变,则该物体(  )
A.可能做曲线运动
B.不可能继续做直线运动
C.一定沿 F2的方向做直线运动
D.一定沿 F2的反方向做匀减速直线运动
解析A 根据题意,物体开始做匀速直线运动,物体所受的合力一定为零,突
撤去 F2后,物体所受其余力的合力与 F2大小相等、方向相反,而物体速度的方向未知,故
有多种可能情况:若速度的方向和 F2的方向在同一直线上,物体做匀变速直线运动,若
度的方向和 F2的方向不在同一直线上,物体做曲线运动,A正确。
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2.(2019·金华联考)春节期间人们放飞孔明灯表达对新年的祝福。如
Oy Ox
运动,孔明灯的运动轨迹可能为图中的(  )
A.直线 OA         B.曲线 OB
C.曲线 OC D.曲线 OD
解析:D 孔明灯在竖直 Oy 方向做匀加速运动,在水平 Ox 方向做匀速运动,则合
力沿 Oy ,所速度沿 Oy 但合沿 Oy 方向
明灯做曲线运动,结合合力指向轨迹凹侧可知轨迹可能为题图中的曲线 OD,故 D正确。
3()(2019·昌模)量为 m速度 v0线运t0
Fv0.5v0(
)
A.质点受到恒力 F作用后一定做匀变速曲线运动
B.质点受到恒力 F作用后可能做圆周运动
Ct0时恒力 F方向与速度 v0方向间的夹角为 60°
D.恒力 F作用时间时质点速度最小
解析AD t0时质点开始受到恒F用,加速度不变,做匀变速运动,若
质点做匀变速直线运动,则最小速度为零,所以质点受到恒力 F作用后一定做匀变速曲线
运动,故 A确;质点在恒F作用下不可能做圆周运动,B错误;设恒F与初速度
v0之间的夹角为 θ,最小速度 v1v0sin θ0.5v0,由题意可知初速度 v0与恒F间的夹角
为钝角,所以 θ150°,故 C错误;在沿恒力 F方向上速度为 0时有 v0cos 30°Δt0,解
Δt=,故 D正确。
[融会贯通]
(1)已知运动轨迹,可以判断合力的大致方向,如图所示。在电场中,经常
根据这一规律判定带电粒子所受的电场力方向,进而分析粒子的电性或场强方
向。
(2)运动轨迹在速度方向与合力方向所夹的区间,根据受力方向和速度方向可以判断轨
迹的大致弯曲方向。
点点通() 运动的合成与分解的应用
1合运动与分运动的关系
等时性 合运动和分运动经历的时间相等,即同时开始、同时进行、同时停止
等效性 各分运动的规律叠加起来与合运动的规律有完全相同的效果
独立性 一个物体同时参与几个分运动,各分运动独立进行,不受其他运动的影响
2.合运动的性质和轨迹的判断
(1)若合加速度不变,则为匀变速运动;若合加速度(大小或方向)变化,则为非匀变速
运动。
(2)若合加速度的方向与合初速度的方向在同一直线上,则为直线运动,否则为曲线运
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动。
[小题练通]
1.(2019·衡阳联考)如图所示,当汽车静止时,车内乘客看到窗外雨滴沿竖直方向 OE
速运动。在 t0时刻,汽车由静止开始做甲、乙两种匀加速动,同时
Ot1t0
O的雨滴B离开车窗,乙种状态启t2时刻,乘客看
到在 t0时刻O点下的雨滴F离开车窗,FAB 的中点。则 t1t2(  )
A21 B1
C1 D1(1)
解析A 雨滴在竖直方向的分运动为匀速直线运动,其速度大小相等,与水平
向的运动无关,故 t1t2=∶=21A正确。
2(多选)如图甲所示,在中,沿竖直向上运动,其 v t如图乙所
示,同时人顶着杆沿水平地面运动的 x t如图所示。若以地面为参系,下列说
的是(  )
A猴子的运动轨迹为直线
B猴子02 s 内做匀变速曲线运动
Ct0猴子的速度大小为 8 m/s
D猴子02 s 内的加速度大小为 4 m/s2
解析:BD 由题图乙可知,猴子在竖直方向做初速度为 8 m/s,加速度大小为 m/s2
4 m/s2的匀减速运动,水平方向做速度大小m/s4 m/s的匀速运动,其合运动为曲
线运动,故猴子在 02 s 内做匀变速曲线运动,选项 A错误,B正确;t0时猴子的速度
小为 v0 m/s4 m/s选项 C02 s 内的小为 4 m/s2
D正确。
[融会贯通]
化曲为直思想在运动的合成与分解中的应用
(1)分析运动的合成与分解问题时,要注意运动的分解方向,一般情况下按运动效果进
行分解,切记不可按分解力的思路来分解运动。
(2)要注意分析物体在两个分方向上的受力及运动规律,分别列式求解。
(3)两个分方向上的运动具有等时性,这常是处理运动分解问题的关键点。
点点通() 小船渡河问题
1三种速度
在静水中的速度 v1速度 v2实际运动速度 v,其中 vv1v2的合速度。
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2三种情景
(1)渡河时间最短
船头正河岸时,渡河时间最tmin(d为河宽)
(2)渡河位移最短(v2<v1)
合速度垂直于河岸时,位移xmin=。船头指向上,与河岸夹角为 αcos α=。
(3)渡河位移最短(v2>v1)
合速度不可能垂直于河岸法垂直渡河方法如下:如图所示,以 v2末端
为圆心,以 v1量的大小为半径画弧v2量的始向圆作切线,则合速度沿此切线
方向时位移
由图可sin θ=,最短位移 xmin==d
[小题练通]
1.有一条两平直、动、速恒为 v的大小明驾着船渡河,去
指向始河岸垂直,回程时行驶路线与河岸垂直。回程所用时间的值为 k
在静水中的速度大小相同,则小在静水中的速度大小为(  )
A.          B.
C. D.
解析:B 设大河宽度为 d,小船在静水中的速度为 v0,则小船去程渡河所用时间
t1=,小船回程渡河所用时间t2=。由题意知=k,联立以上各式得 v0=。选项 B正确
ACD错误。
2在静水中的速度与时间的系如图甲所示,水的离一侧河岸离的变
系如图乙所示,经时间间成功渡对该船渡错误
的是(  )
A水中的最大速度是 5 m/s
B船渡河的时间是 150 s
C在行驶过程中,船头必须河岸垂直
D船渡河位移×102 m
析:B ,水速度4 m/s的合船在
河水中的最大速度是 5 m/s,选项 A正确;当船头始终与河岸垂直时,渡河时间最短,有
t== s100 s,因此船渡河的时间不是 150 s,选项 B错误,C正确;在渡河时间内,船沿
水流方向的位x在数值上等于水流速度与时间图像所围成的面积大小,根据速度变化
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对称性可得 x m200 m,船沿垂直河岸方向的位移为 yd300 m,再根据运动的合成
与分解可得,船渡河的位移为=×102 m,选项 D正确。
3(2019·)
时开始渡河MN分别是甲、乙两的出点,两船船头河岸均α
NP
P点。如果甲、乙两在静水中的速度大小相同,甲、乙两
影响各的航行,下判断正确的是(  )
A.甲也能到达 M
B.甲船渡河时间一定船短
C.甲、乙两NP 直线上的某点(P)
D渡河过程中两不会相
解析C 乙船垂直河岸到达正对岸,说明水流方向向右,甲船参与了两个分运
沿着船头指向的匀速运动,随着水流方向的匀速运动,故不可能到达 M点正对岸,故 A
速度 vyvsin α时间 t
=,故甲、乙两船到达对岸的时间相同,故 B错误;船沿垂直河岸方向的位移 yvytvt
sin α,可知任意时刻两船沿垂直河岸方向的位移相等,又由于乙船沿着 NP 方向运动,
故相遇点在 NP 直线上的某点(P),故 C正确,D错误。
[融会贯通]
(1)解决船渡河问题的关键是:正确区分分运动和合运动,船的航行方向也就是船头所
指方向的运动,是分运动,船的运动也就是船的实际运动,是合运动,一般情况下与船
指向不共线。
(2)应用运动分解的基本方法,按实际效果分解,一般用平行四边形定则沿水流方向和
船头指向分解。
(3)渡河时间只与垂直河岸的船的分速度有关,与水流速度无关。
(4)求最短渡河位移时,根据船在静水中的速度 v与水流速度 v的大小情况,用三角
形定则求极限的方法处理。
点点通() 关联速度问题
1问题特点:沿(或杆)方向的速度分量大小相等。
2思路与原则
(1)思路
合速度―→物体的实际运动速度 v
(2)则:v1v2的合成遵循平行四边形定则。
3解题方法
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物体的实际速度分解为垂直于绳()和平行()两个分量,根据沿()方向的
分速度大小相等解。常见型如图所示。
[小题练通]
1.图所示,不计所有触面之间,两物体
质量分别为 m1m2m1<m2。若m2从位置 A由静止放,当
Bm2的速度为 v2且绳子与竖直方向的夹角为 θ,则这
m1的速度大小 v1(  )
Av2sin θ B.
Cv2cos θ D.
C m1沿
m1v1m2(沿)
v2沿子方向的(两个
)v1v2m1v1
v2cos θC正确。
2.轻杆分别定质量为 mAmB的两个小AB(为质
)其放在一个光滑球形从位置 1开始下,如图所示。当
到达位置 2时,A器球心等其速度大小为 v1已知
轻杆与水平方向成 θ30°角,B的速度大小为 v2,则(  )
Av2v1 Bv22v1
Cv2v1 Dv2v1
解析:C A容器球心,速度 v1方向竖直向下
v11v1sin θv1几何B
的速度方向与杆成 α60°角,因此 v21v2cos αv2,沿杆方向两
速度相等,v21v11,解得 v2v1C项正确。
3.如图线端固定在O点,穿
CD 小孔胶球线
挨着CD 桌面沿
vCD 小孔始终紧挨桌面边线
线与竖直方向的夹角为 θ时,小的速度大小为(  )
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Avsin θ Bvcos θ
Cvtan θ D.
解析:A 由题意可知,线与光盘交点参与两个运动,一是沿着线
方向的运动,是垂直线方向的运动,合运动的速度大小为 v,由数三角
,则有 v线vsin θ线速度的大小,的速度大小
A正确。
[融会贯通]
()关联问题的解题技巧
(1)解题关键:找出合速度与分速度的关是求解关联问题的关键。
(2)基本思路
定合速度的方向(物体实际运动方向)
分析合运动所产生的实际效果:一方面使绳()伸缩一方面使绳()动。
确定两个分速度的方向:沿()方向的分速度和垂直()方向的分速度,而沿
()方向的分速度大小相同。
1.物体做直线运动是做曲线运动是由物体的速度与合外力是否在同一直线上定的。
2.两个分运动的合运动是直线运动是曲线运动看两个分运动的合速度与合加速度
是否在同一直线上。
3.小船渡河问题与联速度问题的质及解题方法是运动的合成与分解,说就
船实动的速度在静水中的速度与度的合速度,合速度垂河岸,小
船才到达即航(或杆)的两物体,两物体的速度在沿(
)及垂直于绳()的方向上进行分解,则有沿(或杆)方向的分速度大小相等,这
联”所在。
[课堂综合训练]
1(2019·永州模拟)跳伞是人们普遍喜欢的运动项目,当跳伞运动员从机上由
静止下后,在下落过程中若受到水平力的影响,下列说正确的是(  )
A大,运动时间越长,运动可完成多的空中表动作
B大,运动时间越短,有可能对运动造成伤害
C.运动时间与力大小无关
D.运动员着地速度与力大小无关
解析C 运动时参与了两个分运动,直方向向下落和水平方向随
两个分运动同,相互独立;因此,水平分速度水平,落合速
大,但落时间不变,故 ABD错误,C正确。
2.图所示,L的直O动,端搁
上,平以速度 v匀速上。当与竖直方向的夹角为 α的角
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速度为(  )
A.          B.
C. D.
解析B 由题图可知接触点的实际运动合运动,其速度方向是垂直
指向上方,合速度沿竖直向上的分等于 vωLsin αv,所以 ω=,B正确。
3.如图所示,AB 以恒定角速度绕 A在水平
OC 上的质量M的小环运动。运动开始时,AB 在竖位置,水
OC A点的离为 h,则小环 M的速度(  )
A逐渐增大
B.先减小后增大
C.先增大后减小
D逐渐减小
解析:A 设经时间 tOABωt,则 AM 度为,则 AB 杆上小MA
的线速度 vω·M的速度沿 AB 杆方向和垂直于 AB 杆方向分解,垂直于 AB 杆上
分速度大小等于小MA点的线速度大小 v,则小M的速度 v==,随着时间的
,则小M的速度逐渐增大,故 A正确,BCD错误。
4(2019·潍坊统)如图所示,西d800
m中各点的水速度大小为 v,各点到较近河岸xv
x系为 vx(m/s)(x单位m)船船头河岸
北渡河,小船划水速度大小恒为 v4 m/s。则下列说正确的是(  )
A.小船渡河的轨迹为直线
B.小水中的最大速度是 5 m/s
C.小距南岸 200 m 的速度小距北岸 200 m 的速度
D.小船渡河的时间是 160 s
解析B 由题意可知,小船在向上做匀速直线运动,东西方向速 ,
到达河中间后再减速,小船的合运动是曲线运动,船渡河的轨迹为曲线,A错误;
小船运动到河中间时,西方向上的分速度最大,为×400 m/s3 m/s此时小船的合
度最大,可得最大vm5 m/sB正确;由 vx知,水流南岸 200 m
的速度等于在200 m 处的速度,故小船在南岸 200 m 处的速度等于在距北200
m处的速度,C错误;小船的渡河时间 t==200 sD错误。
5.由卫星的发射场不在赤道上,同卫星发射需要从转移过调整再入地
。当卫星飞经赤道上空时,机点星一加速度,使
卫星沿同运行。已知卫星的环绕速度3.1×103 m/s,某次发射卫星飞经赤道
上空时的速度为 1.55×103 m/s,此时卫星的度与同度相同,
的夹角为 30°,如图所示,动机卫星的加速度的方向和大小(  )
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A西偏北方向,1.9×103 m/s
B东偏南方向,1.9×103 m/s
C西偏北方向,2.7×103 m/s
D东偏南方向,2.7×103 m/s
解析:B 设当移轨
同的某点时,速度为 v1机给卫星加速度为 v2点在同
上运行时的速度为 v。三如图所示,由图知加速度方向为东偏
南,由余定理v22v12v22v1vcos 30°代入数据解得 v21.9×103 m/s,选项 B
确。
1.一物体由静止开始由下,一小时间后突然受水平向力的影响,但着地
时间突然停止,则其运动的轨迹可能是选图中的(  )
解析C 物体一开始做落体运动,速度方向竖直向下;当受到水平向右的
力时,合力的方向为向下,速度和合力的方向不在同一直线上,物体做曲线运动,
轨迹应夹在速度方向和合力方向之间风停,物体的合力方向向下,与速度不在
同一直线上,继续做曲线运动,轨迹向下凹,故 C正确,ABD错误。
2.一质点受两个成锐角的恒力 F1F2作用,由静止开始做匀加速直线运动,若运
过程保持二力方向不变,F1突然增大到 F1ΔF,则质点以后(  )
A.继续做匀变速直线运动
B.在相等时间内速度的变化量一定相等
C.可能做匀速直线运动
D.可能做变加速曲线运动
解析:B F1F2为恒力,质点开始做匀加速直线运动,F1大到 F1ΔF
为恒力,合力为恒力,加速度恒定,但合力的方向与速度方向不再共线,所以质点
做匀变速曲线运动,故 ACD错;由加速度的定a=知,在相等时间 ΔtΔvaΔt
相等,故 B对。
3.一质点水平内的 xOy 坐标系的点出开始运动,其沿 x轴正方向的分速度
时间变化的图及沿 y轴正方向的位移随时间变化的图如图甲、乙所示。一条直线过坐标
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O、与 x轴正方向成 30°角,如图所示。质点经该直线时的坐标(  )
A(12 m,4 m)       B(9 m,3 m)
C(6 m,2 m) D(3 m m)
解析:A 由题图甲知,质点沿 x正方向做初速度为零的匀加速直线运动,加速
a2 m/s2沿 y线v02
m/st线则有tan 30°x0y0v0t,解x012
my04 m,选项 A正确。
4.所示,一mAmBA
B(为质点)其放在一个直角形光滑槽
αA沿vAB
vB(  )
AvA B.
C. DvAcos α
解析:C A以速度大小 vA沿时,可分解为一个沿杆方向的分运动,设其
速度大小为 vA1,一个垂直于杆的分运动,设其速度大小为 vA2,而 B沿的运动为
合运动,设其速度大小为 vB,可分解为一个沿杆方向的分运动,设其速度大小为 vB1vB1
vA1,一个垂直于杆的分运动,设其速度大小为 vB2可知:vB1vBsin αvA1vAcos α
vB=,C正确。
5.图所示,水平定一个与水平角为 θ斜杆 A
竖直B以速度 v水平向做匀速直线运动。开始相到最后
分离的过程中,两杆交P的速度方向和大小分别为(  )
A.水平向,大小为 v
B.竖直向上,大小为 vtan θ
C.沿A向上,大小为
D.沿A向上,大小为 vcos θ
解析:C 两杆的P参与了两个分运动,如图所示,水平
的速度大小为 v的匀速直线运动和沿杆 B竖直向上的匀速运动,
P实际沿杆 AP度大vP
C正确。
6(2019·)如图所示,MN
A沿AB
摘要:

第1页共75页第四章考纲要求考情分析运动的合成与分解Ⅱ  1.命题规律平抛运动的规律及其研究方法,圆周运动的角速度、线速度和向心加速度,人造卫星及天体的运动问题等是该部分的命题热点,题型既有选择题,也有计算题。2.考查热点突出物理与现代科技、生产、生活的结合,特别是现代航天技术的密切联系,与牛顿运动定律、机械能守恒定律等内容综合命题的可能性也较大。抛体运动Ⅱ匀速圆周运动、角速度、线速度、向心加速度Ⅰ匀速圆周运动的向心力Ⅱ离心现象Ⅰ万有引力定律及其应用Ⅱ环绕速度Ⅱ第二宇宙速度和第三宇宙速度Ⅰ经典时空观和相对论时空观Ⅰ第20课时 运动的合成与分解(双基落实课)点点通(一) 物体做曲线运动的条件与轨...

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