高考物理大一轮复习课件:专题四 第2讲 抛体运动

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图 4-2-14 (1)抛出点 O 离斜面底端的高度. (2)滑块与斜面间的动摩擦因数μ.
思维点拨:
解 : (1)设 小 球 击 中 滑 块 时 的 速 度 为 v, 竖 直 速 度 为 vy, 由

何关


v v
0=
y
tan
37°
设 小 球 下 落 的 时 间 为 t, 竖 直 位 移 为 y, 水 平 位 移 为 x, 由
解析:如图 D25 所示,要小球到达斜面的位移最小,则
要 求 落 点 与 抛 出 点 的 连 线 与 斜 面 垂 直 ,所 以 有 tan θ= xy,而 x

v0
t,
y

1 2
gt2,


t=
2
v0
cot g
θ .
答案:D
图 D25
模型 2 类平抛运动
1.类平抛运动的受力特点 物体所受合力为恒力,且与初速度的方向垂直. 2.类平抛运动的运动特点 在初速度 v0 方向做匀速直线运动,在合外力方向做初速度 为零的匀加速直线运动,加速度 a= F合.
对滑块由牛顿第二定律得 mgsin 37°-μmgcos 37°=ma
由以上各式解得μ=0.125.
【触类旁通】
1.(2017年温州质检)如图 4-2-15 所示,小球以v0正对倾 角为 的斜面水平抛出,若小球到达斜面的位移最小,则飞行
时间 t 为(重力加速度为 g)(
)
图 4-2-15 A .v 0 ta g n θ B .2 v 0 t g a n θ C .v 0 c g o tθ D .2 v 0 c g o tθ
3.处理方法:斜抛运动可以看做是水平方向的___匀__速__直__线_ 运动和__竖__直__上__抛__或__竖__直__下__抛__运动的合运动.
【基础检测】 1.(多选)某人向放在水平地面上正前方的小桶中水平抛球, 结果球划着一条弧线飞到小桶的前方,如图 4-2-2 所示.不计 空气阻力,为了能把小球抛进小桶中,则下次再水平抛球时,
第2讲 抛体运动
一、平抛运动 1.概念:将物体以一定的初速度沿水平方向抛出,物体只 在____重__力____作用下所做的运动,叫平抛运动. 2.性质:平抛运动是加速度为___重__力__加__速__度__g___的匀变速 曲线运动,轨迹是抛物线. 3.平抛运动的条件:(1)v0≠0,_沿__水__平__方__向_;(2)只受___重__力_ 作用. 4.研究方法:平抛运动可以分解为水平方向的__匀__速__直__线__ 运动和竖直方向的____自__由__落__体____运动.
5.基本规律(如图 4-2-1 所示).
位移关系 速度关系
图 4-2-1
二、斜抛运动及其研究方法(说明:斜抛运动只作定性 要求)
1.概念:将物体以速度 v 斜向上方或斜向下方抛出,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__.
4.类平抛运动问题的求解思路 (1)根据物体受力特点和运动特点判断该问题属于类平抛 运动问题.
(2)求出物体运动的加速度. (3)根据具体问题选择用常规分解法还是特殊分解法求解.
例2:(2016年河北正定中学月考)风洞实验室能产生大小 和方向均可改变的风力.如图 4-2-16 所示,在风洞实验室中有足 够大的光滑水平面,在水平面上建立 xOy 直角坐系.质量为 m =0.5 kg 的小球以初速度v0=0.40 m/s 从O点沿x轴正方向运动, 在0~2.0 s内受到一个沿 y 轴正方向、大小 F1=0.20 N的风力作 用;小球运动 2.0 s 后风力方向变为沿 y 轴负方向,大小变为 F2 =0.10 N(图中未画出).试求:
图 4-2-4
方法点拨:分解思想在平抛运动中的应用 (1)解答平抛运动问题时,一般的方法是将平抛运动沿水平 和竖直两方向分解,这样分解的优点是不用分解初速度也不 用分解加速度. (2)画出速度(或位移)分解图,通过几何知识建立合速度(或 合位移)、分速度(或分位移)及其方向间的关系,通过速度(或位 移)的矢量三角形求解未知量.
与 x 轴正方向间的夹角,有 tan θ=vvxy= 2vg0 h,所以落地速度只
与初速度 v0 和下落高度 h 有关.
4.速度改变量:因为平抛运动的加速度为重
力加速度 g,所以做平抛运动的物体在任意相等时
间间隔 Δt 内的速度改变量 Δv=gΔt 相同,方向恒
为竖直向下,如图 4-2-3 所示.
图 4-2-3
答案:B
考点 1 对平抛运动规律的理解 ⊙重点归纳 1.飞行时间:由 t= 2 h 知,时间取决于下落高度 h,与
g
初速度 v0 无关.
2.水平射程:x=v0t=v0
2h g
,即水平射程由初速度 v0
和下落高度 h 共同决定,与其他因素无关.
3.落地速度:v= v2x+v2y= v20+2gh,以 θ 表示落地速度
解析:根据运动的合成与分解,将初速度分解为竖直方向 和水平方向的分速度,设初速度方向与竖直方向的夹角为 ,则
小球初速度的竖直分量v 竖=v0 cos ,根据小球的运动轨迹可知,
三个小球沿竖直方向的分运动相同,根据竖直上抛运动特点可知, 三个小球在空中运动时间相同,B 错误,C 正确;由于θ1>θ2 > θ3,故v01>v02>v03 ,落地时重力做功为零,所以落地时的速率 与初速度的大小相同,A 错误;小球初速度的水平分量 v水平= v0sin θ,可知沿路径 1 抛出的小球初速度的水平分量最大,D错误.
两个小球从不同高度同时沿相反方向水平抛出,其平抛运动轨
迹的交点为 P,则以下说法正确的是( )
A.a、b 两球同时落地
B.b 球先落地
C.a、b 两球在 P 点相遇
图 4-2-6
D.无论两球初速度大小多大,两球总不能相遇
答案:BD
考点3 斜抛运动 ⊙重点归纳 1.斜抛运动的本质:最高点(竖直速度为 0)左右两侧两个 平抛运动. 2.斜抛运动的特性: (1)斜抛运动的轨迹是抛物线,具有对称性; (2)斜抛运动的加速度是重力加速度,是匀变速运动; (3)只有重力做功,机械能守恒.
运动学规律得
v
y=
g
t,
y

1 2
g
t
2

x

v
0t
设抛出点到斜面最低点的距离为 h,由几何关系得
h= y+ xtan 37°
由 以 上 各 式 解 得 h= 1.7 m.
(2)在时间 t 内,滑块的位移为 x′,由几何关系得
x′=l

x cos 37°
设滑块的加速度为a,由运动学公式得x′= 1 at2 2
答案:C
模型 1 几种常见平抛运动模型的时间计算方法
(一)对着斜面的平抛运动(如图 4-2-10 所示) 方法:分解速度
vx=v0 vy=gt
t a n θ = v v 0 y = v g 0 t
可求得 t= v0 gtan
图 4-2-10
(二)顺着斜面的平抛运动(如图 4-2-11 所示) 方法:分解位移
方法点拨: (1)物体做平抛运动的时间由物体被抛出点的高度决定,而 物体的水平位移由物体被抛出点的高度和物体的初速度共同决 定. (2)两条平抛运动轨迹的相交处是两物体的可能相遇处,两 物体要在此处相遇,必须同时到达此处.
【考题题组】
3.(多选,2016年浙江台州模拟)如图 4-2-6 所示,a、b
x=v0t y= 1 gt2
2
tan = y
x
图 4-2-11
可求得 t=2 v 0 t g a n θ
(三)对着竖直墙壁的平抛运动 如图 4-2-12 所示,水平初速度 v0 不同时,虽然落点不同, 但水平位移相同.运动时间为t= d.
v0
图 4-2-12
(四)半圆内的平抛运动
如图 4-2-13 所示,由半径和几何关系制约时间 t,有
1
h=
gt2
2
R± R2 h2 =v0t
联立两方程可求 t.
图 4-2-13
例 1:(2016 年重庆江北中学水平测试)如图 4-2-14 所示, 倾角为 37°的斜面长 l=1.9 m,在斜面底端正上方的O点将一 小球以 v0=3 m/s 的速度水平抛出,与此同时静止释放顶端的滑 块,经过一段时间后小球恰好能够以垂直斜面的方向击中滑块. (小球和滑块均可视为质点,重力加速度 g 取 10 m/s2,sin 37°= 0.6,cos 37°=0.8),求:
D.适当减小投飞镖的初速度
图 4-2-5
答案:B
2.(2017 年浙江台州质检)从某高度水平抛出一小球,经过
t 时间到达地面时,速度方向与水平方向的夹角为 θ,不计空气
阻力,重力加速度为 g,下列结论中正确的是( )
A.小球初速度为 gt tan θ
B.若小球初速度增大,则平抛运动的时间变长
C.小球着地速度大小为
答案:C
图D24
考点 2 多体平抛问题
⊙重点归纳 1.多体平抛运动问题是指多个物体在同一竖直平面内 平抛时所涉及的问题. 2.三类常见的多体平抛运动 (1)若两物体同时从同一高度(或同一点)抛出,则两物体 始终在同一高度,二者间距只取决于两物体的水平分运动. (2)若两物体同时从不同高度抛出,则两物体高度差始终 与抛出点高度差相同,二者间距由两物体的水平分运动和竖 直高度差决定. (3)若两物体从同一点先后抛出,两物体竖直高度差随时 间均匀增大,二者间距取决于两物体的水平分运动和竖直分 运动.
【考题题组】
1.(2016年广东湛江一模)如图 4-2-5 所示,某同学将一 枚飞镖从高于靶心的位置水平投向竖直悬挂的靶盘,结果飞镖
打在靶心的正下方.忽略飞镖运动过程中所受的空气阻力,在
其他条件不变的情况下,为使飞镖命中靶心,他在下次投掷时
可以( ) A.换用质量稍大些的飞镖 B.适当增大投飞镖的高度 C.到稍远些的地方投飞镖
可能做出的调整为( ) A.减小初速度,抛出点高度不变 B.增大初速度,抛出点高度不变 C.初速度大小不变,降低抛出点高度
D.初速度大小不变,增大抛出点高度
图 4-2-2
答案:AC
2.做平抛运动的物体,落地过程在水平方向通过的距离取 决于( )
A.物体的初始高度和所受重力 B.物体的初始高度和初速度 C.物体所受的重力和初速度 D.物体所受的重力、初始高度和初速度 解析:水平方向通过的距离 x=v0t,由 h=12gt2 得 t= 2gh, 所以时间 t 由高度 h 决定;又 x=v0t=v0 2gh,故 x 由初始高度 h 和初速度 v0 共同决定,B 正确.
5.两个重要推论 (1)做平抛(或类平抛)运动的物体任一时刻的瞬时速度的反 向延长线一定通过此时水平位移的中点,如图 4-2-4 中 A 点和 B 点所示. (2)做平抛(或类平抛)运动的物体在任意时刻任一位置处, 设其速度方向与水平方向的夹角为α,位移方向与水平方向的夹 角为β,则 tan α=2tan β.
m
3.类平抛运动的求解方法 (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(即沿合力的方向)的匀加速直线 运动,两分运动彼此独立,互不影响,且与合运动具有等时性.
(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,将加速度分解为 ax、ay,初速度 v0 分解为 vx、vy, 然后分别在 x、y 方向列方程求解.
A.① 答案:A
B.②
图 4-2-8 C.③
D.④
5.如图 4-2-9 所示,从水平地面上不同位置斜抛出的三个 小球沿三条不同的路径运动最终落在同一点,三条路径的最高 点是等高的.若忽略空气阻力的影响,下列说法正确的是( )
图 4-2-9 A.沿路径 1 抛出的小球落地的速率最小 B.沿路径 3 抛出的小球在空中运动时间最长 C.三个小球抛出的初速度的竖直分量相等 D.三个小球抛出的初速度的水平分量相等
gt sin θ
D.小球在 t 时间内的位移方向与水平方向的夹角为 θ
解析:如图 D24 所示,小球竖直方向的速度为 vy=gt,则 初速度为 v0=gtcot θ,落地时速度 v=signtθ,选项 C 正确,A 错
误;平抛运动的时间 t= 2gy,由高度决定,选项 B 错误;设 位移方向与水平方向的夹角为 α,则 tan α=yx=2gvt0,tan θ=vv0y= vg0t,则 tan θ=2tan α,选项 D 错误.
3.处理方法:通过运动的合成与分解研究斜抛运动,这是 研究斜抛运动的基本方法,通过这样定量的分析可以有效提高 对斜抛运动的认识,所以必须了解斜抛运动的基本规律(以斜上 抛为例).
(1)水平方向:v0x=v0cos θ,ax=0; (2)竖直方向:v0y=v0sin θ,ay=g.
图 4-2-7
【考题题组】 4.(2016年江苏卷)有 A、B 两小球,B 的质量为 A 的两倍. 现将它们以相同速率沿同一方向抛出,不计空气阻力.图 4-2-8 中①为 A 的运动轨迹,则 B 的运动轨迹是( )
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