高中物理必修2第一章抛体运动.docx
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高中物理必修2第一章抛体运动
第一章抛体运动
核心内容
课标解读
什么是抛体运动
1
知道什么是抛体运动,了解运动特点
2
知道曲线运动中的速度方向在其切线上
3
了解曲线运动是一种变速运动
4
了解物体做曲线运动的条件
5
会用牛顿定律对曲线运动条件做出分析
运动的合成和分解
6
知道什么是合运动,什么是分运动,同时性,独立性
7
知道运动的合成和分解,理解合成和分解遵循平行四边形法则
8
会用作图法和三角形法求解有关位移、速度的合成和分解问题
竖直方向的抛体运动
9
知道竖直方向上的抛体运动只受重力作用,其加速度为
10
理解竖直方向上的抛体运动的特点和规律
11
会将竖直上抛分解成向上的匀减速和自由落体运动的合运动
平抛物体的运动
12
理解平抛运动的特点
13
理解平抛运动可以分解为两个方向的分运动,互不影响
14
掌握平抛运动规律
15
会用平抛运动规律解实际问题
斜抛物体的运动
16
知道斜抛运动的特点,轨迹是抛物线
17
知道斜抛运动可以分解为水平和竖直方向的两个分运动
18
知道什么是斜抛运动的射高和射程
19
知道什么是弹道曲线,为什么不同于抛物线
专题一.运动的合成和分解
◎知识梳理
一个比较复杂的运动,常可以看成是由两个或几个简单的运动所组成的。
组成复杂运动的简单运动,我们把它们叫做分运动,而复杂运动本身叫做合运动。
由分运动求合运动叫运动的合成;由合运动求分运动叫做运动的分解。
1运动的合成和分解遵循平行四边形法则。
2运动的合成和分解必须按实际情况进行。
3合运动和分运动具有等时性。
4分运动具有独立性。
◎例题评析
【例1】在抗洪抢险中,战士驾驶冲锋舟救人,假设江岸是平直的,洪水沿江而下,水的流
速为5m/s,舟在静水中的航速为lOm/s,战士救人的地点A离岸边最近点0的距离为50m
如图,问:
(1)战士要想通过最短的时间将人送上岸,求最短时间为多长?
(2)战士要想通过最短的航程将人送上岸,冲锋舟的驾驶员应将舟头与河岸成多少度角开?
(3)如果水的流速是10m/s,而舟的航速(静水中)为5m/s,战士想通过最短的距离将人送上岸,求这个最短的距离。
【分析与解答】:
(1)根据运动的独立性可知,冲锋舟到达江岸的时间
是由垂直于江岸的分速度决定,该分速度越大,则时间越短,故当冲锋
舟垂直于江岸时,时间最短,设船在静水中的速度为v2,
水速为v1,最短的时间为t=d/v2=5(s)
(2)战士要想到达江岸的过程中航程最短,则要求合速度的方向垂直于江岸,舟头必须斜向上,设与江岸的夹角为θ(如图2所示),则COSθ=v1/v2=O.5
θ=600
(3)在v1>v2的条件下,舟只能斜向下游到江岸,此时v2所有可能的方向如图3所示,v与v2垂直时θ角最大,位移最短,此时sinθ=v2/v1=o.5,则θ=300,最短位移为s=50/sin300=100(m)
【说明】
(1)不论水流速度多大,总是船身垂直于河岸开动时,渡河时间最短,
t=d/sinθ,且这个时间与水流速度大小无关。
(2)当v1 (3)当v1≥v2时,当合运动方向与船身垂直时,航程最短。 【例2】如图4所示,在不计滑轮摩擦和绳子质量的条件下,当小车匀速向右运动时,物体A的受力情况是() A.绳的拉力大干A的重力 B.绳的拉力等于A的重力 C.绳的拉力小于A的重力 D.拉力先大干重力,后变为小于重力 【分析与解答】车水平向右的速度(也就是绳子末端的运动速度)为合速度,它的两个分速度v1,v2如图5所示,其中v2就是抽动绳子的速度,它等于A上升的速度。 由图得,vA=v2=vcosθ 小车匀速向右运动过程中,θ逐渐变小,知vA逐渐变大,故A做加速运动,由A的受力及牛顿第二定律知绳的拉力大于A的重力。 【答案】故选A。 ◎能力训练1 1.一轮船船头正对河岸航行。 轮船渡河通过的路程、渡河时间在水流速度突然变大的情况下,下列说法中正确的是 A.路程变长,时问变长B.路程变长,时间不变 C.路程变短,时间变短D.路程与时间都不变 2.在抗洪抢险中,战士驾驶摩托艇救人,假设江岸是平直的,洪水 沿江向下游流去,水流速度为V1,摩托艇在静水中的航速为V2,战士 救人的地点A离岸边最近处O的距离为d。 如战士想在最短时间内 将人送上岸,则摩托艇登陆脚地点离O点的距离为 3.小船过河,河宽为90m,船在静水中航行速度是3m/s,水流速 度是4m/s,则 A.船渡过河的最短时间为30s B.小船渡河的最短路程为90m C.船头偏向上游某一角度可使船以最短路程过河 D.小船渡河的最短路程为150m 4.小河宽为d,河水中各点水流速度大小与各点到较近河岸边的距离成正比,V水=kx,k=4v0/d,,x是各点到近岸的距离,小船船头垂直河岸渡河,小船划水速度为珈,则下列说法中正确的是 A.小船渡河时的轨迹为直线 B.小船到达离河岸d/2处,船的渡河速度为 v0 C.小船渡河时的轨迹为曲线 D.小船到达离河岸3d/4处,船的渡河速度为 v0 5.如图6所示,某人从高出水平地面h的坡上水平击出一个高尔夫球,由于恒定的水平风力的作用,高尔夫球竖直地落入距击点水平距离为L的A穴,该球被击出时初速度的大小为________ 6.一探照灯照射在云层底面上,这底面是与地面平行的平面,如图7所示,云层底面高h,探照灯以匀角速度ω在竖直平面内转动,当光束转过与竖直线夹角为θ时,此刻云层底面上光点的移动速度等于多少? 7.如图8所示,a图表示某物体在x轴方向上分速度的v-t图像.b图表示该物体在y轴上分速度图像。 求: 物体在t=O时物体的速度; t=8s时物体的速度; t=4s时物体的位移。 8.雨滴在空中以4m/s速度竖直下落,人打着伞以3m/s的速度 向东急行,如果希望让雨滴垂直打向伞的截面而少淋雨,伞柄应指向 什么方向? 9.如图9所示,一艘小艇从河岸的A处出发渡河,小艇保持与河岸垂直的方向行驶.经过10分钟到达正对岸下游的120米的C处;如果小艇保持原来的速度逆水斜向上游与河岸成a角的方向行驶,则经过12.5分钟恰好达到正对岸的B处,由此可知这条河的宽度为 专题二.竖直上抛运动 ◎知识梳理 1.特点: 初速度V0竖直向上,只受重力作用的运动叫竖直上抛运动,是匀减速直线运动的特例。 2.公式 注意: ①选初速度V0的方向为正方向,若V方向向上,则V取正值,若V方向向下,则取负值,最高点为其分界点;若物体位于抛出点上方则S取正值,位于抛出点下方则S取负值。 ②上述各式均适用于竖直上抛运动的往返全过程,这时t从抛出开始计时。 3.竖直上抛运动的对称性: ①时间对称性: 对应竖直上抛物体运动的同一段竖直高度,上行和下行的时闻相等。 因而,物体从某点出发上升到最高点与最高点落至抛出点所用时间相等,即: 物体从抛出到落回抛出点的总时间为: t=2Vo/2 ②速度对称性: 物体在上升和下降经过同一位置时速度大小相等、方向相反,即: Vt=V0 注意: 若物体所受阻力不能忽略.则不存在上述对称性。 4.竖直上抛运动最大上升高度H=V02/2g ◎例题评析 【例3】在竖直的井底,将一物块以11m/s的速度竖直地向上抛出,物体冲过井口再落到井口时被人接住,在被人接住前1s内物体的位移是4m,位移方向向上,不计空气阻力,g取10m/s2,求: (1)物体从抛出到被人接住所经历的时间; (2)此竖直井的深度。 【分析与解答】: (1)设人接住物块前1s初的时刻速度为v 则有h=vt1-1/2gt12 即4=v×1-5,解得v=9m/s(以向上方向为正) 则物块从抛出到接住所有总时间为 t= +t1=1.2s (2)竖直井的深度为h=vot-gt2/2=6m 【例4】从同一地点以相同速度20m/s先后竖直上抛两个小球,第二个小球比第一个小球晚1s,则第二个小球抛出后经过多长时间与第一个小球相遇? (不计空气阻力) 【分析与解答】: 此题是一道常见的竖直上抛运动习题.依据竖直上抛运动的特点,可从不同角度运用多种方法求解.一方面可对运动学公式进行全面地复习,以加深对运动学公式的理解;另一方面可培养分析问题的灵活性和解题思维的发散性. 解法1: 公式法 从竖直上抛运动的整个过程来看,小球做可往返的匀减速直线运动,设第二个小球抛出后经过ts与第一个小球相遇,两球相遇时其位移相等,由公式s=V0t-gt2/2 V0t-gt2/2=V0(t+1)-g(t+1)2/2可解得t=1.5s. 解法2: 速率对称法 在竖直上抛运动的过程中,在同一高度处,物体上升与下降的速率相等,即两球相遇时的速度大小相等,方向相反.有: -[20-g(t+1)]=20-gt 2gt=30.t=1.5s 解法3: 时间对称法 在竖直上抛运动过程中,物体从某高度处到达最高点的时间与从最高点返回原处的时间相等.则两球运动过程如图所示. t/=v0/g=20/10=2s,而t/=t+O.5s.故t=1.5s 【答案】: 1.5s ◎能力训练2 1.一只氢气球以10m/s的速度匀速上升,某时刻在气球正下方距离气球为h的地方,有一石子以20m/s的初速度竖直上抛.那么下列说法正确的是(“撞击”不是“相遇”,g=10m/s2) A.h=4m,则石子能够两次撞击气球 B.h=5m,则石子一定能够撞击气球 C.h=5m,则石子一定不能撞击气球、 D.h=6m,则石子一定不能够撞击气球 2.一个从地面上抛的物体,它两次经过一个较低的A点的时间间隔为5s,两次经过一个较高的B点的时间间隔为3s,则AB间的距离为: A.80M B.40M C.20M D.初速度未知,无法确定 3.在一拉力作用下,使小球自地面开始以a1=8m/s2的加速度竖直向上做匀加速直线运动,1s末将小球释放,问小球经多少时问落回地面? (不计空气阻力,g取10m/s02) 4.在地面上以初速度2竖直上抛一物体A后,又以初速度在同一地点竖直上抛另一物体B,若要两物体能在空中相碰,则A与B两物体抛出的时间隔必须满足什么条件? (不计空气阻力) 5.一竖直发射的火箭在火药燃烧2s内具有3g的向上加速度,不计空气阻力,g取10m/s2,当它从地面点燃发射后,它能上升的最大高度为多少? 在空中运动的时间为多长? 240m 6.将一小球A从距地面高h处由静止释放,不计空气阻力,同时将另一小球B从A的正下方的地面上以速度v0竖直上抛,讨论下列问题: (1)使A、B在B上升过程中相遇,v0满足什么条件? (2)使A、B在B下降过程中相遇,v0满足什么条件? 专题三.平抛运动 ◎知识梳理 1.曲线运动 (1)曲线运动产生的条件 质点所受合外力的方向和物体运动的速度方向不在一条直线上,或者加速度方向和速度方向不在同一直线上。 (2)曲线运动的轨迹和速度方向 做曲线运动的物体,速度方向即轨迹上那点切线的方向,若物体做曲线运动时,物体所受合外力突然消失,那么物体将沿轨迹上该点的切线方向抛出,此时做匀速直线运动。 (3)作曲线运动物体所受的合力 物体在作曲线运动时,它所受的合力总是指向物体运动轨迹曲线的凹侧,物体的加速度也指向曲线的凹侧。 当合力方向与物体运动即时速度方向的夹角小于900时,物体运动速度增加;当合力方向与即时速度方向的夹角大干900时,物体运动的速度就减小。 2.平抛运动 物体具有水平初速度,只在重力作用下的运动。 (1)平抛运动的两个分运动: 水平方向是匀速直线运动,竖直方向是自由落体运动。 (2)平抛运动的速度: 水平方向: vx=v0 竖直方向: vy=gt (3)平抛运动的位移 水平方向: S=v0t (4).平抛运动的性质 做平抛运动的物体仅受重力的作用,故平抛运动是匀变速曲线运动。 ◎例题评析 【例5】如图10所示,物体在恒力F作用下沿曲线从A运动到B,这时突然使它所受的力反向而大小不变(即由F变为-F),在此力作用下,物体以后的运动情况,下列说法正确的是() A.物体不可能沿曲线Ba运动 B.物体不可能沿直线Bb运动 C.物体不可能沿曲线Bc运动 D.物体不可能沿原曲线由B返回A 【分析与解答】物体在A点时的速度VA沿A点的切线方向,物体在恒力F作用下沿曲线AB运动,此力F必有垂直于VA的分量,即F力只可能为图11中所示的各种方向之一;当物体到达B点时,瞬时速度VB沿B点的切线方向,这时受力F/=-F,即F/只可能为图中所示的方向之一,可知物体以后只可能沿曲线Bc运动,所以本题的正确答案是A、B、D。 【例6】如图12所示,一个做平抛运动的小球,先后通过a、b、c三点,若相邻两点间的水平距离均为s,竖直距离分别为h1和h2,则抛出该球的初速大小为_______(不计空气阻力) 【分析与解答】本题主要考查平抛运动的独立性和等时性; 先由竖直方向的匀变速运动规律h2-h1=gt2,得t= ; 再由水平方向的匀速运动得v0=s/t=s 如果本题中的a点为坐标原点,建立坐标系,那么抛出点的坐标如何呢? 竖直速度Vb=(h1+h2)/2t=g*(ta+t)得ta,则ha=1/2gta2,Sa=v0ta 【例7】如右图13所示,a、b两点距地面高度分别为H和2H,从a、b两点分别水平抛出一小球,其水平射程之比为sl: s2=3: 2,试求两小球运动轨迹的交点c距地面的高度. 【分析与解答】: 设a、b两小球的水平初速分别为v1、v2 对a: s1=v1 对b: s2=v2 由sl: s2=3: 2,得vl: v2=3: 设小球落至c点的水平位移为s,则 【例8】、如图14所示,一高度为h=0.2m的水平面在B点处与一倾角为θ=30°的斜面连接,一小球以V0=5m/s的速度在平面上向右运动。 求小球从B点运动到地面所需的时间(平面与斜面均光滑,取g=10m/s2)。 某同学对此题的解法为: 小球沿斜面运动,则 由此可求得落地的时间t。 问: 你同意上述解法吗? 若同意,求出所需的时间;若不同意,则说明理由并求出你认为正确的结果。 【分析与解答】: 不同意。 小球应在B点离开平面做平抛运动,而不是沿斜面下滑。 正确做法为: 落地点与B点的水平距离 斜面底宽 因为 所以小球离开B点后不会落到斜面,因此落地时间即为平抛运动时间。 ∴ 【例9】、如图15在倾角为θ的斜面顶端A处以速度V0水平抛出一小球,落在斜面上的某一点B处,设空气阻力不计,求 (1)小球从A运动到B处所需的时间; (2)从抛出开始计时,经过多长时间小球离斜面的距离达到最大? 【分析与解】: (1)小球做平抛运动,同时受到斜面体的限制,设从小球从A运动到B处所需的时间为t,则: 水平位移为x=V0t 竖直位移为y= 由数学关系得到: (2)从抛出开始计时,经过t1时间小球离斜面的距离达到最大,当小球的速度与斜面平行时,小球离斜面的距离达到最大。 因Vy1=gt1=V0tanθ,所以 。 ◎能力训练3 1.关于互成角度的两个初速度不为零的匀变速直线运动的合运动,下述说法正确的是 ①一定是直线运动 ②一定是曲线运动 ③可能是直线运动,也可能是曲线运动 ④一定是匀变速运动 A.①③④B.②④c.②③④D.③④ 2.一物体在三个共点力作用下做匀速直线运动,若突然撤去其中一个力,其余两力不变,此物体不可能做 A.匀加速直线运动B.匀减速直线运动 C.类似于平抛运动D.匀速圆周运动 3.如图所示是物体做平抛运动的图像,物体从O点抛出,x、y分别为其水平和竖直位移,在物体的运动过程中,经某一点P(x,y)时,其速度的反向延长线交于x轴上的A点,则OA的长为 A.xB.0.5x C.0.3xD.不能确定 4.人站在楼上水平抛出一个小球,球离手时速度为V0,落地时速度为V,忽略空气阻力,在图中正确表示在同样时间内速度矢量的变化情况的是图 5.如图18所示,以9.8m/s的初速度水平抛出的物体,飞行一段时间后,垂直地撞在倾角θ为300的斜面上,可知物体完成这段飞行的时间是 6.如图19所示倾角为口的斜面顶端,水平抛出一钢球,落到斜面底端,已知抛出点到落点间斜边长L ①求抛出的初速度? ②抛出后经多长时间物体离斜面最远? 7.排球场地长为L,网球高为H,前排线到网的距离为d,如图20所示,若队员站在前排线上竖直跳起水平击球时,不论以多大的速度击球,都能把球击在对方场地之内,则该队员应跳多高? 8.一网球运动员在离开网的距离为12m处沿水平方向发球,发球高度为2.4m,网的高度为O.9m。 (1)若网球在网上O.1m处越过,求网球的初速度 (2、若按上述初速度发球,求该网球落地点到网的距离(取g=10m/s02,不考虑空气阻力。 ) 9.飞机以恒定的速度u沿水平方向飞行,高度为2000m,在飞行过程中释放一炸弹,经过30s后飞行员听见炸弹落地后的爆炸声,假设此爆炸声从落地点向空间各个方向的传播速度均为330m/s,炸弹受到的空气阻力忽略不计。 求该飞机的飞行速度v。 10.一架飞机在距地面500m高处沿水平方向匀变速直线飞行.从飞机上先后投下A、B、C三包物体,其抛出间隔时闻为2s。 分别落在水平地面的a、b、c处,如图21所示。 已知L1=450m,L2=470m,如果不考虑空气阻力的影响,g取10m/s。 ,那么 (1)飞机投下B物体时的速度是多少? (2)C物体落地时,飞机在c物体前方的水平距离是多少? 专题四.斜抛物体的运动 ◎知识梳理 1.斜抛运动可看成是竖直方向的竖直上抛运动和水平方向的匀速直线运动 2.所有在重力作用下的抛体运动,在任何相等时间内,速度的变化都相同,其方向总是竖直向下,且速度的变化量与量间的关系为: 3.射程和射高: 当初速度一定时,假设抛出点和落地点在同一平面上,不计空气阻力,发射的仰角越大,射程越高,在空中运动时间越长,但水平方向运动的速度越小,当仰角为450时,射程达到最大值. 若考虑空气阻力或抛出点和落地点不在同一水平面上,以上结论不一定成立. ◎例题评析 【例10】在高处以同一速度v0在同一竖直平面内同时向不同方向抛出一些物体,设空气阻力不计,试证明: 在抛出后某一时刻,这些物体的位置是在同一圆上. 【分析与解答】根据运动的合成,我们可以把每个物体的运动看成是沿v0方向的匀速直线运动和竖直方向的自由落体运动的合运动,设想,如重力不存在,则每个物体的位置,都在原v0方向的v0t处,即都在以出发点为圆心,以v0t为半径的竖直平面的圆周上. 由于重力的存在,物体都同时参与了竖直方向的自由落体运动,使竖直方向发生的位移都是gt2/2,所以各个物体的位置都下移了gt2/2,此时刻各个物体的位置仍在同一竖直圆上,只是这个圆圆心下移了gt2/2,而半径为v0t ◎能力训练4 1.关于斜抛运动的下列说法中正确的是 A.斜抛运动物体受重力和向前的冲力 B.斜抛运动物体的速度大小不变方向改变 C.斜抛运动是匀变速曲子运动 D.斜抛运动的加速度与速度方向总是成钝角 2.物体做斜抛运动时 A.加速度大小不变,速度大小一直增加 B.加速度大小不变,速度大小一直减小 c.加速度大小不变,速度大小先减小后增加 D.加速度大小改变,速度大小变化无法确定 3.在斜抛运动中,飞行时间T A.只由竖直分运动决定 B.只由水平分运动决定 C.由竖直和水平分运动共同决定 D.与竖直和水平分运动都无关 4.斜抛运动的射程 A.只由抛出的初速度V0决定 B.只由抛出时的抛射角θ决定 c.由抛出时的初速度V0和抛射角θ共同决定 D.与抛出时的初速度V。 和抛射角都无关 5.喷水管喷水的速度大小不变,喷水管与水平方向的夹角可以改变,则 A.射程随着抛射角的增加而增大 B.射程随着抛射角的增加而减小 c.射程先随着抛射角的增加而增大,后随着抛射角的增加而减小 D.射程先随着抛射角的增加而减小,后随着抛射角的增加而增加 6.从斜向上的炮筒中射出的炮弹,运动中空气阻力的影响不能忽略,则 A.实际的弹道曲线仍是抛物线 B.实际的射高变大,射程变小 c.实际的射高变小,射程变大 D.实际的射高和射程都变小 7.斜抛运动物体的初速度为V0=20m/s,抛射角θ=370(sin370=0.6,cos370=0.8,g=10m/s2) A.飞行时间为4sB.射高为20m C.射程为38.4mD.射程为7.2m 8.一个人向着与水平面成450角的前上方抛出一颗手榴弹,测出手榴弹的射程是65m,手榴弹抛出时的速度是多大? 射高是多高? (不计空气阻力) 9.在离地高h处以初速度Vo斜向下方与水平方向成θ角抛出一石子,求石子落地时的速度大小和落地点与抛出点的水平距离. ●模拟测试 1.一船在静水中的速度为6m/s,要横渡流速为8m/s的河,下面说法正确的是 A.船不能渡过此河 B.船能行驶到正对岸 C.若河宽60m,过河的最少时间为10s D.船在最短时间内过河时,船对地的速度为6m/s 2.做平抛运动的物体,每秒的速度增量总是 A.大小相等,方向相同 B.大小不等,方向不同 C.大小相等,方向不同 D.大小不等,方向相同 3.(2001年全国高考综合能力试题)在抗洪抢险中,战士驾驶摩托艇救人.假设江岸是平直的,洪水沿江向下游流去,水流速度为v1,摩托艇在静水中的航速为v2,战士救人的地点A离岸边最近处O的距离为d.如战士想在最短时间内将人送上岸,则摩托艇登陆的地点离O点的距离为 A. B.0 C. D. 4.如图所示,小球a、b的质量分别是m和2m,a从倾角为30°的光滑固定斜面的顶端无初速下滑,b从斜面等高处以初速度v0平抛,比较a、b落地的运动过程有 A.所用的时间相同 B.a、b都做匀变速运动 C.落地前的速度相同 D.重力对a、b做的功相同 5.对平抛运动的物体,若g已知,再给出下列哪组条件,可确定其初速度大小 A.水平位移B.下落高度 C.落地时速度的大小和方向D.落地时位移的大小和方向 6.一条船沿垂直河岸的方向航行,它在静水中航行速度大小一定,当船行驶到河中心时,河水流速突然增大,这使得该船 A.渡河时间增大B.到达对岸时的速度增大 C.渡河通过的路程增大D.渡河通过的路程比位移大 7.图23为一空间探测器的示意图,P1、P2、P3、P4是四个喷气发动机,P1、P3的连线与空间一固定坐标系的x轴平行,P2、P4的连线与y轴平行,每台发动机开动时,都能向探测器提供推力,但不会使探测器转动.开始时,探测器以恒定的速率v0向正x方向平动.要使探测器改为向正x偏负y60°的方向以原来的速率v0平动,则可 A.先开动P1适当时间,再开动P
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- 高中物理 必修 第一章 运动