专题四曲线运动2课件2025高考物理复习专题

这是一份专题四曲线运动2课件2025高考物理复习专题，共49页。

考点1　曲线运动　运动的合成与分解一、小船渡河问题
二、关联速度问题1.分析思路
            
考点2　抛体运动一、平抛运动的基本规律　　以抛出点为坐标原点,以初速度v0方向为x轴正方向,竖直向下为y轴正方向,如图所 示。
1.位移关系2.速度关系
二、平抛运动的两个重要推论1.推论一:平抛运动任意时刻的速度偏转角θ的正切值与位移偏转角α的正切值满足 →tan θ=2 tan α。2.推论二:平抛运动任意时刻的速度方向的反向延长线通过对应水平位移的中点。
知识拓展　平抛运动的另外一种分解方式如图所示,已知小球以初速度v0由斜面上水平抛出,斜面倾角为θ,小球最终落在斜面 上。
(1)分解方式沿斜面:x方向。垂直斜面:y方向。
三、处理类平抛运动的两种分解方法1.常规分解法:将类平抛运动分解为沿初速度方向的匀速直线运动和垂直于初速度方 向的匀加速直线运动。2.特殊分解法:对于有些问题,可以过抛出点建立适当的直角坐标系,将加速度a分解为 ax、ay,初速度v0分解为v0x、v0y,然后分别在x、y方向上列方程求解。
考点3　圆周运动一、对圆周运动向心力的理解1.向心力是效果力,可以由重力、弹力、摩擦力等各种性质的力提供,可以是某个力或 某个力的分力,也可以是几个力的合力。2.若物体做匀速圆周运动,合力恰好全部提供向心力,即Fn=F合。3.若物体做变速圆周运动,合力方向不指向圆心,可以分解为如图所示的两个分力,一 个分力提供向心力,另一个分力产生切向加速度。
二、圆周运动常见模型的向心力来源分析
题型6　抛体运动的分析方法一、斜面约束的平抛运动问题
二、圆弧面(或曲面)约束的平抛运动问题
  解析    小球飞行过程中恰好与半圆轨道相切于B点,可知小球运动到B点时速度方向与水平方向的夹角为30°,设位移方向与水平方向的夹角为α,则tan α= = ,由 tan α= = ,可得竖直方向的位移y= R,而 =2gy,tan 30°= ,联立解得v0= ,A正确。
三、平抛运动的临界问题1.平抛运动的临界问题的两种常见情境(1)物体有最大位移、最小位移、最大初速度、最小初速度等。(2)物体的速度方向恰好为某一方向。2.处理平抛运动的临界问题的关键(1)关于临界条件的关键信息:“恰好不出界”“刚好飞过”“速度方向恰好与斜面平 行”“速度方向与圆周相切”等。(2)解题关键:根据题干信息寻找临界点,画出物体运动的草图,确定临界条件。
题型7　圆周运动中的临界极值问题一、水平面内的圆周运动的两种模型
典例1　如图所示,水平转台上有一个质量为m且可视为质点的物块,用长为l的轻质细 绳将物块连接在转轴上,细绳与竖直转轴的夹角θ=30°,此时细绳伸直但无张力。物块 与转台间的动摩擦因数μ= ,最大静摩擦力等于滑动摩擦力,物块随转台由静止开始缓慢加速转动,重力加速度为g。
(1)当水平转台以角速度ω1匀速转动时,绳上恰好将要有张力,求ω1的值;(2)当水平转台以角速度ω2= 匀速转动时,求物块所受的摩擦力大小;(3)当水平转台以角速度ω3= 匀速转动时,求细绳的拉力大小。  解析    (1)当最大静摩擦力等于所需要的向心力时,绳上恰好将要有张力,由牛顿第二定律得μmg=m  代入数据解得ω1= 。(2)当水平转台以角速度ω2= 匀速转动时,由于ω2<ω1,所以静摩擦力提供物块做圆周
运动的向心力,f=m r=m l sin θ= mg。(3)当转台对物块的支持力恰好为0时,物块做圆周运动所需要的向心力由重力和细绳 拉力的合力提供,由牛顿第二定律得mg tan θ=m l sin θ,解得ω0= (点拨:确定临界角速度是判断物块是否脱离转台的关键)。当水平转台以角速度ω3= 匀速转动时,由于ω3>ω0,物块已经离开转台在空中做圆周运动。设此时细绳与竖直方向的夹角为α,有mg tan α=m l sin α代入数据解得α=60°,则绳上的拉力大小F= =2mg。  答案    (1)     (2) mg    (3)2mg
二、竖直平面内的圆周运动的两种模型
典例2　如图1所示,一根长为L不可伸长的轻绳一端固定于O点,另一端系有一质量为m 的小球(可视为质点),小球在竖直平面内以O点为圆心做圆周运动。已知重力加速度 为g,忽略空气阻力的影响。(1)若小球经过圆周最高点A时速度大小vA= ,求此时轻绳对小球施加拉力的大小;(2)若轻绳能承受的最大拉力Fm=9mg,求小球运动到最低点B时的速度大小在什么范围 内,既可以使小球在竖直面内做完整的圆周运动,又可以使轻绳不被拉断;(3)某同学作出了小球经过圆周最高点A时,绳上的拉力F与小球速度的二次方v2的函数 图像,如图2所示。a.请写出图像的函数表达式。
b.若将轻绳换为长为L且质量可忽略的轻杆,其他保持不变,请在图3中绘出小球经过圆 周最高点A时,轻杆对小球的作用力F与小球速度的二次方v2的函数图像,并且注明图线 与坐标轴的交点坐标。
  解析    (1)小球经过A点时,由牛顿第二定律可得FA+mg=m ,解得轻绳对小球施加拉力的大小FA=mg。(2)由mg=m 得小球经过A点时的最小速度vAmin= 。小球由A点到B点,由机械能守恒定律可得mg·2L= m - m ,解得vBmin= 。当轻绳的拉力达到能承受的最大拉力Fm时,对应小球经过B点的最大速度,由牛顿第二 定律可得Fm-mg=m ,得vBmax= 。所以小球经过B点的速度大小范围为 ≤vB≤ 。(3)a.小球经过A点时,由牛顿第二定律有F+mg=m (v2≥gL),解得图像的函数表达式为F= v2-mg(v2≥gL)。
b.将轻绳换为轻杆,小球在最高点A的最小速度为0,此时轻杆对小球的作用力方向竖直 向上,大小为mg;结合牛顿第二定律得,图像的函数表达式为F= v2-mg(v2≥0),当v2=gL时F=0,画出函数图像如图所示。   答案    (1)mg    (2) ≤vB≤     (3)见解析
实验微专题5　探究平抛运动的特点一、实验原理及装置图　　把钢球从同一位置由静止释放,钢球沿着斜槽滚下并被水平抛出,落在挡板上,通 过复写纸在竖直的坐标纸上留下印迹,逐次下调挡板,重复以上操作得到钢球的一系 列运动点迹。
二、操作要领及注意事项1.装置调节什么要求:平板必须处于竖直面内;斜槽末端的切线必须水平。2.如何进行实验操作:小球每次必须从斜槽上同一位置由静止释放;开始滚下的位置高 度要适中,以使小球做平抛运动的轨迹由坐标纸的左上角一直到达右下角为宜。3.如何进行作图:坐标原点不是槽口的端点,应是小球出槽口时小球球心在平板上的投 影点;点迹要用平滑曲线连接(不能用折线)。三、数据处理1.判断是否为抛物线:在轨迹曲线上取几点,读出各点坐标值,若各点坐标满足y=ax2,a为 一特定值,说明轨迹为抛物线。
2.计算平抛运动的初速度(1)平抛轨迹完整(即含有抛出点)在轨迹上任取一点,测出该点与坐标原点的水平距离x及竖直距离y,就可求出初速度v0。x=v0t,y= gt2,故v0=x 。(2)平抛轨迹残缺(即无抛出点)在轨迹上任取三点A、B、C(如图所示),使A、B间及B、C间的水平距离相等,设为x,由 平抛运动的规律可知,在A、B间运动与在B、C间运动所用时间相等,设为t,重力加速 度为g,则Δh=hBC-hAB=gt2,所以t= ,初速度v0= =x 。
四、误差分析及改进措施1.钢球做平抛运动时受空气阻力影响。选用质量大、体积小、表面光滑的钢球可以 减小因此产生的误差。2.钢球每次滚下的初位置不完全相同;斜槽末端切线不完全水平;建立坐标系时,坐标 原点的选取有些许偏差。准确且细心进行实验操作,可以减小因此产生的误差。
五、其他实验方案方案一　对比实验法
1.采用如图甲所示的装置,用小锤击打弹性金属片,金属片把A球沿水平方向弹出,同时 B球被松开而自由下落,观察相同的两球是否同时落地。若两球同时落地,说明平抛运动的竖直分运动为自由落体运动。2.采用如图乙所示的装置,两个相同的弧形轨道M、N,其中N的末端可看成与光滑的水 平板相切,使相同的两小球以相同的初速度v0同时分别从轨道M、N的末端射出。若两 球相碰,说明平抛运动的水平分运动为匀速直线运动。
方案二　通过频闪照相(或视频录制)记录轨迹　　如图丙所示,通过频闪照片得到小球经过相等时间间隔所到达的位置,测量出经 过T,2T,3T,…时间小球做平抛运动的水平位移和竖直位移,分析数据得出小球水平分 运动和竖直分运动的特点。
方案三　通过传感器探究平抛运动的特点　　如图丁所示,物体A在做平抛运动,向各个方向同时发射超声波脉冲和红外线脉 冲。超声-红外接收装置B与计算机相连,计算机可以即时给出A的位置坐标,分析坐标探究运动特点。
实验微专题6　探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系一、实验原理及装置图
1.调整塔轮上的皮带,使其套到半径大小不同的塔轮上,改变长、短槽旋转角速度之比。2.将小球放在长槽不同的卡位上,改变小球做圆周运动的半径。3.小球对挡板的作用力通过杠杆结构使弹簧测力套筒下降,露出标尺。通过标尺上等 分格的数量,可以粗略计算出两个小球所受向心力的比值。
二、操作要领及注意事项1.控制变量法探究(1)使两小球的质量、转动的半径相同,探究向心力的大小跟转动的角速度的定量关 系。(2)使两小球的质量、转动的角速度相同,探究向心力的大小跟转动半径的定量关系。(3)使两小球的转动半径、转动的角速度相同,探究向心力的大小跟质量的定量关系。2.转速控制:摇动手柄时应缓慢加速,注意观察标尺的格数。达到预定格数时,保持转 速恒定。三、数据处理　　分别作出Fn-ω2、Fn-r、Fn-m图像,分析向心力大小与角速度、半径、质量之间的 关系,并得出结论。
四、其他实验方案方案一　用绳和沙袋定性研究　　如图所示,在绳子的一端拴一个小沙袋(或其他小物体),另一端握在手中。将手举过头顶,使沙袋在水平面内做匀速圆周运动,此时沙袋所需向心力近似等于绳对沙袋 的拉力。