【高中物理】曲线运动教案讲义.doc

曲线运动一、基础知识1.曲线运动（1）定义：轨迹是一条曲线的运动叫做曲线运动。曲线运动一般可以看作几个直线运动的合成。（2）条件：质点所受合外力的方向跟它的速度方向 不在同一直线上 。也可以理解为加速度方向与速度方向 不在同一直线上 。（3）特点：轨迹是一条曲线；某点瞬时速度方向就是通过这一点的 切线 的方向；运动方向时刻在改变，所以是变速运动，必具有加速度；合外力始终指向运动轨迹的内侧。2.运动的合成与分解（1）合运动与分运动的关系：各分运动经历的时间与合运动经历的时间 相同 ；一个物体同时参与几个分运动，各分运动 同时 进行，不受其他分运动的影响；各分运动叠加起来与合运动有 相同 的效果。（2）运算法则：运动的合成与分解是指描述运动的各物理量如位移、速度、加速度的合成与分解。由于它们都是矢量，所以合成与分解都遵循 平行四边形法则 。（3）已知分运动求合运动，叫做运动的合成；已知合运动求分运动，叫做运动的分解。分运动与合运动是一种 等效代替 的关系。3.平抛运动（1）定义：水平抛出的物体只在 重力 作用下的运动。（2）性质：加速度为 重力加速度g 的匀变速曲线运动，轨迹是抛物线。（3）研究方法：平抛运动可以分解为水平方向上的 匀速直线 运动和竖直方向上的 自由落体 运动。（4）运动时间和射程：时间t=仅取决于竖直下落的高度；射程x=v0取决于初速度和高度。（5）规律；水平分速度 vx=v0 ；竖直分速度 vy=gt ；合速度大小 v= ；速度与水平方向夹角，则tan= ；水平分位移 x=v0t ；竖直分位移 y=gt2 ；合位移 x合= 。4.斜抛运动（1）定义：将物体以速度v0斜向上或斜向下方抛出，物体只在 重力 作用下的运动。（2）性质：加速度为 重力加速度g 的匀变速曲线运动，轨迹是抛物线。（3）规律：速度与水平方向夹角，水平分初速度 v0x=v0cos；竖直分初速度 v0y= v0sin。5.圆周运动（1）描述圆周运动的几个物理量：线速度v、角速度、周期T、频率f、转速n、向心加速度a、向心力F。（2）公式及相互关系：v=2rf ，= ，T= ，a=2r=v=42f2r ，F=ma=m2r=mv，= 。（3）竖直平面内的圆周运动：轻绳模型轻杆模型常见类型轻绳、圆轨道轻杆、光滑管道过最高点的临界条件有mg=m 得，v临=由小球恰能运动即可得v临=0讨论分析（1） 过最高点时，v ，FN+mg= m ，绳、轨道对球产生弹力FN（2）不能过最高点，v ，在达到最高点前小球已经脱离了圆轨道（1）当v=0 时，FN=mg，FN为支持力，沿杆半径背离圆心（2）当0v 时，mg-FN= m，FN背离圆心，随v的增大而减小（3）当v= 时，FN=0（4）当v 时，FN+mg= m ，FN指向圆心并随v的增大而增大二、常规题型例1.下列关于曲线运动的说法中正确的是（ B ）A. 速度大小不变的曲线运动是匀速运动B. 曲线运动一定是变速运动C. 变速运动一定是曲线运动D. 曲线运动不可能是匀变速运动练习1.如图所示的曲线是某个质点在恒力作用下的一段运动轨迹质点从M点出发经P点到达N点，已知弧长MP大于弧长PN，质点由M点运动到P点与从P点运动到N点的时间相等下列说法中正确的是（ B ）A. 质点从M到N过程中速度大小保持不变B. 质点在这两段时间内的速度变化量大小相等，方向相同C. 质点在这两段时间内的速度变化量大小不相等，但方向相同D. 质点在MN间的运动不是匀变速运动练习2. 关于物体所受合外力的方向，下列说法正确的是（ AD ）A. 物体做速率逐渐增加的直线运动时，其所受合外力的方向一定与速度方向相同B. 物体做变速率曲线运动时，其所受合外力的方向一定改变C. 物体做变速率圆周运动时，其所受合外力的方向一定指向圆心D. 物体做匀速率曲线运动时，其所受合外力的方向总是与速度方向垂直练习3. 某物体在三个力作用下做匀速直线运动，若其中某个力突然消失，而其余两个力不变，则该物体的运动可能变为（ B ）A. 匀速直线运动B. 匀变速曲线运动C. 匀速圆周运动D. 机械振动小结：物体受力不变加速度不变匀变速运动例2.船在静水中的航速为v1，水流的速度为v2为使船行驶到河正对岸的码头，则v1、v2的方向应为（ C ） A. B. C. D.练习1.水平面上有一个直尺，某时刻起从静止开始向右做匀加速直线运动，同时用笔尖靠在直尺上端匀速向下滑动，则笔尖画出的图形是（ D ）A. B. C. D.练习2.甲、乙两球位于同一竖直直线上的不同位置，甲比乙高出h，如图所示，将甲、乙两球分别以v1、v2的速度沿同一水平方向抛出，不计空气阻力，下列条件中有可能使乙球击中甲球的是（ D ）A. 同时抛出，且v1v2 B. 甲迟抛出，且v1v2C. 甲早抛出，且v1v2 D. 甲早抛出，且v1v2 练习3.如图所示AB杆和墙的夹角为时，杆的A端沿墙下滑的速度大小为v1，B端沿地面的速度大小为v2，则下列关系正确的是（ C ）A. v=v2B. v1=v2cosC. v=v2tanD. v1=v2sin将A点的速度分解为沿杆子方向和垂直于杆子方向，在沿杆子方向上的分速度为v1=v1cos，将B点的速度分解为沿杆子方向和垂直于杆子方向，在沿杆子方向上的分速度v2=v2sin由于v1=v2，所以v1=v2tan例3.物体做平抛运动，下列说法正确的是（ C ）A. 加速度的方向时刻改变 B. 速度的变化率不断增大C. 任意一段时间内速度变化量的方向均竖直向下D. 第1秒内、第2秒内、第3秒内的位移之比为1：3：5练习1.如图，x轴在水平地面内，y轴沿竖直方向图中画出了从y轴上沿x轴正向抛出的三个小球a、b和c的运动轨迹，其中b和c是从同一点抛出的，不计空气阻力，则（ BD ）A. a的飞行时间比b的长B. b和c的飞行时间相同C. a的水平速度比b的小D. b的初速度比c的大练习2.如图所示，斜面上A、B、C三点等距，小球从A点正上方D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（ B ）A. v=v0 B. vv0 C. v0vv0 D. vv0过C作水平辅助线，练习3同练习3.斜面上有P、R、S、T四个点，如图所示，PR=RS=ST，从P点正上方的点以速度v水平抛出一个物体，物体落于R点，若从Q点以速度2v水平抛出一个物体，不计空气阻力，则物体落在斜面上的（ B ）A. S点 B. R与S间的某一点 C. S与T间某一点 D. T点例4.如图所示，某同学斜向上抛出一小石块，忽略空气阻力下列关于小石块在空中运动的过程中，加速度a随时间t变化的图象中，正确的是（ B ）A. B. C. D.练习1.关于斜抛运动，下列说法中正确的是（ AD ）A. 斜抛运动是曲线运动 B. 斜抛运动是直线运动C. 斜抛运动的初速度是水平的 D. 斜抛运动的加速度是恒定的练习2.如图甲喷出的水做斜抛运动，图乙为斜抛物体的轨迹，对轨迹上的两点A、B下列说法正确的是（不计空气阻力）（ BC ）A. A点的速度方向沿切线向下，合力方向竖直向下B. A点的速度方向沿切线向上，合力方向竖直向下C. B点的速度方向沿切线向下，合力方向竖直向下D. B点的速度方向沿切线向下，合力方向竖直向上例5.某物体做匀速圆周运动，以下说法正确的是（ D ）A. 该物体必须受到恒力的作用B. 该物体所受合力必须等于零C. 匀速圆周运动是一种匀变速运动D. 匀速圆周运动是一种速度和加速度都不断变化的运动练习1.关于匀速圆周运动，下列说法正确的是（ B ）A. 匀速圆周运动是匀速运动B. 匀速圆周运动是变速运动C. 匀速圆周运动是角速度变化的运动D. 匀速圆周运动是周期变大的运动练习2.如图所示，竖直固定的锥形漏斗内壁是光滑的，内壁上有两个质量相等的小球A和B，在各自不同的水平面内做匀速圆周运动以下关于A、B两球作圆周运动时的速度（VA、VB）、角速度（A、B）、加速度（aA、aB）和对锥壁的压力（NA、NB）的说法正确的是（ A ）A. VAVB B. AB C. aAaB D. NANB两个小球的质量相同,所以两个小球的受力相同，它们的向心力的大小和受到的支持力的大小都相同，所以有 NA=NB，aA=aB，故C、D错误，由于它们的受力相同，向心力的大小也相同，由向心力的公式 Fn=m 可知，半径大的，线速度大，所以VAVB，故A正确，由向心力的公式 Fnm2r 可知，半径大的，角速度小，所以AB，故B错误练习3.绳子的一端拴一个重物，用手握住另一端，使重物在光滑的水平面内做匀速圆周运动，下列判断正确的是（ B ）A. 半径相同时，角速度越小绳越易断Fn=m2rB. 周期相同时，半径越大绳越易断Fn=m rC. 线速度相等时，周期越大绳越易断Fn=mv=mvD. 角速度相等时，线速度越小绳越易断Fn=mv三、重点难点例1.（2010江苏）如图所示，一块橡皮用细线悬挂于O点，用铅笔靠着线的左侧水平向右匀速移动，运动中始终保持悬线竖直，则橡皮运动的速度（ A ）A. 大小和方向均不变B. 大小不变，方向改变C. 大小改变，方向不变D. 大小和方向均改变 橡皮参加了两个分运动，水平向右匀速移动，竖直向上匀速运动，根据平行四边形法则，两个速度的合速度也是匀速直线运动练习1.（2011上海）如图，人沿平直的河岸以速度v行走，且通过不可伸长的绳拖船，船沿绳的方向行进，此过程中绳始终与水面平行当绳与河岸的夹角为，船的速率为（ C ）A. vsinB. C. vcosD. 练习2.（2013,上海）图为在平静海面上，两艘拖船A、B拖着驳船C运动的示意图A、B的速度分别沿着缆绳CA、CB方向，A、B、C不在一条直线上由于缆绳不可伸长，因此C的速度在CA、CB方向的投影分别与A、B的速度相等，由此可知C的（ BC ）A. 速度大小可以介于A、B的速度大小之间B. 速度大小一定不小于A、B的速度大小C. 速度方向可能在CA和CB的夹角范围外D. 速度方向一定在CA和CB的夹角范围内船C沿着绳子靠向A船的同时还要绕A船转动；船C沿着绳子靠向B船的同时还要绕B船转动，先将船C的速度先沿着平行AC绳子和垂直AC绳子方向正交分解；再将船C的速度先沿着平行BC绳子和垂直BC绳子方向正交分解；由于绳子不可伸长，故每条船沿着绳子方向的分速度是相等的；由于船C的速度方向未知，可能在AC与BC绳子之间，也可能不在在AC与BC绳子之间，故两船速度大小无法比较，但两拖船速度一定小于C船速度；故A错误，B正确；C、D、由于船C的合速度方向未知，可以在AC与BC绳子之间，也可能不在在AC与BC绳子之间，故C正确，D错误；练习3.（2011江苏）如图所示，甲、乙两同学从河中O点出发，分别沿直线游到A点和B点后，立即沿原路线返回到O点，OA、OB分别与水流方向平行和垂直，且OA=OB若水流速度不变，两人在靜水中游速相等，则他们所用时间t甲、t乙的大小关系为（ C ）A. t甲t乙B. t甲=t乙C. t甲t乙D. 无法确定设游速为v，水速为v0，OA=OB=x，则甲整个过程所用时间：t 甲= +=2x ，乙为了沿OB运动，速度合成如图：则乙整个过程所用时间：t乙=x=2x ，v，t甲t乙例2.（2012上海）如图，斜面上a、b、c三点等距，小球从a点正上方O点抛出，做初速为v0的平抛运动，恰落在b点。若小球初速变为v，其落点位于c，则 （ A ）（A）v0 v 2v0 （B）v=2v0（C）2v0 v 3v0过B点作水平辅助线练习1.（2013安徽卷）18.由消防水龙带的喷嘴喷出水的流量是0.28m3/min，水离开喷口时的速度大小为，方向与水平面夹角为60度，在最高处正好到达着火位置，忽略空气阻力，则空中水柱的高度和水量分别是（重力加速度g取10m/s2）（ A ）A.28.8m 1.1210-2m3 B. 28.8m 0.672m3C. 38.4m 1.2910-2m3 D. 38.4m 0.776m3物体做斜抛运动，vy=v0sin60=24m/s ，h= =28.8m ，t= =2.4s所以水量 V=2.40.2860=1.1210-2练习2.（2013上海卷）19如图，轰炸机沿水平方向匀速飞行，到达山坡底端正上方时释放一颗炸弹，并垂直击中山坡上的目标A。已知A点高度为h，山坡倾角为，由此可算出（ ABC ）(A)轰炸机的飞行高度(B)轰炸机的飞行速度(C)炸弹的飞行时间(D)炸弹投出时的动能如图的几何关系可得x=,x已经求出。水平竖直速度关系，tan= = = ，可求出y，y= gt2 ，可求出t，答案C对。飞行高度为y+h,答案A对。飞行速度v0= ，答案B对。练习3.（2011,广东）如图6所示，在网球的网前截击练习中，若练习者在球网正上方距地面H处，将球以速度v沿垂直球网的方向击出，球刚好落在底线上。已知底线到网的距离为L，重力加速度取g，将球的运动视作平抛运动，下列表述正确的是( AB )A、球的速度v等于B、球从击出到落地的时间为C、球从击出点到落地点的位移等于LD、球从击出点到落地点的位移与球的质量有关练习4.在倾角为37的斜面上，从A点以6m/s的初速度水平抛出一个小球，小球落在B点。如图所示，求小球刚碰到斜面时的速度方向（可用速度与水平方向夹角的正切表示）、AB两点间的距离和小球在空中飞行的时间。（tan37=0.75，cos37=0.8，g=10m/s2）小球落到B点时速度偏角为，运动时间为t，则：tan37=又因为tan37=解得t=0.9s B两点间水平距离S=v0t=60.9m=5.4mAB两点间距离在B点时，所以，小球捧到斜面时速度方向与水平方向间的夹角为arctan例3.（2014新课标全国卷）如图所示，两个质量均为m的小木块a和b(可视为质点)放在水平圆盘上，a与转轴OO的距离为l，b与转轴的距离为2l.木块与圆盘的最大静摩擦力为木块所受重力的k倍，重力加速度大小为g，若圆盘从静止开始绕转轴缓慢地加速转动，用表示圆盘转动的角速度下列说法正确的是( AC )Ab一定比a先开始滑动Ba、b所受的摩擦力始终相等C 是b开始滑动的临界角速度D当时，a所受摩擦力的大小为kmg练习1.（2014新课标卷）如图，一质量为M的光滑大圆环，用一细轻杆固定在竖直平面内；套在大环上质量为m的小环(可视为质点)，从大环的最高处由静止滑下重力加速度大小为g.当小环滑到大环的最低点时，大环对轻杆拉力的大小为( C )AMg5mg BMgmg CMg5mg DMg10mg小环在最低点时，对整体有T(Mm)g，其中T为轻杆对大环的拉力；小环由最高处运动到最低处由动能定理得mg2Rmv20，联立以上二式解得TMg5mg，由牛顿第三定律知，大环对轻杆拉力的大小为TTMg5mg练习2.（2014安徽卷）如图所示，一倾斜的匀质圆盘绕垂直于盘面的固定对称轴以恒定角速度转动，盘面上离转轴距离2.5 m处有一小物体与圆盘始终保持相对静止物体与盘面间的动摩擦因数为(设最大静摩擦力等于滑动摩擦力)，盘面与水平面的夹角为30，g取10 m/s2.则的最大值是( C )A. rad/s B. rad/s C1.0 rad/s D0.5 rad/s物体在最低点最可能出现相对滑动，对物体进行受力分析，应用牛顿第二定律，有mgcos mgsin m2r，解得1.0 rad/s练习3.（2013新课标II卷）公路急转弯处通常是交通事故多发地带。如图，某公路急转弯处是一圆弧，当汽车行驶的速率为vc 时，汽车恰好没有向公路内外两侧滑动的趋势，则在该弯道处，( AC )A.路面外侧高内侧低 B.车速只要低于vc，车辆便会向内侧滑动 C.车速虽然高于vc，但只要不超出某一最高限度，车辆便不会向外侧滑动D.当路面结冰时，与未结冰时相比，vc 的值变小练习4. 一人用一根长L=1m，最大只能承受T=46N拉力的轻绳子，拴着一个质量m=1kg的小球（不考虑其大小），在竖直平面内作圆周运动，已知圆心O离地高H=21m，如图所示，若小球运动到达最低点时绳刚好被球拉断，（g=10m/s2）求：（1）小球到达最低点的速度大小是多少? （2）小球落地点到O点的水平距离是多少?（1）在最低点，小球做圆周运动的向心力是拉力和重力的合力，故T-mg=m ，绳子要断开，拉力达到最大值46N，带入数据得v=6m/s（2）因为在最低点的速度是水平的，所以断开后，小球做平抛运动，抛出点离地面的高度为h=H-r=20m由平抛运动规律得，竖直方向上h=gt2，水平方向x=vt，带入数据得x=12m。练习5.足够高的竖直墙壁M、N之间有一根水平光滑细杆，在杆上A点的左侧某位置处套有一细环，一质量为m的小球用长为L的轻质细绳系在环上N墙壁上的B点与小球等高，现让环与小球一起以v=的速度向右运动环运动到A点被挡住而立即停止已知杆上A点离N墙壁的水平距离为L，细绳能承受的最大拉力为2.5mg不计空气阻力，则下列说法中正确的是（ D ）A. 细绳不会断裂，与N墙壁碰前小球做圆周运动B. 小球与N墙壁碰撞时的速度为C. 小球与N墙壁的碰撞点到B点的距离为D. 小球与N墙壁的碰撞点到B点的距离为环碰到A点时绳的拉力F-mg=m，F=mg+ m =3mg2.5mg，绳子断裂，之后小球做平抛运动，A错。小球在水平方向运动的时间t= = ，则竖直方向的位移为gt2=，C错D对。竖直方向的分速度为gt=，所以合速度为=，B错。例4.一条宽度为L的河，水流速度为V水，已知船在静水中速度为V船，那么：（1）怎样渡河时间最短？（2）若V船V水，怎样渡河位移最小？（3）若V船V水，怎样渡河船漂下的距离最短？（1）设船头斜向上游与河岸成任意角，这时船速在垂直于河岸方向的速度分量为v1=v船sin，渡河所需时间t= = ，可以看出，当v船、L一定，=90时，t最小，tmin= （2）渡河的最小位移即为河的宽度L，为使位移等于L，必须让船的合速度方向与河岸垂直，这时船头应指向河的上游，并与河岸成一定角度，根据三角函数关系有：v船cos-v水=0，得cos= ，=arccos 。（3）如果水流速度大于船在静水中速度，则不论船头方向如何船都会被冲向下游，为使漂下的距离最短，设v船与河岸成角，合速度与河岸成角，可以看出，角越大，船漂下的距离越小。以v水的末端为圆心，当v合与圆相切时，角最大，根据cos= 可得，船头与河岸的夹角应为=arccos。船漂下的最短距离为xmin=（v水-v船cos），此时渡河的最短位移大小为s= = 。练习1.（2014四川卷）有一条两岸平直、河水均匀流动、流速恒为v的大河小明驾着小船渡河，去程时船头指向始终与河岸垂直，回程时行驶路线与河岸垂直去程与回程所用时间的比值为k，船在静水中的速度大小相同，则小船在静水中的速度大小为( B )A. B. C. D.设河岸宽为d，船速为u，则根据渡河时间关系得 k，解得u