【强烈推荐】高考物理复习资料大全第四章--曲线运动---万有引力与航天

阳光家教网高中（高考）物理复习资料第四章曲线运动万有引力与航天考纲要览主题内容要求说明抛体运动与圆周运动运动的合成和分解Ⅱ斜抛运动只做定性要求抛体运动Ⅱ圆周运动线速度角速度向心加速度Ⅰ匀速圆周运动向心力Ⅱ生活中的圆周运动Ⅰ万有引力定律万有引力定律及其应用Ⅱ环绕速度Ⅱ第二宇宙速度第三宇宙速度Ⅰ考向预测纵观历年考题，与本章内容相关的考题知识覆盖面宽，常与电场、磁场、机械能等知识综合成难度较大的试题，学习过程中应加强综合能力的培养．近几年对人造卫星问题考查频率较高，它是对万有引力的考查．卫星问题与现代科技结合密切，对理论联系实际的能力要求较高，要引起足够重视．在高考题中本章内容以选择、填空、计算等题型出现都有可能．第1课时曲线运动质点在平面内的运动基础知识回顾1．曲线运动（1）曲线运动中的速度方向做曲线运动的物体，速度的方向时刻在改变，在某点（或某一时刻）的速度方向是曲线上该点的切线方向．（2）曲线运动的性质由于曲线运动的速度方向不断变化，所以曲线运动一定是变速运动，一定存在加速度．（3）物体做曲线运动的条件物体所受合外力（或加速度）的方向与它的速度方向不在同一直线上．①如果这个合外力是大小和方向都恒定的，即所受的力为恒力，物体就做匀变速曲线运动，如平抛运动．②如果这个合外力大小恒定，方向始终与速度垂直，物体就做匀速圆周运动．③做曲线运动的物体，其轨迹向合外力所指一方弯曲．根据曲线运动的轨迹，可以判断出物体所受合外力的大致方向．说明：当物体受到的合外力的方向与速度方向的夹角为锐角时，物体做曲线运动速率将增大，当物体受到的合外力的方向与速度方向的夹角为钝角时，物体做曲线运动的速率将减小．2．运动的合成与分解（1）合运动与分运动的特征①等时性：合运动和分运动是同时发生的，所用时间相等．②等效性：合运动跟几个分运动共同叠加的效果相同．③独立性：一个物体同时参与几个运动，各个分运动独立进行，互不影响．（2）已知的分运动来求合运动，叫做运动的合成，包括位移、速度和加速度的合成．遵循平行四边形定则．①两分运动在同一直线上时，先规定正方向，凡与正方向相同的取正值，相反的取负值，合运动为各分运动的代数和．②不在同一直线上，按照平行四边形定则合成（如图4-1-1示）．阳光家教网高中（高考）物理复习资料图4-1-1③两个分运动垂直时，正交分解后的合成为22xysss合22xyvvv合22xyaaa合（3）已知合运动求分运动，叫运动的分解，解题时应按实际“效果”分解，或正交分解．重点难点例析一、怎样确定物体的运动轨迹？1．同一直线上的两分运动（不含速率相等，方向相反情形）的合成，其合运动一定是直线运动．2．不在同一直线上的两分运动的合成．（1）若两分运动为匀速运动，其合运动一定是匀速运动．（2）若两分运动为初速度为0的匀变速直线运动，其合运动一定是匀变速直线运动．（3）若两分运动中，一个做匀速运动，另一个做匀变速直线运动，其合运动一定是匀变速曲线运动（如平抛运动）．（4）若两分运动均为初速度不为0的匀加（减）速直线运动，其合运动不一定是匀加（减）速直线运动，如图4-1-2、图4-1-3所示）．图4-1-2情形为匀变速曲线运动；图4-1-3情形为匀变速直线运动（匀减速情形图未画出），此时有2121aavv．【例1】关于不在同一直线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．一定是直线运动B．一定是曲线运动C．可能是直线运动，也可能是曲线运动D．一定是匀变速运动【解析】两个分运动的加速度恒定，因此合加速度是恒定的，所以合运动的性质一定是匀变速运动；当合速度与合加速度在一条直线上时，合运动是直线运动，当合速度与合加速度不在一条直线上时，合运动是曲线运动．所以CD正确．【答案】CD【点拨】两直线运动的合运动的性质和轨迹，由两个因素决定：一是分运动的性质，二是合运动的初速度与合运动的加速度方向拓展如图4-1-4图示，物体在恒力F作用下沿曲线从A运动到B，这时突然使它所受的力方向改变而大小不变（即由F变为-F），在此力作用下物体以后运动情况，下列说法正确的是（）A．物体不可能沿曲线Ba运动B．物体不可能沿直线Bb运动C．物体不可能沿曲线Bc运动D．物体不可能沿原曲线由B返回A【解析】物体在A点时的速度vA沿A点切线方向，物体在恒力F作用下沿曲线AB运动，此力F必有垂直于vA的分量，即力F只可能沿为图中所示的各种方向之一；当物体运动到达B点时，瞬时速度vB沿B点的切线方向，这是时受力F/=-F，即F/只可能为图中所示的方向之一；可知物体以后只可能沿曲线Bc运动．【答案】ABD二、船过河问题的分析与求解方法1．处理方法：船在有一定流速的河中过河时，实际上参与了两个方向的运动，即随水流的运动（水冲船的运动）和船相对水的运动（即在静水中的船的运动），船的实际运动是合运动．2．对船过河的分析与讨论．设河宽为d，船在静水中速度为v船，水流速为v水．（1）船过河的最短时间如图4-1-6所示，设船头斜向上游与河岸成任意夹角θ，这时船速在垂直河岸方向的速度分量为v1=v船sinθ，则过河时间为v1va1aov2a2v1va1aoa2v2图4-1-2图4-1-3v2Ov水v船v1θ图4-1-6vABcba图4-1-4FvABcbaF/图4-1-5阳光家教网高中（高考）物理复习资料图4-1-7x3100mA危险区图4-1-8BC图4-1-91sinddtvv船，可以看出，d、v船一定时，t随sinθ增大而减小；当θ=90°时，即船头与河岸垂直时，过河时间最短mindtv船．到达对岸时船沿水流方向位移x=v水tmin=vdv水船．（2）船过河的最短位移①v船v水如图4-1-6所示，设船头斜指向上游，与河岸夹角θ．当船的合速度垂直于河岸时，此情形下过河位移最短，且最短位移为河宽d．此时有v船cosθ=v水，即arccosvv水船．②v船v水如图4-1-7所示，无论船向哪一个方向开，船不可能垂直于河岸过河．设船头与河岸成θ角，合速度v合与河岸成α角．可以看出：α角越大，船漂下的距离x越短，那么，在什么条件下α角最大呢？以v水的矢尖为圆心，v船为半径画圆，当v合与圆相切时，α角最大，根据cosvv船水，船头与河岸的夹角应为arccosvv船水，船沿河漂下的最短距离为：min(cos)sindxvvv水船船．此情形下船过河的最短位移：cosvdsdv水船．【例2】如图4-1-8所示，一条小船位于200m宽的河的正中点A处，从这里向下游1003m处有一危险区，当时水流速度为4.0m/s，为了使小船避开危险区沿直线到达对岸，小船在静水中的速度至少是（）A．334m/sB．338m/sC．2.0m/sD．4.0m/s【解析】如图4-1-9所示，要使小船避开危险区沿直线到达对岸，小船的合速度方向范围为水平方向AB（不包括AB）到AC之间．由图中几何关系可知，当合速度方向沿AC，小船垂直AC开行，其在静水中的速度最小．由图可知，100tan1003，即θ=30°，故v船=v水sinθ=2.0m/s．【答案】C【点拨】本题关键是确定小船避开危险区沿直线到达对岸时小船的合速度方向而做出速度矢量三角形，从图知当小船垂直AC开行，其在静水中的速度最小．本题易出现错解的情形是：认为当小船垂直河岸开行，在静水中的速度最小，此时v船=v水tanθ=433m/s．拓展在抗洪抢险中，战士驾驶摩托艇救人，假设江岸是平直的，洪水沿江向下游流去，水流速度为v1，摩托艇在静水中的航速为v2，战士救人的地点A离岸边最近处O的距离为d，如战士想在最短时间内将人送上岸，则摩托艇登陆的地点离O点的距离为（）A．21222vvdvB．0C．21vdvD．12vdv【解析】摩托艇要想在最短时间内到达对岸，其划行方向要垂直于江岸，摩托艇实际的运动是相对于水的划行运动和随水流的运动的合运动，垂直于江岸方向的运动速度为v2，到达江岸所用时间t=2vd；沿江岸方向的运动速度是水速v1在相同的时间内，被水冲下的距离，即为登陆点距离0点距离s=v1t=21vdv．【答案】C阳光家教网高中（高考）物理复习资料OA图4-1-13三、如何分解用绳（或杆）连接物体的速度？1．一个速度矢量按矢量运算法则分解为两个速度，但若与实际情况不符，则所得分速度毫无物理意义，所以速度分解的一个基本原则就是按实际效果进行分解．通常先虚拟合运动（即实际运动）的一个位移，看看这个位移产生了什么效果，从中找到两个分速度的方向；最后利用平行四边形画出合速度和分速度的关系图，由几何关系得出他们的关系．2．由于高中研究的绳都是不可伸长的，杆都是不可伸长和压缩的，即绳或杆的长度不会改变，所以解题原则是：把物体的实际速度分解为垂直于绳（或杆）和平行于绳（或杆）两个分量，根据沿绳（杆）方向的分速度大小相同求解．易错门诊【例3】如图4-1-10所示，卡车通过定滑轮牵引河中的小船，小船一直沿水面运动．在某一时刻卡车的速度为υ，绳AO段与水平面夹角为，不计摩擦和轮的质量，则此时小船的水平速度多大？图4-1-10【错解】将绳的速度按图4-1-11所示的方法分解，则υ1即为船的水平速度υ1=υ·cosθ．【错因】上述错误的原因是没有弄清船的运动情况．船的实际运动是水平向右的匀速运动，每一时刻船上各点都有相同的水平速度而AO绳上各点运动比较复杂．以连接船上的A点来说，它有沿绳的速度υ，也有与υ垂直的法向速度υn，即转动分速度，A点的合速度υA即为两个分速度的矢量和υA=cosv．【正解】小船的运动为平动，而绳AO上各点的运动是平动＋转动．以连接船上的A点为研究对象，如图4-1-12，A的平动速度为υ，转动速度为υn，合速度υA即与船的平动速度相同．则由图可以看出υA＝υcosθ.【点悟】本题中也许学生不易理解绳上各点的运动，关键是要弄清合运动就是船的实际运动，只有实际位移、实际加速度、实际速度才可分解，即实际位移、实际加速度、实际速度在平行四边形的对角线上.课堂自主训练1．小船在静水中速度为v1，今小船要渡过一条河流，过河的小船始终垂直对岸划行，若小船划行到河中间时，河水流速忽然由v2增大到'v2，则过河时间与预定时间相比，将（）A．增长B．不变C．缩短D．无法确定【解析】合运动、分运动都是独立的，且具有等时性．小船渡河速度不变，则渡河时间就不变，与河水速度的变化无关，但河水流速的变化会影响船沿河岸方向的位移．选项B正确．【答案】B2．如图4-1-13所示的塔吊臂上有一可以沿水平方向运动的小车A，小车下装有吊着物体B的吊钩．在小车A与物体B以相同的水平速度沿吊臂方向匀速运动的同时，吊钩将物体B向上吊起，A、B之间的距离以d=H-2t2（SI）（SI表示国际单位制，式中H为吊臂离地面的高度）规律变化，则物体做（）A．速度大小不变的曲线运动B．速度大小增加的曲线运动C．加速度大小方向均不变的曲线运动D．加速度大小方向均变化的曲线运动【解析】由题意，物体B在水平方向做匀速直线运动；由d=H-2t2知，它在竖直方向的位移为y=H-d=2t2，因此它在该方向上做初速度为0的，加速度为4m/s2匀加速直线运动．所以它的合运动为匀加速曲线运动．【答案】BC课后创新演练1．关于曲线运动性质的说法正确的是（B）A．变速运动一定是曲线运动B．曲线运动一定是变速运动C．曲线运动一定是变加速运动D．曲线运动一定是加速度不变的匀变速运动图4-1-11图4-1-12阳光家教网高中（高考）物理复习资料v/(m.s-2)d/mO1503004甲v/(m.s-2)t/sO3乙ABF2．两个互成角度的匀加速直线运动，初速度的大小分别为v1和v2，加速度分别为a1和a2，则它们的合运动的轨迹（D）A．如果v1=v2，那么轨迹一定是直线B．如果v1≠0，v2≠0，那么轨迹一定是曲线C．如果a1=a2，那么轨迹一定是直线D．