2015年高考物理二轮专题辅导与训练课件23抛体运动与圆周运动

专题二曲线运动第3讲抛体运动与圆周运动【主干回顾】【核心精华】知识规律(1)解决运动合成问题的四关键。①明性质：明确合运动或分运动的运动性质；②定方向：确定运动是在哪两个方向上的合成或分解；③找已知：找出各方向上已知的物理量(速度、位移、加速度)；④求结果：运用平行四边形定则进行求解。(2)竖直平面内圆周运动的两模型和两点一过程。①两模型：绳模型和杆模型；②两点一过程：“两点”指最高点和最低点，可列牛顿第二定律方程；“一过程”指从最高点到最低点，用动能定理求解。思想方法(1)物理思想：分解思想、临界值的思想。(2)物理方法：假设法、合成法、正交分解法。热点考向一运动的合成与分解【典题1·师生探究】(多选)如图甲所示，在杂技表演中，猴子沿竖直杆向上运动，其v-t图像如图乙所示，人顶杆沿水平地面运动的x-t图像如图丙所示。若以地面为参考系，下列说法中正确的是()A.猴子的运动轨迹为直线B.猴子在2s内做匀变速曲线运动C.t=0时猴子的速度大小为8m/sD.t=2s时猴子的加速度大小为4m/s2【破题关键】由题干可知猴子同时参与两个方向上的运动：(1)竖直方向上，猴子做_______________，其加速度大小为_____。(2)水平方向上，猴子做_____________，速度大小为_____。匀减速直线运动4m/s2匀速直线运动4m/s【解析】选B、D。由题图乙、丙看出，猴子在竖直方向做初速度vy=8m/s、加速度a=-4m/s2的匀减速直线运动，人在水平方向做速度vx=-4m/s的匀速直线运动，故猴子的初速度大小为v=m/s=4m/s，方向与合外力方向不在同一条直线上，故猴子做匀变速曲线运动，故选项B正确，A、C均错误；由题图乙、丙可得，t=2s时，ay=-4m/s2，ax=0，则合加速度大小a合=4m/s2，故选项D正确。22845【拓展延伸】试证明猴子的运动轨迹为抛物线。【证明】猴子在竖直方向上的位移为y=vyt+at2=8t-2t2猴子在水平方向上的位移为x=vxt=-4t两式消去t得：y=-2x-所以猴子的运动轨迹为抛物线。122x8【典题2·自主探究】(2014·南京模拟)光滑水平面上有一直角坐标系，质量m=1kg的质点静止在坐标原点O处，先用沿x轴正方向的力Fx=2N作用了2s；然后撤去Fx，并立即用沿y轴正方向的力Fy=6N作用1s，则质点在这3s内的轨迹为图中的()【审题流程】第一步：审题干——提取信息1.先用沿x轴正方向的力Fx作用质点沿x轴正方向做匀加速直线运动。2.撤去Fx，再用沿y轴正方向的力作用质点沿x方向匀速运动，y方向匀加速运动质点做类平抛运动。第二步：审问题——明确目标1.A、C两图线都是直线运动A、C不对。2.B、D图中第3sx方向的位移不相等D对，B错。【解析】选D。质点在前2s内沿x轴正方向的加速度ax==2m/s2，此段时间内的位移为x1=axt12=4m，2s末质点的位置坐标为(4，0)，此时速度大小vx=axt1=4m/s；第3s质点沿y轴正方向的加速度为ay==6m/s2，因力Fy的方向与2s末的速度方向垂直；故质点从第2s末开始做类平抛运动，第3s内沿x轴正方向发生的位移为x2=vxt2=4m，沿y轴正方向发生的位移y=ayt22=3m，故D正确。xFm12yFm12【解题悟道】解决运动合成和分解的一般思路(1)明确合运动或分运动的运动性质。(2)确定合运动是在哪两个方向上的合成或分解。(3)找出各个方向上已知的物理量(速度、位移、加速度)。(4)运用力与速度的关系或矢量的运算法则进行分析求解。【对点训练】1.(多选)下列图中实线为河岸，河水的流动方向如图中v的箭头所示，虚线为小船从河岸M驶向对岸N的实际航线。则其中可能正确的是()【解析】选A、B。小船渡河的运动可看作水流的运动和小船运动的合运动。虚线为小船从河岸M驶向对岸N的实际航线，即合速度的方向，小船合运动的速度的方向就是其真实运动的方向，根据题意画出选项中小船同时参与的两个分运动的矢量图如图所示，由图可知，实际航线可能正确的是A、B。【加固训练】(2014·厦门模拟)某河宽为600m，河中某点的水流速度v与该点到较近河岸的距离d的关系图像如图所示，现船以静水中的速度4m/s渡河，且船渡河的时间最短，下列说法正确的是()A.船在河水中航行的轨迹是一条直线B.船在行驶过程中，船头始终与河岸垂直C.渡河最短时间为240sD.船离开河岸400m时的速度大小为5m/s【解析】选B。由于距岸不同位置处水流速度不同，所以其与船在静水中速度的合速度也不同，船的实际运动轨迹为曲线，A错；由运动的独立性可知，只有当船头与河岸垂直时，渡河时间最短，最短时间为t==150s，B对，C错；由题图可知，船离开河岸400m时，离彼岸200m，水流速度为2m/s，由运动的合成得v′=m/s，D错。d600sv4船22vv25船水2.如图所示，质量m=2kg的物体在水平外力的作用下在水平面上运动，物体和水平面间的动摩擦因数μ=0.05，已知物体运动过程中的坐标与时间的关系式为，g取10m/s2。根据以上条件求：(1)t=10s时刻物体的位置坐标；(2)t=10s时刻物体速度的大小和方向；(3)t=10s时刻水平外力的大小。(结果可用根号表示)2x3tmy0.2tm【解析】(1)t=10s时刻，显然x=3t=30my=0.2t2=20m，物体的位置坐标为(30m，20m)。(2)由运动过程中的坐标与时间的关系可知物体沿x轴正向做匀速直线运动，vx=3m/s沿y轴正向做匀加速直线运动，a=0.4m/s2，t=10s时，vy=at=4m/s，故此刻物体速度大小为v==5m/s方向与x轴正向夹角为α，则tanα=得α=53°。22xyvvyxv4v3(3)x轴方向Fx=μmgcosαy轴方向Fy-μmgsinα=ma解得Fx=0.6NFy=1.6N则t=10s时水平外力的大小为答案：(1)(30m，20m)(2)5m/s与x轴正向夹角为53°(3)N2222xyFFF0.61.6N2.92N2.92热点考向二平抛(类平抛)运动的规律【典题3·师生探究】(2014·浙江高考)如图所示，装甲车在水平地面上以速度v0=20m/s沿直线前进，车上机枪的枪管水平，距地面高为h=1.8m。在车正前方竖直立一块高为两米的长方形靶，其底边与地面接触。枪口与靶距离为L时，机枪手正对靶射出第一发子弹，子弹相对于枪口的初速度为v=800m/s。在子弹射出的同时，装甲车开始匀减速运动，行进s=90m后停下。装甲车停下后，机枪手以相同方式射出第二发子弹。(不计空气阻力，子弹看成质点，重力加速度g取10m/s2)(1)求装甲车匀减速运动时的加速度大小；(2)当L=410m时，求第一发子弹的弹孔离地的高度，并计算靶上两个弹孔之间的距离；(3)若靶上只有一个弹孔，求L的范围。【破题关键】(1)由题干中“子弹相对于枪口的初速度”说明子弹相对于地面的初速度应等于_______________________________________。(2)子弹飞离枪口后做_________。(3)问题中“靶上只有一个弹孔”说明第一发子弹___________。子弹相对于枪口的初速度加上装甲车的速度平抛运动没打到靶上【解析】(1)设装甲车匀减速运动时的加速度大小为a，取装甲车运动方向为正方向，装甲车减速时满足0-v02=-2as代入数据可得a=2.2m/s2(2)第一发子弹运行初速度v1=v0+v=820m/s第一发子弹的运动时间t1=第一发子弹下落高度h1=第一发子弹弹孔离地高度为H=h-h11Lv211gt2代入数据可得H=0.55m同理第二发子弹的运动时间t2=第二发子弹下落高度h2=两个弹孔之间的距离Δh=h1-h2代入数据可得Δh=0.45mLv221gt2(3)若靶上只有一个弹孔，则临界条件为第一发子弹没打到靶上，第二发子弹恰好打到靶上，子弹做平抛运动h=gt2第一发子弹刚好打到靶的距离为L1=v1t代入数据得L1=492m第二发子弹刚好打到靶的距离为L2-s=vt代入数据得L2=570m所以492mL≤570m12答案：(1)2.2m/s2(2)0.55m0.45m(3)492mL≤570m【拓展延伸】在【典题3】中，假设两颗子弹均能打在靶子上，且两颗子弹打在同一弹孔中，则h至少多高？L至少多远？试讨论结果是否合理。【解析】两子弹打入同一弹孔。则第一颗子弹L=v1t第二颗子弹L-s=vt代入数据解得t=4.5sL=3690m再由h=gt2得h=101.25m由于h太高，装甲车太大，不符合实际情况。答案：见解析12【典题4·自主探究】(多选)如图，蜘蛛在地面与竖直墙壁间结网，蛛丝AB与水平地面之间的夹角为45°，A到地面的距离为1m，已知重力加速度g取10m/s2，空气阻力不计，若蜘蛛从竖直墙上距地面0.8m的C点以水平速度v0跳出，要到达蛛丝，水平速度v0可以为()A.1m/sB.2m/sC.3.5m/sD.1.5m/s【审题流程】第一步：审题干→提取信息(1)蜘蛛以水平速度跳出蜘蛛做平抛运动。(2)蜘蛛要到达蛛丝运动轨迹与蛛丝相切对应v0的最小值。第二步：审问题→明确目标求水平速度v0研究蜘蛛的平抛运动轨迹与蛛丝相切分解速度及两方向的位移关系求得v0。【解析】选B、C。蜘蛛做平抛运动，设水平位移为x，竖直位移为y，则x=y+0.2m，x=v0t，y=gt2，若蜘蛛到达网时速度恰好与网相切，应有tan45°=，解得水平速度v0为2m/s，只要速度大于或等于2m/s就可以到达蛛丝AB，故B、C正确，A、D错误。120gtv【解题悟道】处理平抛(类平抛)运动的四条注意事项(1)处理平抛运动(或类平抛运动)时，一般将运动沿初速度方向和垂直于初速度方向进行分解，先按分运动规律列式，再用运动的合成求合运动。(2)对于在斜面上平抛又落到斜面上的问题，其竖直位移与水平位移之比等于斜面倾角的正切值。(3)若平抛的物体垂直打在斜面上，则物体打在斜面上瞬间，其水平速度与竖直速度之比等于斜面倾角的正切值。(4)做平抛运动的物体，其位移方向与速度方向一定不同。【对点训练】1.(多选)(2014·江苏高考)为了验证平抛运动的小球在竖直方向上做自由落体运动，用如图所示的装置进行实验。小锤打击弹性金属片，A球水平抛出，同时B球被松开，自由下落。关于该实验，下列说法中正确的有()A.两球的质量应相等B.两球应同时落地C.应改变装置的高度，多次实验D.实验也能说明A球在水平方向上做匀速直线运动【解析】选B、C。平抛运动在竖直方向上可以分解为自由落体运动，因为等高同时运动，所以两球同时落地，B项正确；为了探究平抛运动的小球在竖直方向上做自由落体运动，需要改变装置的高度，多次实验，C项正确。2.(2014·嘉兴模拟)以速度v0水平抛出一小球，如果从抛出到某时刻小球的竖直分位移与水平分位移大小相等，以下判断正确的是()A.此时小球的竖直分速度大小等于水平分速度大小B.此时小球的速度大小为v0C.小球的运动时间为D.此时小球速度的方向与位移的方向相同50vg【解析】选B。小球的竖直分位移与水平分位移大小相等时，小球的竖直分速度大小等于水平分速度大小的2倍，小球的速度大小为v0，选项A错误，B正确；小球的运动时间为，选项C错误；此时小球速度的方向与位移的方向不相同，选项D错误。502vg【加固训练】(2014·烟台一模)如图所示，斜面上A、B、C三点等距，小球从A点正上方O点以初速度v0水平抛出，忽略空气阻力，恰好落在C点。若小球落点位于B，则其初速度应满足()A.v=v0B.vv0C.v0vv0D.vv0121212【解析】选B。过C点作一条水平线，设从O点平抛的小球均落在该水平线上，则其运动时间相等，当小球的平抛初速度为时，则落点应为B′，如果要使小球落在B点，由图可知小球的平抛初速度应小于，故B正确。0v20v2热点考向三圆周运动问题【典题5·师生探究】(