高考物理曲线运动专题复习 PPT 课件
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运动分解为沿初速度v0方向(不一定水平)的匀速运动(vx = v0, x =v0t)和合力方向(合力大小恒定且与初速度v0方向垂直)的 匀加速运动(vy = at,y = at2).注意加速度方向不一定竖 直向下、大小也不一定等于g.
专题三 │ 要点热点探究
例2如图1-3-5所示,边长为L的正方形 ABCD中有竖直向上的匀强电场.一个不计重 力的带电粒子,质量为m,电荷量为q,以初 速度v0从A点沿AD方向射入,正好从CD的中 点射出,而且射出时速度方向与CD成θ=
=
___________=_____________ =_____________=_____________ .匀速率圆周
运动是一个角速度、周期、频率、线速率不变;但线速度、向心加速度、向心力
时时改变的曲线运动.
专题三 │ 主干知识整合
2.匀速率圆周运动的向心力由物体所受_____________
【点评】 (1)对竖直平面内圆周运动临界问题的分析要特 别注意准确应用本讲中【主干知识整合】中对应的规律和方法, 当然也可能出现涉及与绳子抗拉能力(或杆的支持能力)相关的 临界问题;
(2)水平面内的圆周运动往往和静摩擦力相结合命制临界问 题,要特别注意观察和理解一些相关的情景和设备(例如火车拐 弯涉及的轮缘与铁轨内外轨的位置关系等),这往往成为能否迅 速准确解题的关键,而下面的变式题则给我们提供了又一新情 景.
专题三 │ 要点热点探究
► 探究点二 平抛与类平抛运动
1.平抛运动的处理方法是将其分解为水平方向和竖直方 向的两个分运动.
(1)水平方向:做匀速直线运动,vx = v0,x =v0t, (2)竖直方向:做自由落体运动,υy = gt,y = gt2
2.类平抛运动的点探究
例 3 如图 1-3-7 所示的“S”字形玩具轨道,该轨道 是用内壁光滑的薄壁细圆管弯成,将轨道水平方向固定在 竖直平面内,轨道弯曲部分是由两个半径相等的半圆连接 而成,圆半径比细管内径大得多,轨道底端与水平地面相
切,弹射装置将一个小球(可视为质点)从 a 点水平弹射向 b 点并进入轨道,经过轨道后从 P 点水平抛出,已知小球与 地面 ab 段间的动摩擦因数 μ=0.2,不计其他机械能损失, ab 段长 L=1.25 m,圆的半径 R=0.1 m,小球质量 m=0.01 kg,轨道质量 M=0.22 kg,g=10 m/s2,求:
. ,合
位移大
小:s= x2+y2,方向:tan φ=xy=2gvt0.
2y
3.下落时间:t= ______g_______;初速度:v0=x·
g 2y.
4.以上规律可以推广到类平抛运动.
专题三 │ 主干知识整合
二、匀速率圆周运动
s
t 1.匀速率圆周运动可用线速度(v=_____________)、角速度(ω=
当 v= gr时,杆对小球的支持力_____等____于零; 当 v> gr时,杆对小球提供______拉_______力.
专题三 │ 主干知识整合
3.由重力场与电场组成的复合场中的圆周运动如图1-3-3所示,要求小
球能在竖直平面内做完整的圆周运动,则在最高点的速度至少为多大?
此时小球受重力和电场力,平衡位置 A 偏离 竖直位置 θ 角,在同一直径上另一点为 B,物体
力,车厢没有离心侧翻的趋势,当列车行走在直线上时,车厢 又恢复原状,就像玩具“不倒翁”一样.它的优点是能够在现 有线路上运行,无需对线路等设施进行较大的改造.运行实践 表明:摆式列车通过弯道
专题三 │ 要点热点探究
的速度可提高20%~40%,最高可 达50%,摆式列车不愧为“曲线冲 刺能手”.假设有一超高速摆式 列车在水平面内行驶,以360 km/h的速度转弯,转弯半径为2 km,则质量为50 kg 的乘客在拐 弯过程中所受到的火车给他的作 用力约为 ( ) 图1-3-8 A. 500 N B.559 N C.707 N D.0
φ
1
_______t______)、周期T、频率f、向心加速v2度(a=
______f ___)等运动量描述, 2π
这__些__运_ω_动_2_r量_2_Tπ存__在_ 的;关v=系_2有_π_f:_r_T_=ω___r__________=__4_T_π__2_2_rr_____;_2_Tωπ__r==________4__π___2__f_v_2r_r2________;Ta=
30°的夹角. (1)该带电粒子带什么电?
(2)该电场的场强E为多少?
专题三 │ 要点热点探究
专题三 │ 要点热点探究
(1)负电
(2)
3mv20 qL
【解析】 (1)根据做曲线运动的物体受的合力总是指向 曲线凹的一侧,故带电粒子受的电场力竖直向下,带电粒子 所受电场力方向与场强方向相反,所以粒子应带负电.
专题三 │ 要点热点探究
例1一物体在直角坐标系xOy所在的平面内由O点处开始运动,
其沿坐标轴方向的两个分速度随时间变化的图象如图1-3-4所 示,则对该物体运动过程的描述正确的是( )
A.物体在0~3 s内做直线运动 B.物体在0~3 s内做变加速运动 C.物体在3~4 s内做曲线运动 D.物体在3~4 s内做直线运动
专题三 │ 要点热点探究
变式题[2010·全国卷Ⅰ] 一水平抛出的小球落到
一倾角为θ的斜面上时,其速度方向与斜面垂直,运动
轨迹如图1-3-6中虚线所示.小球在竖直方向下落的 距离与在水平方向通过的距离之比为( )
A.tanθ B.2tanθ
1
C.tanθ
1
D.2tanθ
专题三 │ 要点热点探究
D 【解析】 如图所示;平抛的末速度与竖直方向 的夹角等于斜面倾角 θ,由图可知:tan θ=vg0t.则下落高度 与水平射程之比为xy=2gvt20t=2gvt0=2ta1n θ,D 正确.
专题三 │ 要点热点探究
弯急,变路式况题复杂如,图依1-靠3现-有8所车示型,提有速些的地难区度的较铁大路,由铁于路弯部多门、通
过引进摆式列车来解决转弯半径过小造成的离心问题,摆式列 车是集电脑、自动控制等高新技术于一体的新型高速列车.当 列车转弯时,在电脑控制下,车厢会自动倾斜,使得车厢受到
的弹力FN与车厢底板垂直,FN与车厢重力的合力恰好等于向心
受到的合力为 F= mg2+qE2,类比重力场中
运
动
,
相
当
于
等
效
“
重
力
加
速
度
”g′
=
F m
=
g2+qmE2,A 为“最低点”,B 为“最高点”, 故小球能在竖直平面内做完整的圆周运动的条 件:小球通过 B 点时的速度 vB≥ g′l.
专题三 │ 要点热点探究
要点热点探究
► 探究点一 运动的合成与分解
专题三 │ 要点热点探究
B 【解析】 根据题意有 v=360 km/h=100
m/s,所以火车转弯时乘客需要的向心力为 F
=
mv2 R
=
250
N,火车给他的作用力
FN =
mg2+F2=559 N,本题只有选项 B 正确.
专题三 │ 教师备用题
教师备用题
1.一质点在xOy平面内运动的轨迹如图所示,下
运动的合成与分解是求解曲线运动的基本方法.运动的合成与分 解实质是对描述运动的物理参量(速度、加速度、位移)进行合成与分 解.
平抛运动是高考重点考查的典型曲线运动之一,平抛运动是一个 合运动,是水平方向匀速直线运动和竖直方向自由落体运动的合运动, 所以平抛运动的位移为合位移、速度为合速度、加速度为合加速 度.准确进行运动参量的合成与分解是解决平抛运动问题的关键,同 时又要注意合运动与分运动的独立性、等时性.等时性是高考命题间 接给出时间关系的科学依据,所以及时利用等时性特点便成了一个解 题诀窍!
专题三 │ 要点热点探究
【点评】 (1)合运动性质决定于合初速度与合加速度 (即合外力)情况:①合加速度恒定,物体做匀变速运动;合 加速度是变化的,物体做非匀变速运动.②合初速度与合加 速度在一条直线上,物体做直线运动;合初速度与合加速度 不在一条直线上,物体做曲线运动.例如,题中3 s后的合运 动性质为匀减速直线运动.(2)在运动的分解问题中,要特别 注意合运动(合速度、合加速度、合位移的确定),其判定方 法:实际运动即为合运动.
(2)带电粒子在电场中做类平抛运动,则水平方向:L= v0t
Eq 竖直方向:vy=at,a = m
根据带电粒子离开电场时的运动方向,由图可得
vvy0=tan (90°- θ)联立解得场强 E= 3qmLv20.
专题三 │ 要点热点探究
【点评】 平抛运动、类平抛运动处理的方法都是采用 运动分解的方法,即分解为初速度方向的匀速直线运动和垂 直初速度方向初速为零的匀加速直线运动.上面的例题属于 类平抛运动的问题,下面的变式题则是一道考查平抛运动的 问题.
专题三 │ 要点热点探究
【点拨】 本题为合运动性质的判定问题.
D 【解析】 由运动图象可知:0~3 s内,物体在x 方向匀速运动,物体在y方向做初速度为0的匀加速运动,
故合运动为匀变速曲线运动,选项A、B均错;3s末,加速 度和速度方向如图,由图可知合速度与合加速度方向相反, 故物体做匀减速直线运动,选项C错误、选项D正确.
专题三│ 曲线运动
曲线运动专题复习
专题三│ 主干知识整合
主干知识整合
一、平抛运动
平抛运动可分解为水平方向的匀速运动与竖直方向的自由落体
运动,物体所受的合外力为重力,故产生的加速度为 g.
1.速度:vx= ____v_0________,vy=____g_t______,
v2. 2=位__移_v_:2x_+_x_= v_2y_______v__0_t__,__合__速,度y方=向_:__t_a21_ng_tθ_2= ___vv_xy= __vgt0
高v点2 时所受的重力恰好提供向心力,即:______=m gr,这 时的r 速度是做圆周运动的最小速度vmin=______.
专题三 │ 主干知识整合
2.如图 1-3-2 所示,一轻杆系一小球在竖直平面内做 圆周运动.小球能到达最高点(刚好做圆周运动)的条件是小球 在最高点处 v≥0.
当 v=0 时,杆对小球的支持力___等______于小球的重力; 当 0<v< gr时,杆对小球的支持力_____小______于小球的 重力;
专题三 │ 要点热点探究
► 探究点三 圆周运动及其相关问题
匀速圆周运动是高考要求的另一个典型曲线运动形式.对匀 速率圆周运动的分析应特别注意以下几点:(1)准确理解描述匀速 率圆周运动的参量,准确进行运动分析,找出其圆心和半径;(2) 准确进行受力分析,明确向心力由谁提供;(3)应用牛顿第二定律 建立动力学方程.
专题三 │ 要点热点探究
(2)小球在最高点 P 时,要使轨道对地面压力为 零,则小球在最高点给轨道的向上的弹力为 Mg,设 此时小球速度为 vt,对小球由牛顿第二定律,得
(M+m)g=mvR2t ⑤ 根据动能定理有 -μmgL-4mgR=21mv2t -12mv20⑥ 联立解得 v0=6 m/s
专题三 │ 要点热点探究
专题三 │ 要点热点探究
(1)若v0= m/s,小球 从P点抛出后的水平射程;
(2)当v0至少为多大时,
小球在最高点时才能使轨 道对地面的压力为零.
【点拨】 (1)小球到达P点的速度即为平抛运动的初速
度;(2)注意挖掘“轨道对地面的压力为零”所带来的有效 信息.
专题三 │ 要点热点探究
(1) 0.8 m (2) 6 m/s 【解析】 (1)设小球运动到最高点 P 的速度为 v, 根据动能定理有 -μmgL-4mgR=21mv2-12m v20 ① 解出 v2=v20-2μgL-8gR ② 小球离开 P 点后做平抛运动,则 x 方向有 x=vt③ y 方向有 4R= 12gt2 ④ 解得 x=0.8 m
提__合供__外,_m_力两_vr_2者__存__在_=着_下__列__关__m系_ω_:2_r_F_合_,=但F向变或速F合m圆=4Tπ周22_r_运__动__一__般__情=况
下不满足上述关系.
专题三 │ 主干知识整合
三、竖直平面内的变速圆周运动中的临界条件 1.如图1-3-1所示,轻绳系一小球在竖直平面内做圆周运 动.小球能到达最高点(刚好做圆周运动)的条件是mg小球在最
专题三 │ 要点热点探究
例2如图1-3-5所示,边长为L的正方形 ABCD中有竖直向上的匀强电场.一个不计重 力的带电粒子,质量为m,电荷量为q,以初 速度v0从A点沿AD方向射入,正好从CD的中 点射出,而且射出时速度方向与CD成θ=
=
___________=_____________ =_____________=_____________ .匀速率圆周
运动是一个角速度、周期、频率、线速率不变;但线速度、向心加速度、向心力
时时改变的曲线运动.
专题三 │ 主干知识整合
2.匀速率圆周运动的向心力由物体所受_____________
【点评】 (1)对竖直平面内圆周运动临界问题的分析要特 别注意准确应用本讲中【主干知识整合】中对应的规律和方法, 当然也可能出现涉及与绳子抗拉能力(或杆的支持能力)相关的 临界问题;
(2)水平面内的圆周运动往往和静摩擦力相结合命制临界问 题,要特别注意观察和理解一些相关的情景和设备(例如火车拐 弯涉及的轮缘与铁轨内外轨的位置关系等),这往往成为能否迅 速准确解题的关键,而下面的变式题则给我们提供了又一新情 景.
专题三 │ 要点热点探究
► 探究点二 平抛与类平抛运动
1.平抛运动的处理方法是将其分解为水平方向和竖直方 向的两个分运动.
(1)水平方向:做匀速直线运动,vx = v0,x =v0t, (2)竖直方向:做自由落体运动,υy = gt,y = gt2
2.类平抛运动的点探究
例 3 如图 1-3-7 所示的“S”字形玩具轨道,该轨道 是用内壁光滑的薄壁细圆管弯成,将轨道水平方向固定在 竖直平面内,轨道弯曲部分是由两个半径相等的半圆连接 而成,圆半径比细管内径大得多,轨道底端与水平地面相
切,弹射装置将一个小球(可视为质点)从 a 点水平弹射向 b 点并进入轨道,经过轨道后从 P 点水平抛出,已知小球与 地面 ab 段间的动摩擦因数 μ=0.2,不计其他机械能损失, ab 段长 L=1.25 m,圆的半径 R=0.1 m,小球质量 m=0.01 kg,轨道质量 M=0.22 kg,g=10 m/s2,求:
. ,合
位移大
小:s= x2+y2,方向:tan φ=xy=2gvt0.
2y
3.下落时间:t= ______g_______;初速度:v0=x·
g 2y.
4.以上规律可以推广到类平抛运动.
专题三 │ 主干知识整合
二、匀速率圆周运动
s
t 1.匀速率圆周运动可用线速度(v=_____________)、角速度(ω=
当 v= gr时,杆对小球的支持力_____等____于零; 当 v> gr时,杆对小球提供______拉_______力.
专题三 │ 主干知识整合
3.由重力场与电场组成的复合场中的圆周运动如图1-3-3所示,要求小
球能在竖直平面内做完整的圆周运动,则在最高点的速度至少为多大?
此时小球受重力和电场力,平衡位置 A 偏离 竖直位置 θ 角,在同一直径上另一点为 B,物体
力,车厢没有离心侧翻的趋势,当列车行走在直线上时,车厢 又恢复原状,就像玩具“不倒翁”一样.它的优点是能够在现 有线路上运行,无需对线路等设施进行较大的改造.运行实践 表明:摆式列车通过弯道
专题三 │ 要点热点探究
的速度可提高20%~40%,最高可 达50%,摆式列车不愧为“曲线冲 刺能手”.假设有一超高速摆式 列车在水平面内行驶,以360 km/h的速度转弯,转弯半径为2 km,则质量为50 kg 的乘客在拐 弯过程中所受到的火车给他的作 用力约为 ( ) 图1-3-8 A. 500 N B.559 N C.707 N D.0
φ
1
_______t______)、周期T、频率f、向心加速v2度(a=
______f ___)等运动量描述, 2π
这__些__运_ω_动_2_r量_2_Tπ存__在_ 的;关v=系_2有_π_f:_r_T_=ω___r__________=__4_T_π__2_2_rr_____;_2_Tωπ__r==________4__π___2__f_v_2r_r2________;Ta=
30°的夹角. (1)该带电粒子带什么电?
(2)该电场的场强E为多少?
专题三 │ 要点热点探究
专题三 │ 要点热点探究
(1)负电
(2)
3mv20 qL
【解析】 (1)根据做曲线运动的物体受的合力总是指向 曲线凹的一侧,故带电粒子受的电场力竖直向下,带电粒子 所受电场力方向与场强方向相反,所以粒子应带负电.
专题三 │ 要点热点探究
例1一物体在直角坐标系xOy所在的平面内由O点处开始运动,
其沿坐标轴方向的两个分速度随时间变化的图象如图1-3-4所 示,则对该物体运动过程的描述正确的是( )
A.物体在0~3 s内做直线运动 B.物体在0~3 s内做变加速运动 C.物体在3~4 s内做曲线运动 D.物体在3~4 s内做直线运动
专题三 │ 要点热点探究
变式题[2010·全国卷Ⅰ] 一水平抛出的小球落到
一倾角为θ的斜面上时,其速度方向与斜面垂直,运动
轨迹如图1-3-6中虚线所示.小球在竖直方向下落的 距离与在水平方向通过的距离之比为( )
A.tanθ B.2tanθ
1
C.tanθ
1
D.2tanθ
专题三 │ 要点热点探究
D 【解析】 如图所示;平抛的末速度与竖直方向 的夹角等于斜面倾角 θ,由图可知:tan θ=vg0t.则下落高度 与水平射程之比为xy=2gvt20t=2gvt0=2ta1n θ,D 正确.
专题三 │ 要点热点探究
弯急,变路式况题复杂如,图依1-靠3现-有8所车示型,提有速些的地难区度的较铁大路,由铁于路弯部多门、通
过引进摆式列车来解决转弯半径过小造成的离心问题,摆式列 车是集电脑、自动控制等高新技术于一体的新型高速列车.当 列车转弯时,在电脑控制下,车厢会自动倾斜,使得车厢受到
的弹力FN与车厢底板垂直,FN与车厢重力的合力恰好等于向心
受到的合力为 F= mg2+qE2,类比重力场中
运
动
,
相
当
于
等
效
“
重
力
加
速
度
”g′
=
F m
=
g2+qmE2,A 为“最低点”,B 为“最高点”, 故小球能在竖直平面内做完整的圆周运动的条 件:小球通过 B 点时的速度 vB≥ g′l.
专题三 │ 要点热点探究
要点热点探究
► 探究点一 运动的合成与分解
专题三 │ 要点热点探究
B 【解析】 根据题意有 v=360 km/h=100
m/s,所以火车转弯时乘客需要的向心力为 F
=
mv2 R
=
250
N,火车给他的作用力
FN =
mg2+F2=559 N,本题只有选项 B 正确.
专题三 │ 教师备用题
教师备用题
1.一质点在xOy平面内运动的轨迹如图所示,下
运动的合成与分解是求解曲线运动的基本方法.运动的合成与分 解实质是对描述运动的物理参量(速度、加速度、位移)进行合成与分 解.
平抛运动是高考重点考查的典型曲线运动之一,平抛运动是一个 合运动,是水平方向匀速直线运动和竖直方向自由落体运动的合运动, 所以平抛运动的位移为合位移、速度为合速度、加速度为合加速 度.准确进行运动参量的合成与分解是解决平抛运动问题的关键,同 时又要注意合运动与分运动的独立性、等时性.等时性是高考命题间 接给出时间关系的科学依据,所以及时利用等时性特点便成了一个解 题诀窍!
专题三 │ 要点热点探究
【点评】 (1)合运动性质决定于合初速度与合加速度 (即合外力)情况:①合加速度恒定,物体做匀变速运动;合 加速度是变化的,物体做非匀变速运动.②合初速度与合加 速度在一条直线上,物体做直线运动;合初速度与合加速度 不在一条直线上,物体做曲线运动.例如,题中3 s后的合运 动性质为匀减速直线运动.(2)在运动的分解问题中,要特别 注意合运动(合速度、合加速度、合位移的确定),其判定方 法:实际运动即为合运动.
(2)带电粒子在电场中做类平抛运动,则水平方向:L= v0t
Eq 竖直方向:vy=at,a = m
根据带电粒子离开电场时的运动方向,由图可得
vvy0=tan (90°- θ)联立解得场强 E= 3qmLv20.
专题三 │ 要点热点探究
【点评】 平抛运动、类平抛运动处理的方法都是采用 运动分解的方法,即分解为初速度方向的匀速直线运动和垂 直初速度方向初速为零的匀加速直线运动.上面的例题属于 类平抛运动的问题,下面的变式题则是一道考查平抛运动的 问题.
专题三 │ 要点热点探究
【点拨】 本题为合运动性质的判定问题.
D 【解析】 由运动图象可知:0~3 s内,物体在x 方向匀速运动,物体在y方向做初速度为0的匀加速运动,
故合运动为匀变速曲线运动,选项A、B均错;3s末,加速 度和速度方向如图,由图可知合速度与合加速度方向相反, 故物体做匀减速直线运动,选项C错误、选项D正确.
专题三│ 曲线运动
曲线运动专题复习
专题三│ 主干知识整合
主干知识整合
一、平抛运动
平抛运动可分解为水平方向的匀速运动与竖直方向的自由落体
运动,物体所受的合外力为重力,故产生的加速度为 g.
1.速度:vx= ____v_0________,vy=____g_t______,
v2. 2=位__移_v_:2x_+_x_= v_2y_______v__0_t__,__合__速,度y方=向_:__t_a21_ng_tθ_2= ___vv_xy= __vgt0
高v点2 时所受的重力恰好提供向心力,即:______=m gr,这 时的r 速度是做圆周运动的最小速度vmin=______.
专题三 │ 主干知识整合
2.如图 1-3-2 所示,一轻杆系一小球在竖直平面内做 圆周运动.小球能到达最高点(刚好做圆周运动)的条件是小球 在最高点处 v≥0.
当 v=0 时,杆对小球的支持力___等______于小球的重力; 当 0<v< gr时,杆对小球的支持力_____小______于小球的 重力;
专题三 │ 要点热点探究
► 探究点三 圆周运动及其相关问题
匀速圆周运动是高考要求的另一个典型曲线运动形式.对匀 速率圆周运动的分析应特别注意以下几点:(1)准确理解描述匀速 率圆周运动的参量,准确进行运动分析,找出其圆心和半径;(2) 准确进行受力分析,明确向心力由谁提供;(3)应用牛顿第二定律 建立动力学方程.
专题三 │ 要点热点探究
(2)小球在最高点 P 时,要使轨道对地面压力为 零,则小球在最高点给轨道的向上的弹力为 Mg,设 此时小球速度为 vt,对小球由牛顿第二定律,得
(M+m)g=mvR2t ⑤ 根据动能定理有 -μmgL-4mgR=21mv2t -12mv20⑥ 联立解得 v0=6 m/s
专题三 │ 要点热点探究
专题三 │ 要点热点探究
(1)若v0= m/s,小球 从P点抛出后的水平射程;
(2)当v0至少为多大时,
小球在最高点时才能使轨 道对地面的压力为零.
【点拨】 (1)小球到达P点的速度即为平抛运动的初速
度;(2)注意挖掘“轨道对地面的压力为零”所带来的有效 信息.
专题三 │ 要点热点探究
(1) 0.8 m (2) 6 m/s 【解析】 (1)设小球运动到最高点 P 的速度为 v, 根据动能定理有 -μmgL-4mgR=21mv2-12m v20 ① 解出 v2=v20-2μgL-8gR ② 小球离开 P 点后做平抛运动,则 x 方向有 x=vt③ y 方向有 4R= 12gt2 ④ 解得 x=0.8 m
提__合供__外,_m_力两_vr_2者__存__在_=着_下__列__关__m系_ω_:2_r_F_合_,=但F向变或速F合m圆=4Tπ周22_r_运__动__一__般__情=况
下不满足上述关系.
专题三 │ 主干知识整合
三、竖直平面内的变速圆周运动中的临界条件 1.如图1-3-1所示,轻绳系一小球在竖直平面内做圆周运 动.小球能到达最高点(刚好做圆周运动)的条件是mg小球在最