（名师导学）2020版高考物理总复习 第四章 第1节 曲线运动 运动的合成与分解课件 新人教版

第四章曲线运动万有引力与航天(必修2)考点要求说明运动的合成与分解Ⅱ抛体运动Ⅱ斜抛运动只作定性要求匀速圆周运动、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年份考题题型分值主要考点2017全国卷Ⅰ第15题选择题6分平抛运动全国卷Ⅰ第17题选择题6分平抛运动、机械能守恒综合全国卷Ⅱ第19题选择题6分开普勒定律、万有引力做功的综合全国卷Ⅲ第14题选择题6分卫星运动北京卷第17题选择题6分万有引力定律的应用天津卷第9题(1)填空题6分万有引力定律的应用江苏卷第2题选择题3分平抛运动江苏卷第5题选择题3分向心力江苏卷第6题选择题4分万有引力定律的应用2018全国卷Ⅰ第20题选择题6分双星问题全国卷Ⅱ第16题选择题6分万有引力定律的应用全国卷Ⅲ第15题选择题6分开普勒定律的应用全国卷Ⅲ第17题选择题6分平抛运动第1节曲线运动运动的合成与分解考点1物体做曲线运动的条件及轨迹1．曲线运动的特点(1)速度的方向：运动质点在某一点的瞬时速度的方向就是通过曲线的这一点的______方向．(2)质点在曲线运动中速度的方向时刻改变，所以曲线运动一定是______运动．切线变速2．物体做曲线运动的条件(1)从运动学角度说，物体的加速度方向跟速度方向不在______________上．(2)从动力学角度来说，物体所受合外力的方向跟物体的速度方向不在________________上．3．曲线运动的轨迹：做曲线运动的物体，其轨迹向合外力所指的方向弯曲．同一条直线同一条直线例1如图为质点做匀变速曲线运动的轨迹示意图，且质点运动到D点时速度方向与加速度方向恰好互相垂直，则质点从A点运动到E点的过程中，下列说法中正确的是()A．质点经过C点的速率比D点的大B．质点经过A点时的加速度方向与速度方向的夹角小于90°C．质点经过D点时的加速度比B点的大D．质点从B到E的过程中加速度方向与速度方向的夹角先增大后减小【解析】质点做匀变速曲线运动，所以合外力不变，则加速度不变；在D点，加速度应指向轨迹的弯曲方向且与速度方向垂直，则在C点加速度的方向与速度方向成钝角，故质点由C到D速度在变小，即vCvD，选项A正确．【答案】A【小结】解决该类问题关键是弄清曲线运动的合力、轨迹、速度之间的关系1．轨迹特点：轨迹在速度方向和合力方向之间，且向合力方向一侧弯曲．2．合力的效果：合力沿切线方向的分力改变速度的大小，沿径向的分力改变速度的方向，有如图所示的两种情况．设合力方向与速度方向的夹角为θ，当θ为锐角时，物体的速率增大；当θ为钝角时，物体的速率减小；当θ总是等于90°时，物体的速率不变．1．如图所示，小球用细线拉着在光滑水平面上做匀速圆周运动．当小球运动到P点时，细线突然断裂，则小球将沿着_____(填“Pc”“Pb”或“Pa”)方向运动．【解析】用绳子拉着小球在光滑的水平面上运动，如果绳子突然断了，在水平方向小球将不受力的作用，所以将保持绳子断时的速度做匀速直线运动，即Pa的方向运动．Pa2．光滑平面上一运动质点以速度v通过原点O，v与x轴正方向成45°角(如图所示)，与此同时对质点加上沿x轴正方向的恒力Fx和沿y轴正方向的恒力Fy，则()A．因为有Fx，质点一定做曲线运动B．如果Fy＝Fx，质点向y轴一侧做曲线运动C．质点不可能做直线运动D．如果Fx＞Fy，质点向x轴一侧做曲线运动D【解析】若Fx＝Fy，则合力方向与速度方向在同一条直线上，物体做直线运动；若Fx＞Fy，则合力偏向于速度方向下侧，则质点向x轴一侧做曲线运动；若Fx＜Fy，则合力偏向于速度方向上侧，质点向y轴一侧做曲线运动．故D正确，A、B、C错误．考点2运动的合成与分解1．基本概念(1)运动的合成：已知__________求合运动．(2)运动的分解：已知__________求分运动．2．分解原则：根据运动的__________分解，也可采用_____________．3．遵循的规律位移、速度、加速度都是矢量，故它们的合成与分解都遵循_______________．分运动合运动实际效果正交分解法平行四边形定则4．合运动与分运动的关系(1)等时性：合运动和分运动经历的__________，即同时开始，同时进行，同时停止．(2)独立性：一个物体同时参与几个分运动，各分运动__________，不受其他分运动的影响．(3)等效性：各分运动的规律叠加起来与合运动的规律有_________的效果．(4)同一性：各个分运动与合运动，是同一物体参与的分运动和实际发生的运动，不是几个不同物体发生的不同运动．特别提醒：合运动一定是物体参与的实际运动．时间相等独立进行完全相同5．两个直线运动的合运动性质的判断(1)两个匀速直线运动的合运动仍然是____________________．(2)一个匀速直线运动与一个匀变速直线运动的合运动仍然是匀变速运动，当二者共线时为____________运动，不共线时为____________运动．(3)两个初速度为零的匀加速直线运动的合运动仍然是初速度为零的匀加速直线运动．(4)两个匀变速直线运动的合运动仍然是匀变速运动；若合初速度与合加速度在同一直线上，则合运动为匀变速直线运动，如图(甲)所示，不共线时为匀变速曲线运动．如图(乙)所示．匀速直线运动匀变速直线匀变速曲线例2由于卫星的发射场不在赤道上，同步卫星发射后需要从转移轨道经过调整再进入地球同步轨道．当卫星在转移轨道上飞经赤道上空时，发动机点火，给卫星一附加速度，使卫星沿同步轨道运行．已知同步卫星的环绕速度约为3.1×103m/s，某次发射卫星飞经赤道上空时的速度为1.55×103m/s，此时卫星的高度与同步轨道的高度相同，转移轨道和同步轨道的夹角为30°，如图所示，发动机给卫星的附加速度的方向和大小约为()A．西偏北方向，1.9×103m/sB．东偏南方向，1.9×103m/sC．西偏北方向，2.7×103m/sD．东偏南方向，2.7×103m/s【解析】卫星在转移轨道上飞经赤道上空时速度v1＝1.55×103m/s，同步卫星的环绕速度v＝3.1×103m/s，设发动机给卫星的附加速度为v2，由平行四边形定则知，三个速度间的关系如图所示．由余弦定理可知，v2＝v21＋v2－2v1vcos30°＝1.9×103m/s，方向东偏南方向，故B正确，A、C、D错误．【答案】B3．趣味投篮比赛中，运动员站在一个旋转较快的大平台边缘上，相对平台静止，向平台圆心处的球筐内投篮球．下列四个图示中(各图均为俯视图)篮球可能被投入球筐(图中箭头指向表示投篮方向)的是()【解析】运动员具有平台边缘的线速度，手中的篮球同样具有这个速度，要使篮球入筐，必须使篮球的合速度指向球筐，依平行四边形定则，C对．C4．(多选)在杂技表演中，猴子沿竖直杆向上爬，同时人顶着直杆水平向右移动，以出发点为坐标原点建立平面直角坐标系，若猴子沿x轴和y轴方向运动的速度v随时间t变化的图象分别如图甲、乙所示，则猴子在0～t0时间内()A．做变加速运动B．做匀变速运动C．运动的轨迹可能如图丙所示D．运动的轨迹可能如图丁所示AD【解析】由图知，猴子在x轴方向做匀速直线运动，加速度为零，合力为零；在y轴方向做变加速直线运动，加速度不恒定，合力不恒定，所以物体一定做变加速运动，故A正确，B错误；曲线运动中合外力方向与速度方向不在同一直线上，而且指向轨迹弯曲的内侧，由以上分析可知，物体的合力先沿y轴正方向，后沿y轴负方向，而与初速度不在同一直线上，则物体做曲线运动，根据合力指向轨迹的内侧可知，图丁是可能的，故C错误，D正确．考点3小船渡河问题船在过河时，同时参与了两个运动，一是船随水沿岸方向的运动，二是船本身相对水的运动．1．三种速度：船在静水中的速度v1、水流速度v2和船的实际运动速度v，其中v是v1与v2的合速度．2．最短时间问题当船在静水中的速度(v2)方向(即船头的指向)跟河岸垂直时，渡河时间最短，tmin＝Lv2.3．最短位移问题(1)当v2v1(水流速度)时，最短位移为河宽L，此时船头应指向上游与河岸的夹角α＝arccosv1v2.(2)当v2v1时，最短位移为v1v2L，此时船头应指向上游与河岸夹角θ＝arccosv2v1.例3某次抗洪抢险时，抢险队员需要渡过一条宽度d＝100m的河流．已知当时的河水速度v水＝1m/s，而抢险队员的机动船速度v船＝2m/s，则下列说法中错误的是()A．机动船过河的最短时间为50sB．机动船过河的时间最短时，船头指向垂直河岸C．机动船过河的最短航程为100mD．机动船过河运行的距离最短时，船头指向与上游河岸的夹角为30°【解析】如甲图船头正对河对岸航行时，渡河时间最短，最短时间tmin＝dv船＝50s，A、B正确；因为船速大于水流速度，则渡河的最短航程为smin＝d＝100m，C正确；如乙图所示，船以最短航程渡河时，船头指向与上游河岸的夹角为θ，cosθ＝v水v船＝12，所以θ＝60°，所以D错误．故本题选D.【答案】D【小结】求解小船渡河问题的方法求解小船渡河问题有两类：一是求最短渡河时间，二是求最短渡河位移，无论哪类都必须明确以下四点：(1)解决这类问题的关键是：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，一般情况下与船头指向不共线．(2)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，根据船速v船与水流速度v水的大小情况用三角形定则求极限的方法处理．5．(多选)一条河，宽为80m．水流速度为3m/s，一艘船在静水中的速度为5m/s，则该小船渡河时()A．以最短位移渡河时，所用时间为20sB．以最短位移渡河时，所用时间为16sC．以最短时间渡河时，船的位移大小为80mD．以最短时间渡河时，它沿水流方向位移大小为48mAD【解析】当合速度与河岸垂直时，渡河航程最短，船头与岸边的夹角为cosθ＝35，可得：θ＝53°，此时的渡河的时间为：t＝dvcsin53°＝805×0.8s＝20s，故A正确，B错误；当船在静水中的速度与河岸垂直时，垂直于河岸方向上的分速度最大，则渡河时间最短，最短时间为：tmin＝dvc＝805s＝16s，沿水流方向的位移为：x＝vstmin＝3×16m＝48m，此时的渡河位移为：s＝d2＋x2＝802＋482m80m，故C错误，D正确．所以AD正确，BC错误．6．如图所示，河水由西向东流，河宽为800m，河中各点的水流速度大小为v水，各点到较近河岸的距离为x(x的单位为m)，v水与x的关系为v水＝3400x(m/s)，让小船船头垂直河岸由南向北渡河，小船划水速度大小恒为v船＝4m/s，则下列说法中正确的是()A．小船渡河的轨迹为直线B．小船在河水中的最大速度是5m/sC．小船在距南岸200m处的速度小于在距北岸200m处的速度D．小船渡河的时间是160sB【解析】小船在南北方向上为匀速直线运动，在东西方向上先加速，到达河中间后再减速，速度与加速度不共线，小船的合运动是曲线运动，A错．当船运动到河中间时，东西方向上的分速度最大，为3m/s，此时小船的合速度最大，最大值vm＝5m/s，B对．小船在距南岸200m处的速度等于在距北岸200m处的速度，C错．小船的渡河时间t＝800m4m/s＝200s，D错．考点4绳、杆连接物运动问题正确地解决绳(杆)连接物的速度问题必须抓住以下三个关键．1．确定合速度，它应是与绳(杆)端点__________的物体的实际速度．2．确定分速度的方向，一个分速度是沿绳(杆)的方向，另一个分速度是___________________的方向．3．绳子(杆)的长度不变，故连接在绳(杆)的两端点的物体沿绳(杆)方向的分速度大小_____________．相连接垂直于绳(杆)相等例4质量为m的物体P置于倾角