第4章 抛体运动与圆周运动学年高中物理同步广东合格考讲义.docx
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第4章抛体运动与圆周运动学年高中物理同步广东合格考讲义
考纲展示
考纲汇总
备考指导
2015
2016
2017
2018
2019
2020
运动的合成与分解(Ⅰ)
T18、T52
T9
T4
从考试题目可分析出,本章的内容侧重于考查平抛运动及匀速圆周运动的特点,受力情况的判别,以及角速度、线速度、向心加速度、周期等基础物理量的计算公式,离心现象考查的比较基础,主要能掌握概念以及日常生活中的离心现象.备考时,要注重公式的识记,适当代入数据计算就可以简单得出正确答案.
抛体运动(Ⅰ)
T10
(1)、T54、T54
(1)
T52
T37、T51
T9
T8、T53
T5
匀速圆周运动、角速度、线速度、向心加速度(Ⅰ)
T3、T41T43、T43
(1)、T57
(1)
T5、T18
T13
T54
T19
T8
匀速圆周运动的向心力(Ⅱ)离心现象(Ⅰ)
T38
(1)、T12、T13
(1)
T39、T10
T17
T59
T10、T15
运动的合成与分解
[基础知识填充]
1.曲线运动:
质点所受合外力的方向(或加速度方向)跟它的速度方向不在同一直线上.
2.曲线运动的性质
(1)曲线运动中运动的方向时刻改变,质点在某一时刻(或某一点)的速度方向是沿轨迹的切线方向,并指向运动的一侧.
(2)曲线运动一定是变速运动,一定具有加速度.
(3)常见的曲线运动有:
平抛运动、圆周运动.
3.运动的条件
(1)运动速度方向与加速度的方向共线时,运动轨迹是直线.
(2)运动速度方向与加速度的方向不共线,且合力为定值,运动为匀变速曲线运动,如:
平抛运动.
(3)运动速度方向与加速度的方向不共线,且合力不为定值,运动为变加速曲线运动,如:
匀速圆周运动.
4.曲线运动速度大小、方向的判定
(1)力的方向与速度垂直时:
速度的大小不变,轨迹向力的方向弯曲;
(2)力的方向与速度成锐角时:
速度的大小变大,轨迹向力的方向弯曲;
(3)力的方向与速度成钝角时:
速度的大小变小,轨迹向力的方向弯曲.
5.合运动与分运动的概念
(1)合运动和分运动:
实际表现出来的运动叫合运动,参与的几个运动叫分运动.
(2)运动的合成与分解:
已知分运动求解合运动的过程,叫运动的合成;已知合运动求解分运动的过程,叫运动的分解.
6.运动合成与分解的运算法则:
运动合成与分解是矢量的合成与分解,遵从平行四边形定则.
7.运动的合成与分解
(1)运动的合成
①同一条直线上的两分运动的合成:
同向相加,反向相减;
②不在同一条直线上的两个分运动的合成,按照平行四边形定则进行合成,如图所示:
(2)运动的分解
①是运动合成的逆过程;
②根据运动的实际效果分解或正交分解.
(3)合运动与分运动的关系
①等时性:
各分运动经历的时间与合运动经历的时间相同;
②独立性:
一个物体同时参与几个分运动,各分运动独立进行不受其他分运动的影响;
③等效性:
各分运动的规律叠加起来与合运动规律有完全相同的效果.
(4)处理曲线运动问题的常用方法:
把曲线运动分解成两个方向上的直线运动.
[学考真题对练]
1.(2020·广东学业水平考试)有关部门经常组织志愿者开展横渡珠江活动向社会宣传保护水环境.若某志愿者从江岸边的位置P出发,保持游姿方向始终与对岸垂直,游速大小恒定,江水的流速不变.该志愿者渡江的轨迹应是图中的( )
A.① B.② C.③ D.④
[答案] C
2.(2019·广东学业水平考试)关于合运动与分运动,下列说法正确的是( )
A.合运动的速度一定比分运动的速度大
B.合运动的位移一定比分运动的位移大
C.合运动的时间等于分运动的时间
D.两个直线运动的合运动一定是直线运动
[答案] C
3.(2016·广东学业水平考试)如图所示,一条小船渡河,河水流速v1=3m/s,船在静水中速度v2=4m/s,船头方向与河岸垂直,关于小船的运动,下列说法正确的是( )
A.小船的实际运动轨迹与岸垂直
B.小船相对于岸的速度大小为1m/s
C.小船相对于岸的速度大小为5m/s
D.小船相对于岸的速度大小为7m/s
C [小船既要沿水流向下运动,又要相对水流垂直对岸运动,A错误.其实际速度(相对岸的速度)大小等于
=5m/s,B、D错误,C正确.]
4.(2015·广东学业水平考试)小船在静水中的速度为v.若小船过河时船头始终与岸垂直,水流速度增大后( )
A.小船相对于岸的速度减小
B.小船相对于岸的速度增大
C.小船能到达出发点的正对岸
D.小船到达对岸的过河路程减小
B [船相对岸的速度为
.]
5.(2015·广东学业水平考试)甲、乙两人沿同一条平直公路骑车,某时刻甲的速度大小为4m/s,方向向东;乙的速度大小为3m/s,方向向西.此时,两者相对速度的大小是( )
A.0 B.1m/s C.3m/s D.7m/s
D [v相对=3m/s+4m/s=7m/s.]
1.曲线运动的特点
(1)轨迹是一条曲线.
(2)曲线运动速度的方向
①质点在某一点(或某一时刻)的速度方向是沿曲线的这一点的切线方向.
②曲线运动的速度方向时刻改变.
(3)是变速运动,必有加速度.
(4)合外力一定不为零(必受到外力作用).
2.曲线运动中,物体所受合外力一定在曲线凹的一侧.
3.合运动与分运动的关系
等时性
若一个物体同时参与几个分运动,那么合运动与各分运动经历的时间相等,即同时开始,同时进行,同时停止
等效性
各分运动叠加起来与合运动有完全相同的效果
独立性
一个物体同时参与几个分运动,各分运动独立进行,不受其他分运动的影响
同一性
合运动和它的分运动必须是对应于同一物体的,对应于同一时刻或同一段运动过程的
[最新模拟快练]
1.(2019·清远学测模拟)自然界中有很多物体做曲线运动,在所有的曲线运动中,物体的运动速度( )
A.方向一定改变 B.方向一定不变
C.大小一定改变D.大小一定不变
[答案] A
2.(2018·梅州学考模拟)对曲线运动的下列判断,正确的是( )
A.变速运动一定是曲线运动
B.曲线运动一定是变速运动
C.速率不变的曲线运动是匀速运动
D.曲线运动是速度不变的运动
[答案] B
3.(2020·江门学测模拟)下列说法正确的是( )
A.做曲线运动的物体速度方向一定发生变化
B.速度方向发生变化的运动一定是曲线运动
C.速度变化的运动一定是曲线运动
D.加速度变化的运动一定是曲线运动
[答案] A
4.(2018·潮州学考模拟)如图所示的曲线为运动员抛出的铅球运动轨迹(铅球视为质点).A、B、C为曲线上的三点,铅球由A向B再向C运动.关于铅球在B点的速度方向,下列说法正确的是( )
A.为AB方向B.为BC方向
C.为BD方向D.为BE方向
[答案] C
5.如图所示,在水平桌面上摆一条弯曲的轨道,它是由几段稍短的弧形光滑轨道组合而成的.通过压缩弹簧使钢球从轨道的C端进入,在轨道的约束下做曲线运动.则下列说法中正确的是( )
A.钢球在运动过程中做速度不变的运动
B.钢球在轨道中加速度为零
C.弹簧的弹性势能转化为钢球的动能和重力势能
D.从A点飞出时,钢球的速度方向一定沿着A点切线方向
[答案] D
6.(2019·清远学测模拟)如图所示,冰球以速度v1在水平冰面上向右运动.运动员沿冰面在垂直v1的方向上快速击打冰球,冰球立即获得沿击打方向的分速度v2.不计冰面摩擦和空气阻力.下列图中的虚线能正确反映冰球被击打后运动轨迹的是( )
A B
C D
B [两匀速直线运动的合运动为匀速直线运动.]
7.(2018·吴川学考模拟)如图所示,一艘炮艇沿长江由西向东快速行驶,在炮艇上发射炮弹射击北岸的目标.要击中目标,射击方向应( )
A.对准目标
B.偏向目标的西侧
C.偏向目标的东侧
D.无论对准哪个方向都无法击中目标
[答案] B
8.(2019·淮安学测模拟)如图所示,某人由A点划船渡河,船头指向始终与河岸垂直,关于小船的运动,下列说法中正确的是( )
A.小船到达正对岸的B点
B.小船到达正对岸B点的左侧
C.小船到达正对岸B点的右侧
D.水流速度大小对小船渡河时间有影响
C [由于水流的影响小船到达正对岸B点的右侧,水流速度对渡河时间无影响.]
9.(2020·梅州学考模拟)在足球场上罚任意球时,运动员踢出的足球,在行进中绕过“人墙”转弯进入了球门.守门员“望球莫及”,轨迹如图所示.关于足球在这一飞行过程中的受力方向和速度方向,下列说法中正确的是( )
A.合外力的方向与速度方向在一条直线上
B.合外力的方向沿轨迹切线方向,速度方向指向轨迹内侧
C.合外力方向指向轨迹内侧,速度方向沿轨迹切线方向
D.合外力方向指向轨迹外侧,速度方向沿轨迹切线方向
[答案] C
抛体运动
[基础知识填充]
1.定义:
将物体以一定的初速度沿水平方向抛出,不考虑空气阻力,物体只在重力的作用下所做的运动.
2.性质:
平抛运动是加速度为g的匀变速曲线运动,其运动轨迹是一条抛物线.
3.平抛运动的基本规律
平抛运动可分解为水平方向的匀速运动和竖直方向的自由落体运动这两个分运动.
(1)速度:
vx=v0,vy=gt
合速度:
v=
方向:
tanθ=
=
.
(2)位移:
x=v0t,y=
gt2
合位移大小:
s=
方向:
tanα=
=
·t.
(3)时间:
由y=
gt2得t=
(由下落的高度y决定).
[学考真题对练]
1.(2020·广东学业水平考试)玩“套圈圈”游戏时,身材高大的老师和一年级小明同学直立站在同一水平线上,两人同时向各自正前方3m处放置在水平地面上的玩具小熊水平抛出小圆环,小圆环恰好都套中玩具熊,小圆环离手后的运动可视作平抛运动,下列说法正确的是( )
A.小明先套住玩具熊
B.老师先套住玩具熊
C.两人同时套住玩具熊
D.两人水平抛出小圆环的初速度相同
[答案] A
2.(2019·广东学业水平考试)忽略空气阻力,下列物体的运动可视为平抛运动的是( )
A.炸弹从水平匀速飞行的飞机上自由释放
B.排球被运动员直接扣向地面
C.苹果从树上自由下落
D.炮弹从倾斜炮筒中射出
[答案] A
3.(2018·广东学业水平考试)物体以9m/s的初速度从距水平地面20m高的塔上被水平抛出.不计空气阻力,g取10m/s2,则物体从抛出点到落地点的水平距离为( )
A.12mB.18m
C.20mD.45m
B [由平抛运动规律得h=
gt2⇒20=
×10×t2,得t=2s,则s=v0t=9×2m=18m.]
4.(2019·广东学业水平考试)(多选)某人在游乐场玩飞镖游戏,他把飞镖水平抛出后,发现飞镖扎在靶心正下方,如图所示.要使飞镖扎中靶心,下列方法可行的有( )
A.保持初始位置不变,适当增大初速度
B.保持初始位置不变,适当减小初速度
C.保持初速度和水平距离不变,适当减小初始高度
D.保持初速度和水平距离不变,适当增加初始高度
[答案] AD
5.(2017·广东学业水平考试)(多选)如图所示,O点处有一小球以v=8m/s的水平初速度做平抛运动,经过2s,小球到达M点(g取10m/s2),则下列说法正确的有( )
A.O、M两点之间的水平距离为16m
B.O、M两点之间的竖直距离为20m
C.小球在M点的水平分速度大小为16m/s
D.小球在M点的竖直分速度大小为10m/s
AB [O、M两点之间的水平距离s=v0t=16m,竖直距离h=
gt2=20m,A、B正确.小球在M点的水平分速度大小为8m/s,竖直分速度大小vy=gt=20m/s,C、D错误.]
6.(2016·广东学业水平考试)沿水平方向做匀速直线运动的飞机空投物资,若不计空气阻力,飞行员和地面上的人观察到物资在空中运动的轨迹分别是( )
A.曲线,曲线 B.直线,曲线
C.曲线,直线D.直线,直线
B [物资相对飞机做自由落体运动,相对地面做平抛运动.]
7.(2016·广东学业水平考试)运动员将网球水平击出,球未触网落到对方场地,已知击球点离地面的高度为1.8m,重力加速度取10m/s2,则球在空中的飞行时间大约是( )
A.0.6sB.0.36s
C.5sD.0.18s
A [由h=
gt2,得t=
=0.6s.]
8.(2016·广东学业水平考试)(多选)如图所示,小球以5m/s的速度水平抛出,经过0.8s落地,g取10m/s2,不计空气阻力.下列说法正确的有( )
A.小球在水平方向的位移大小是3.2m
B.小球在竖直方向的位移大小是3.2m
C.小球落地时在水平方向的速度大小是5m/s
D.小球落地时在竖直方向的速度大小是5m/s
BC [小球在水平方向做匀速直线运动,C正确.水平方向的位移x=v0t=5×0.8m=4m,A错误.竖直方向的位移h=
gt2=3.2m,B正确.vy=gt=10×0.8m/s=8m/s,D错误.]
平抛运动的规律
[最新模拟快练]
1.(2019·汕尾学测模拟)关于平抛运动,下列说法中正确的是( )
A.平抛运动是匀速运动
B.平抛运动是加速度不断变化的运动
C.平抛运动是匀变速曲线运动
D.做平抛运动的物体落地时速度方向一定是竖直向下的
C [平抛运动为匀变速曲线运动,落地时速度方向斜向下.]
2.(2018·梅州学考模拟)做平抛运动的物体,在水平方向通过的最大距离取决于( )
A.物体的高度和受到的重力
B.物体受到的重力和初速度
C.物体的高度和初速度
D.物体受到的重力、高度和初速度
[答案] C
3.(2019·江门学测模拟)如图所示,在同一平台上的O点水平抛出的三个物体,分别落到a、b、c三点,不计空气阻力,则三个物体运动的初速度va、vb、vc的关系和运动的时间ta、tb、tc的关系是( )
A.va>vb>vc,ta>tb>tc
B.va C.va D.va>vb>vc,ta C [由竖直方向h= gt2得ta>tb>tc,由水平方向x=vt知va 4.(2018·广州学考模拟)在某一高度以3m/s的速度沿水平方向抛出一物体,忽略空气阻力,当物体的速度为5m/s时,其竖直方向的分速度为( ) A.3m/sB.4m/s C.5m/sD.6m/s [答案] B 5.(2018·韶关学考模拟)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.把这个速度沿水平和竖直方向分解,其水平分速度的大小是( ) A.vsinαB.vcosα C.v/sinαD.v/cosα [答案] B 6.(2019·阳江学测模拟)一水平固定的水管,水从管口以不变的速度源源不断地喷出.水管距地面高h=1.8m,水落地的位置到管口的水平距离x=1.2m.不计空气及摩擦阻力,g=10m/s2,水从管口喷出的初速度大小是( ) A.1.2m/sB.2.0m/s C.3.0m/sD.4.0m/s [答案] B 7.(2018·佛冈学考模拟)将一小球以5m/s的速度水平抛出,经过1s小球落地,不计空气阻力,g取10m/s2.关于这段时间小球的运动,下列表述正确的是( ) A.着地速度是10m/s B.竖直方向的位移是10m C.着地速度是5m/s D.水平方向的位移是5m [答案] D 8.(多选)如图所示,一篮球从离地H高处的篮板上A点以初速度v0水平弹出,刚好在离地h高处被跳起的同学接住.不计空气阻力,则篮球在空中飞行的( ) A.时间为 B.时间为 C.水平位移为v0 D.水平位移为v0 BC [根据H-h= gt2知,篮球在空中飞行的时间t= ,故A错误,B正确;篮球的水平位移为x=v0t=v0 ,故C正确,D错误.] 匀速圆周运动、角速度、线速度、向心加速度 [基础知识填充] 描述圆周运动的物理量 项目 定义、意义 公式、单位 线速度 ①描述圆周运动的物体运动快慢的物理量(v); ②是矢量,某点线速度方向和过该点的半径垂直,和圆周相切 ①v= ; ②单位: m/s 角速度 描述质点绕圆心转动快慢的物理量(ω) ①ω= ; ②单位: rad/s 向心加速度 ①描述线速度方向改变的快慢; ②方向: 总指向圆心,时刻变化 ①a= ; ②单位: m/s2 周期和频率 ①周期是物体沿圆周运动一周所用的时间(T); ②频率是物体单位时间转过的圈数(f) ①T= ,单位: s; ②f的单位: 赫兹(Hz) [学考真题对练] 1.(2020·广东学业水平考试)如图所示,风力发电机叶片上有P、Q两点,其中P在叶片的端点,Q在另一叶片的中点.当叶片转动时,下列说法正确的是( ) A.两点的向心加速度大小不同 B.两点的向心加速度方向相同 C.两点的线速度大小相等 D.两点的线速度方向相同 [答案] A 2.(2019·广东学业水平考试)如图所示,两个半径不同的水平圆盘,绕固定竖直中心轴OO′以相同角速度转动,且OM=O′P,关于M、N和P点的线速度及向心加速度大小的比较,下列说法正确的是( ) A.N点的线速度最小 B.N点的向心加速度最大 C.M、N两点的线速度相等 D.P、N两点的向心加速度大小相等 [答案] B 3.(2018·广东学业水平考试)(多选)如图所示是一个玩具陀螺,a、b和c是陀螺上的三个点.当陀螺绕垂直于地面的轴线以恒定角速度ω旋转时,下列说法正确的有( ) A.a、b和c三点的线速度大小相等 B.a、b和c三点的角速度相等 C.a、b的线速度比c的大 D.a、b的加速度比c的大 BCD [同一转轴,角速度相等,B对;又因为线速度v=ωr,C对,A错;加速度a=ω2r,D对.] 4.(2017·广东学业水平考试)如图所示,光驱读盘时光盘绕固定轴高速转动,当转速恒定时,下列说法正确的是( ) A.盘面上越靠近圆心的点,线速度大小越大 B.盘面上越靠近圆心的点,角速度大小越大 C.盘面上所有点的角速度大小都相等 D.盘面上所有点的线速度大小都相等 C [光盘绕固定轴转动,当转速恒定时,盘面上所有点的角速度大小都相等,根据v=ωr可知,盘面上越靠近圆心的点,线速度大小越小,C正确.] 5.(2016·广东学业水平考试)如图所示,电风扇正常转动时,扇叶上P点绕轴做匀速圆周运动,则P点的( ) A.线速度保持不变 B.角速度保持不变 C.向心加速度不变D.向心加速度为0 B [线速度方向沿切线方向,加速度总指向圆心,均是矢量,方向均发生变化,A、C、D错误.角速度保持不变,B正确.] 6.(2015·广东学业水平考试1月)如图所示,小球在水平面内做匀速圆周运动.小球在运动过程中( ) A.速度不变B.角速度不变 C.受到的合外力不变D.向心加速度不变 B [小球做匀速圆周运动,故小球所受合外力大小不变,方向不断改变,而小球的速度、加速度方向也不断变化,只有角速度不变.] 7.(2014·广东学业水平考试)如图所示,竖直平面内有两个半径分别为r1和r2的圆形过山车轨道N、P,若过山车在两个轨道的最高点对轨道的压力都刚好为零,则过山车在N、P最高点的速度比v1/v2为( ) A.r1/r2B. C.r2/r1D. B [在最高点,有mg= ,得v= ,故 = ,选项B正确.] 1.描述圆周运动的物理量间的关系 (1)ω、T、f三个物理量可互相换算,ω= =2πf.其中任一个确定,其余两个也就确定. (2)线速度v=ωr,线速度由r和ω共同决定,当半径一定时,线速度与角速度成正比;当ω一定时,线速度与半径成正比. (3)实际工农业生产中,经常用转速n来描述匀速圆周运动的快慢,转速的单位为转/秒(r/s). 2.对向心加速度的理解 做匀速圆周运动的物体的向心加速度大小是不变的,但方向时刻在变,因此匀速圆周运动是加速度变化的变加速曲线运动.(非匀变速曲线运动) (1)大小: an= =ω2r= 2r. (2)方向: 总指向圆心,时刻变化. (3)物理意义: 描述线速度方向改变的快慢. [最新模拟快练] 1.(2020·揭阳学考模拟)关于匀速圆周运动的性质,以下说法中正确的是( ) A.匀速运动B.匀变速运动 C.变速运动D.以上说法都不对 [答案] C 2.如图所示,转动的跷跷板上A、B两点线速度大小分别为vA和vB,角速度大小分别为ωA和ωB,rA A.vA=vB,ωA=ωBB.vA=vB,ωA<ωB C.vA [答案] C 3.A、B两艘快艇在湖面上做匀速圆周运动.在相同时间内,它们通过的路程之比是4∶3,运动方向改变的角度之比是3∶2,则它们( ) A.线速度大小之比为4∶3 B.角速度大小之比为3∶4 C.圆周运动的半径之比为2∶1 D.向心加速度大小之比为1∶2 [答案] A 4.(2018·吴川学考模拟)在匀速圆周运动中,下列关于向心加速度的说法中正确的是( ) A.向心加速度的方向始终与速度的方向垂直 B.向心加速度的方向保持不变 C.向心加速度是恒定的 D.向心加速度的大小不断变化 [答案] A 5.(2020·湛江学测模拟)飞机做可视为匀速圆周运动的飞行表演.若飞行半径为2000m,速度为200m/s,则飞机的向心加速度大小为( ) A.0.1m/s2B.10m/s2 C.20m/s2D.40m/s2 [答案] C 6.(2019·中山学测模拟)如图所示,A、B是两个摩擦传动轮(不打滑)边缘上的点,两轮半径大小关系为RA=2RB,则两轮A、B两点的( ) A.线速度之比vA∶vB=2∶1 B.角速度之比ωA∶ωB=1∶2 C.周期之比TA∶TB=1∶2 D.向心加速度之比aA∶aB=2∶1 B [A、B两点线速度大小相等,vA=vB.由v=rω得ωA∶ωB=1∶2,周期T= ,TA∶TB=2∶1,a=rω2=vω,aA∶aB=1∶2.] 7.(2018·东莞学考模拟)如图所示装置中,三个轮的半径分别为r、2r、4r,b点到圆心的距离为r,求图中a、b、c、d各点的线速度之比、角速度之比为( ) A.2∶1∶2∶1;2∶1∶1∶1 B.2∶1∶2∶4;2∶2∶1∶1 C.2∶1∶2∶4;2∶1∶1∶1 D.2∶1∶2∶4;2∶1∶2∶1 [答案] C 8.(2018·佛山学考模拟)(多选)关于角速度和线速度,下列说法正确的是( ) A.半径一定时,角速度与线速度成反比 B.半径一定时,角速度与线速度成正比 C.线速度一定时,角速度与半径成正比 D.角速
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