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

第四章曲线运动万有引力与航天高考导航(教师备用)考点内容要求高考(全国卷)三年命题情况对照分析201620172018运动的合成与分解ⅡⅠ卷T17:同步卫星Ⅱ卷T16:竖直面内的圆周运动T25:平抛运动,圆周运动Ⅲ卷T14:行星运动规律、物理学史T24:竖直面内的圆周运动Ⅰ卷T15:平抛运动规律Ⅱ卷T17:平抛运动、机械能守恒定律T19:行星运动规律、机械能守恒定律Ⅲ卷T14:天体运动Ⅰ卷T18:竖直面内的圆周运动、动能定理T20:双星问题Ⅱ卷T16:天体密度Ⅲ卷T15:开普勒第三定律T17:平抛运动T25:竖直面内的圆周运动、动能定理抛体运动Ⅱ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Ⅰ1.考查方式:曲线运动、万有引力与航天是高考的必考内容.对万有引力定律及其应用、人造卫星及天体运动问题,题型通常为选择题,难度中等;对平抛运动的规律及其研究方法,圆周运动的角速度、线速度和向心加速度等,题型既有选择题,也有计算题.2.命题趋势:分析历年高考命题情况可以发现有两大趋势:一是以现代科技、生产、生活为背景,与牛顿运动定律、机械能守恒定律等内容综合;二是与现代航天技术密切联系.第1节曲线运动运动的合成与分解基础过关考点研析素养提升基础过关紧扣教材·自主落实一、曲线运动1.速度的方向质点在某一点的速度方向,沿曲线在这一点的方向.2.运动的性质曲线运动一定是运动,但速度的可能不变.基础知识切线变速大小3.曲线运动的条件二、运动的合成与分解1.分解原则:根据运动的分解,也可采用正交分解.2.遵循的规律:位移、速度、加速度的合成或分解遵循或.实际效果平行四边形定则三角形定则3.合运动与分运动的关系等时性合运动和分运动经历的相等,即同时开始、同时进行、同时停止独立性一个物体同时参与几个分运动,各分运动进行,不受其他运动的影响等效性各分运动的规律叠加起来与合运动的规律有完全相同的.时间独立效果4.合运动的性质判断(1)加速度(或合外力)变化：运动；不变：运动.变加速匀变速(2)加速度(或合外力)方向与速度方向共线：运动；不共线：运动.直线曲线提示:合运动就是物体的实际运动.自主探究如图为一物体做曲线运动的轨迹.(1)当物体运动到A点时,它相对于出发点的位移l与x,y方向的分位移xA,yA有什么关系?(2)物体在A点时的速度方向与加速度方向是否相同?答案:(1)l2=2Ax+2Ay;(2)两者方向不同.过关巧练1.思考判断(1)做曲线运动的物体一定受变力作用.()×(2)做曲线运动的物体,所受合外力的方向一定指向轨迹的凹侧.()(3)做曲线运动的物体,速度方向时刻改变,但永远不可能达到所受合外力的方向.()(4)只要两个分运动是直线运动,合运动一定是直线运动.()(5)做曲线运动的物体一段时间内的位移可能等于0.()√√×√2.(2019·辽宁大连月考)炮弹从炮口射出时的速度大小为v,方向与水平方向成α角,如图所示,把这个速度沿水平和竖直方向分解,则竖直分速度的大小是()AA.vsinαB.vcosαC.sinvD.cosv解析:根据平行四边形定则得,竖直分速度vy=vsinα.故A正确.3.[人教版必修2·P7·T2改编](多选)跳伞表演是人们普遍喜欢的观赏性体育项目,当运动员从直升机上由静止跳下后,在下落过程中将会受到水平风力的影响,下列说法中正确的是()A.风力越大,运动员下落时间越长,运动员可完成更多的动作B.风力越大,运动员着地速度越大,有可能对运动员造成伤害C.运动员下落时间与风力无关D.运动员着地速度与风力无关BC解析:运动员同时参与了两个分运动,竖直方向的自由落体运动和水平方向风力作用下的运动,两个分运动同时发生,相互独立,因而水平风力越大,落地时的速度越大,但下落时间不变,故B,C正确.考点研析核心探究·重难突破考点一曲线运动的条件及运动轨迹分析1.条件:物体受到的合外力与初速度不共线.2.合力方向与轨迹的关系曲线运动轨迹始终夹在合力方向与速度方向之间,而且向合力的方向弯曲,或者说合力的方向总是指向轨迹的“凹”侧.3.合力方向与速率变化的关系【典例1】(2019·河南郑州联考)一质点在xOy平面内运动的轨迹如图所示,下面有四种说法:①若质点在x方向始终匀速运动,则在y方向先加速后减速;②若质点在x方向始终匀速运动,则在y方向先减速后加速;③若质点在y方向始终匀速运动,则在x方向先加速后减速;④若质点在y方向始终匀速运动,则在x方向先减速后加速.其中正确的是()A.只有①③B.只有①④C.只有②③D.只有②④C解析:若质点在x方向始终匀速运动,那么合外力(或加速度)方向只能沿y方向,根据合外力(或加速度)指向曲线的凹侧,则在y方向加速度先沿y轴负向后沿y轴正向,故先减速后加速,①错误,②正确;若质点在y方向始终匀速运动,则在x方向加速度先沿x轴正向后沿x轴负向,故先加速后减速,③正确,④错误.故C正确.【针对训练】(2019·江西赣州四校协作体联考)(多选)下列说法中正确的是()A.物体在恒力作用下不可能做曲线运动B.物体在变力作用下有可能做曲线运动C.做曲线运动的物体,其速度方向与加速度的方向不在同一条直线上D.物体在变力作用下不可能做曲线运动BC解析:物体在恒力作用下可以做曲线运动,如平抛运动,故A错误;物体在变力作用下可能做曲线运动,如匀速圆周运动,故B正确,D错误;物体做曲线运动时,所受合外力的方向与速度方向不能在同一条直线上,故C正确.考点二运动的合成与分解及运动性质分析两个互成角度的直线运动的合运动性质的判断分类合运动性质两个匀速直线运动匀速直线运动一个匀速直线运动、一个匀变速直线运动匀变速曲线运动两个初速度为零的匀加速直线运动匀加速直线运动两个初速度不为零的匀变速直线运动如果v合与a合共线,为匀变速直线运动如果v合与a合不共线,为匀变速曲线运动【典例2】(2019·宁夏银川模拟)质量为2kg的质点在xOy平面上做曲线运动,沿x轴方向的速度图像和y轴方向的位移图像如图所示,下列说法正确的是()A.质点的初速度为3m/sB.2s末质点速度大小为6m/sC.质点做曲线运动的加速度为3m/s2D.质点所受的合外力为3ND解析:在位移—时间图像中,图像的斜率表示速度,故质点在y轴方向上做vy=-4m/s的匀速直线运动,质点在x轴方向上的初速度为vx0=3m/s,所以质点的初速度为v0=220xyvv=5m/s,A错误;2s末质点在x轴方向上的速度为vxt=6m/s,在y轴方向上的速度为vy=-4m/s,所以质点的合速度不等于6m/s,B错误;因为质点在x轴方向上做匀加速直线运动,在y轴方向上做匀速直线运动,故质点做曲线运动的加速度等于x轴方向上的加速度,故a=632m/s2=1.5m/s2,质点受到的合力F合=ma=3N,故C错误,D正确.【针对训练】(2019·江苏南京程桥高中测试)如图所示,红蜡块能在玻璃管的水中匀速上升.若红蜡块在A点匀速上升的同时,使玻璃管水平向右做匀加速直线运动,则红蜡块实际运动的轨迹是图中的()A.直线PB.曲线QC.曲线RD.无法确定B解析:蜡块同时参与了竖直方向上的匀速直线运动和水平方向上的匀加速直线运动,两个分运动的合加速度方向水平向右,则蜡块的合力水平向右,与合速度的方向不在同一条直线上,所以合运动为曲线运动;根据曲线运动的合力(加速度)大致指向轨迹凹侧,可知该轨迹为曲线Q,故选项B正确.考点三小船渡河问题三种渡河的特殊情景类型图示说明渡河时间最短船头垂直河岸渡河时时间最短,最短时间tmin=dv船渡河位移最短当v水v船时,如果满足v水=v船cosθ,渡河位移最短,最短位移xmin=d渡河位移最短当v水v船时,如果船头方向(即v船方向)与合速度方向垂直,渡河位移最短,最短位移为xmin=dvv水船【典例3】(2019·河北衡水中学调研)某人划船横渡一条河,河水流速处处相同且恒定,船的划行速率恒定.已知此人过河最短时间为T1;若此人用最小的位移过河,则需时间为T2;已知船的划行速率大于水速.则船的划行速率与水流速率之比为()AA.22221TTTB.21TTC.12212TTTD.12TT〚审题图示〛解析:设河宽为d,船在静水中的划行速率为v1,水流速度为v2,最短时间过河时,静水中的速度与河岸垂直,有T1=1dv;最小位移过河时,船的合速度v合=2212vv,船的过河时间T2=dv合,得出12vv=22221TTT,故A正确.方法技巧求解小船渡河问题的方法(1)船的航行方向也就是船头指向的运动,是分运动;水流方向的运动,是分运动.船的运动是合运动,方向是实际运动方向,一般情况下与船头指向不一致.(2)渡河时间只与船垂直河岸的分速度有关,与水流速度无关.1.[小船渡河的轨迹分析](2019·江苏淮安、宿迁测试)(多选)小船横渡一条两岸平行的河流,船在静水中的速度大小不变,船头始终垂直指向河的对岸,水流速度方向保持与河岸平行,若小船的运动轨迹如图所示,则()A.越接近河岸水流速度越大B.越接近河岸水流速度越小C.小船渡河的时间会受水流速度变化的影响D.小船渡河的时间不会受水流速度变化的影响题组训练BD解析:从轨迹曲线的弯曲形状上可以知道,小船先具有向下游的加速度,小船后具有向上游的加速度,故加速度是变化的,由于水流是先加速后减速,即越接近河岸水流速度越小,故A错误,B正确;由于船身方向垂直于河岸,无论水流速度是否变化,这种渡河方式耗时最短,即船渡河的时间不会受水流速度变化的影响,选项C错误,D正确.2.[小船渡河的时间问题](2019·福建莆田一中测试)如图所示,两次船头垂直对岸渡河时船相对于静水的速度大小和方向都不变,已知第一次实际航程为A至B,位移为x1,实际航速为v1,所用时间为t1;由于水速增大,第二次实际航程为A至C,位移为x2,实际航速为v2,所用时间为t2,则()A.t2t1,v2=211xvxB.t2t1,v2=112xvxC.t2=t1,v2=112xvxD.t2=t1,v2=211xvxD解析:由分运动的独立性,船对静水的航速不变,航向也不变,河宽为d,则渡河时间t=dv,且t2=t1;又由t1=11xv,t2=22xv,联立解得v2=211xvx,故D正确.考点四关联速度问题1.特点:用绳、杆相牵连的物体在运动过程中的速度通常不同,但两物体沿绳或杆方向的分速度大小相等,据此就可以建立牵连物两端物体速度间的定量关系.2.合速度与分速度(1)合速度→物体的实际运动速度v.(2)分速度→12;.vv沿绳或杆的分速度与绳或杆垂直的分速度(3)v1,v2和v间遵循平行四边形定则.3.常见的情景【典例4】(2019·河南洛阳统考)如图所示,长为L的轻直棒一端可绕固定轴O在纸面内自由转动,另一端固定一质量为m的小球,现把小球搁在水平升降台上,升降台以速度v匀速上升,下列说法正确的是()A.小球做匀速圆周运动B.当棒与竖直方向的夹角为α时,小球的速度为cosvLC.棒转动的角速度逐渐增大D.当棒与竖直方向的夹角为α时,棒转动的角速度为sinvLD〚思路探究〛(1)升降台匀速上升时,小球在水平台面上将向左移动,则小球的两个分运动分别是怎样的?答案:小球的两个分运动分别是竖直向上运动与水平向左运动.(2)直杆绕轴O转动,则小球实际运动方向与直杆有什么关系?答案:小球实际运动方向与直杆垂直.解析:小球的运动可视为竖直向上的匀速运动和沿平台向左的运动的合运动,小球的实际运动即合运动方向垂直于棒指向左上方,如图所示.设棒转动的角速度为ω,则合速度v合=ωL,沿竖直向上的速度分量等于v,即ωLsinα=v,所以ω=sinvL,小球速度为v合=ωL=sinv,由此可知棒转动的角速度随棒与竖直方向的夹角α的增大而减小,小球做角速度减小的变速圆周运动,选项A,B,C错误,D正确.方法技巧“关联速度”问题的解题步骤