2021高考物理二轮复习第3讲力与物体的曲线运动课件

这是一份2021高考物理二轮复习第3讲力与物体的曲线运动课件，共40页。PPT课件主要包含了-2-，知识脉络梳理，规律方法导引，-3-，-4-，命题热点一，命题热点二，命题热点三，-5-，思维导引等内容，欢迎下载使用。

1.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。2.思想方法(1)物理思想:分解思想、临界值思想。(2)物理方法:假设法、合成法、正交分解法。
运动的合成与分解常以选择题的形式考查矢量的合成与分解。例1(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,下列说法正确的是(　　)A.猴子的运动轨迹为直线B.猴子在2 s内做匀变速曲线运动C.t=0时猴子的速度大小为8 m/sD.t=2 s时猴子的加速度大小为4 m/s2
解析:由题图乙、丙看出,猴子在竖直方向做初速度vy=8 m/s、加速度a=-4 m/s2的匀减速直线运动,人在水平方向做速度vx=4 m/s的
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=2 s时,ay=-4 m/s2,ax=0,则合加速度大小a合=4 m/s2,故选项D正确。
规律方法分析运动合成与分解的一般思路
拓展训练1如图所示,帆板在海面上以速度v朝正西方向运动,帆船以速度v朝正北方向航行,以帆板为参考系(　　)
A.帆船朝正东方向航行,速度大小为vB.帆船朝正西方向航行,速度大小为v
解析:在南北方向上,帆板静止,所以在此方向上帆船相对于帆板向北以速度v运动;在东西方向上,帆船静止,帆板向西以速度v运动,所以在此方向上帆船相对于帆板向东以速度v运动;以帆板为参考
项D正确,选项A、B、C错误。
平抛(类平抛)运动的规律常考查平抛运动的速度和位移的合成与分解。例2如图所示,AB为半圆环ACB的水平直径,C为环上的最低点,环半径为R。一个小球从A点以速度v0水平抛出,不计空气阻力,则下列判断正确的是(　　)A.v0越大,小球落在圆环上所经历的时间越长B.即使v0取值不同,小球掉到环上时的速度方向和水平方向之间的夹角也相同C.若v0取值适当,可以使小球垂直撞击半圆环D.无论v0取何值,小球都不可能垂直撞击半圆环
解析:小球落在环上的最低点C时所经历的时间最长,所以选项A错误。v0取值不同,小球落到环上时的速度方向和水平方向之间的夹角不相同,选项B错误。要使小球垂直撞击半圆环,设小球落点与圆心的连线与水平方向夹角为θ,根据平抛运动规律,v0t=R(1+cs θ),
B点,这是不可能的,所以选项D正确,C错误。
拓展训练2(2018·全国卷Ⅲ)在一斜面顶端,将甲、乙两个小球分别以v和 的速度沿同一方向水平抛出,两球都落在该斜面上。甲球落至斜面时的速率是乙球落至斜面时速率的(　　)A.2倍B.4倍C.6倍D.8倍
解析:设斜面倾角为θ,小球从斜面上水平抛出又落到斜面上,对于
圆周运动问题常考查向心力的来源,匀速圆周运动的公式及其运动的对称性和周期性。例3如图所示,AOB是游乐场中的滑道模型,它位于竖直平面内,由两个半径都是R的 圆周连接而成,它们的圆心O1、O2与两圆弧的连接点O在同一竖直线上。O2B沿水池的水面,O2和B两点位于同一水平面上。一个质量为m的小滑块可由弧AO的任意位置从静止开始滑下,不计一切摩擦。
(1)假设小滑块由A点静止下滑,求小滑块滑到O点时对O点的压力。(2)若小滑块能在O点脱离滑道,其落水点到O2的距离如何?(3)若小滑块从开始下滑到脱离滑道过程中,在两个圆弧上滑过的弧长相等,则小滑块开始下滑时应在圆弧AO上的何处(用该处到O1点的连线与竖直线的夹角的三角函数值表示)?思维导引
答案:(1)3mg,方向竖直向下
解析:(1)小滑块由A点滑到O点过程,
解得FO=3mg由牛顿第三定律得小滑块对O点的压力大小为3mg,方向竖直向下。
(2)从A点下滑的滑块到O点的速度为
(3)如图所示,设小滑块出发点为P1,离开点为P2,由题意要求O1P1、O2P2与竖直方向的夹角相等,设为θ,若离开滑道时的速度为v,
解得cs θ=0.8。
规律方法1.解决圆周运动的一般步骤(1)首先明确研究对象。(2)确定轨道所在的平面、圆心的位置、半径。(3)在特定位置对其受力分析,明确向心力的来源。(4)结合牛顿第二定律和向心力表达式列方程。(5)根据题意写出其他辅助方程。(6)联立方程求解。
2.竖直平面内的圆周运动在高考中常有轻绳、轻杆两种基本模型,这两种模型最高点的具体处理方法如下表所示
拓展训练3(多选)(2019·黑龙江大庆模拟)如图甲所示,轻杆一端固定在O点,另一端固定一小球,现让小球在竖直平面内做半径为R的圆周运动。小球运动到最高点时,杆与小球间弹力大小为F,小球在最高点的速度大小为v,其F-v2图像如图乙所示。则(　　)
C.当v2=c时,小球对杆的弹力方向向上D.当v2=2b时,小球受到的弹力与重力大小相等
力方向向上;当v2>b时,杆对小球弹力方向向下;所以当v2=c时,杆对小球弹力方向向下,故小球对杆的弹力方向向上,C正确。若v2=2b,则F+mg=m ,解得F=a=mg,故D正确。
1.一只小船渡河,运动轨迹如图所示。水流速度各处相同且恒定不变,方向平行于岸边;小船相对于静水分别做匀加速、匀减速、匀速直线运动,船相对于静水的初速度大小均相同,方向垂直于岸边,且船在渡河过程中船头方向始终不变。由此可以确定船(　　)A.沿AD轨迹运动时,船相对于静水做匀减速直线运动B.沿三条不同路径渡河的时间相同C.沿AB轨迹渡河所用的时间最短D.沿AC轨迹船到达对岸的速度最小
2.(多选)(2019·全国卷Ⅱ)如图甲,在跳台滑雪比赛中,运动员在空中滑翔时身体的姿态会影响其下落的速度和滑翔的距离。某运动员先后两次从同一跳台起跳,每次都从离开跳台开始计时,用v表示他在竖直方向的速度,其v-t图像如图乙所示,t1和t2是他落在倾斜雪道上的时刻。则(　　)
A.第二次滑翔在竖直方向上的位移比第一次的小B.第二次滑翔在水平方向上的位移比第一次的大C.第二次滑翔在竖直方向上的平均加速度比第一次的大D.竖直方向速度大小为v1时,第二次滑翔在竖直方向上所受阻力比第一次的大
3.质量为m的小球由轻绳a和b分别系于一轻质细杆的A点和B点,如图所示。当轻杆绕轴AB以角速度ω匀速转动时,绳a与水平方向成θ角,绳b在水平方向且长为l,小球在水平面内做匀速圆周运动,则下列说法正确的是(　　)A.a绳的拉力随角速度的增大而增大
C.只要a、b绳夹角θ不变,小球的质量不变,a绳上拉力一定不变D.若b绳突然被剪断,则a绳的弹力一定发生变化
力加速度g大小取10 m/s2。(1)一小环套在轨道上从a点由静止滑下,当其在bc段轨道运动时,与轨道之间无相互作用力,求圆弧轨道的半径。(2)若环从b点由静止因微小扰动而开始滑下,求环到达c点时速度的水平分量的大小。
解析:(1)小环在bc段与轨道无相互作用,小环在b点以某一初速度v0做平抛运动,运动轨迹与轨道相同。由平抛运动公式有x=v0t①
联立①②③式,并代入题给条件得R=0.25 m。④
(2)环由b处静止下滑过程中机械能守恒,设环下滑至c点的速度大小为v,有
环在c点速度的水平分量为vx=vcs θ⑥式中,θ为环在c点速度的方向与水平方向的夹角,由题意知,环在c点速度的方向和(1)中环在c点速度的方向相同;而做平抛运动的环的
B,转动轴互相平行且固定在同一水平面内,轴心间的距离为s=3.2 m,两圆柱体A和B均被电动机带动以6 rad/s的角速度同方向转动,质量均匀分布的长木板无初速度地水平放置在A和B上,其重心恰好在B的上方。从木板开始运动计时,圆柱体转动两周,木板恰好不受摩擦力的作用,且仍沿水平方向运动。设木板与两圆柱体间的动摩擦因数相同,重力加速度g取10 m/s2,取π≈3。求:
(1)圆柱体边缘上某点的向心加速度;(2)圆柱体A、B与木板间的动摩擦因数;(3)从木板开始运动到重心恰在A的上方所需的时间。
答案:(1)12 m/s2　(2)0.1　(3)2.6 s解析:(1)根据向心加速度的公式可知a轮=ω2r=12 m/s2。(2)木板的速度等于圆柱体轮缘的线速度时,木板不受摩擦力,则v=rω=2 m/s
(3)设木板在两圆柱体间加速过程所通过的位移为s1,则v2=2as1
因为s1平抛运动和圆周运动综合问题【典例示范】 下图为某游乐场内水上滑梯轨道示意图,整个轨道在同一竖直平面内,表面粗糙的AB段轨道与 光滑圆弧轨道BC在B点水平相切。点A距水面的高度为h',圆弧轨道BC的半径为R,圆心O恰在水面。一质量为m的游客(视为质点)可从轨道AB的任意位置滑下,不计空气阻力。
(1)若游客从A点由静止开始滑下,到B点时沿切线方向滑离轨道落在水面D点,OD=2R,求游客滑到B点时的速度vB大小及运动过程轨道摩擦力对其所做的功Wf。(2)若游客从AB段某处滑下,恰好停在B点,又因受到微小扰动,继续沿圆弧轨道滑到P点后滑离轨道,求P点离水面的高度h。(提示:在圆周运动过程中任一点,质点所受的向心力与其速率的关系为
以题说法本题考查学生对平抛运动和圆周运动规律的理解。解决此类问题应特别注意:(1)平抛运动和圆周运动的关联速度。(2)圆周运动中向心力与运动学公式的关联。(3)动能定理的灵活应用。
针对训练 如图所示,一小物块自平台上以速度v0水平抛出,刚好落在邻近一倾角为α=53°的粗糙斜面AB顶端,并恰好沿该斜面下滑,已知斜面顶端与平台的高度差h=0.032 m,小物块与斜面间的动摩擦因数为μ=0.5,A点离B点所在平面的高度 h'=1.2 m。有一半径为R的光滑圆轨道与斜面AB在B点相切连接,已知cs 53°=0.6,sin 53°=0.8,g取10 m/s2。求:(1)小物块水平抛出的初速度v0;(2)若小物块能够通过圆轨道最高点,圆轨道半径R的最大值。
解析:(1)小物块自平台做平抛运动,由平抛运动知识得