高考物理復(fù)習(xí) 高效學(xué)習(xí)方略 41 曲線運(yùn)動(dòng)　萬(wàn)有引力與航天課件

第四章曲線運(yùn)動(dòng)萬(wàn)有引力與航天考綱導(dǎo)航考綱展示1.運(yùn)動(dòng)的合成和分解2拋體運(yùn)動(dòng)3勻速圓周運(yùn)動(dòng)、角速度、線速度、向心加速度4勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力5離心現(xiàn)象6萬(wàn)有引力定律及其應(yīng)用7環(huán)繞速度8第二宇宙速度和第三宇宙速度9經(jīng)典時(shí)空觀和相對(duì)論時(shí)空觀 權(quán)威解讀 1.平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律及其研究方法、圓周運(yùn)動(dòng)的角速度、線速度及加速度是近年高考的熱點(diǎn)，且多數(shù)與電場(chǎng)、磁場(chǎng)、機(jī)械能結(jié)合命制綜合類試題 2萬(wàn)有引力定律在天體運(yùn)動(dòng)中的應(yīng)用，如分析人造衛(wèi)星的運(yùn)行規(guī)律、計(jì)算天體的質(zhì)量和密度等，是高考必考內(nèi)容以天體問(wèn)題為背景的信息給予題，更是受專家的青睞在課改區(qū)一般以選擇題的形式呈現(xiàn) 3復(fù)習(xí)時(shí)要理解分運(yùn)動(dòng)與合運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，理解平拋運(yùn)動(dòng)、圓周運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征和動(dòng)力學(xué)特征及其分析方法，能夠熟練應(yīng)用萬(wàn)有引力定律討論天體運(yùn)動(dòng)的線速度、周期、角速度等運(yùn)動(dòng)學(xué)量的變化問(wèn)題，理解三種宇宙速度及其區(qū)別.一、曲線運(yùn)動(dòng)1曲線運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)(1)軌跡特點(diǎn)：運(yùn)動(dòng)的軌跡是 (2)速度方向：質(zhì)點(diǎn)做曲線運(yùn)動(dòng)時(shí)，任意時(shí)刻的瞬時(shí)速度的方向就是曲線上該點(diǎn)的 方向(3)運(yùn)動(dòng)性質(zhì)：做曲線運(yùn)動(dòng)的物體，速度的 時(shí)刻改變，所以曲線運(yùn)動(dòng)一定是 ，即必然具有 曲線曲線切線切線方向方向變速運(yùn)動(dòng)變速運(yùn)動(dòng)加速度加速度 2曲線運(yùn)動(dòng)的條件 (1)從運(yùn)動(dòng)學(xué)角度看：物體的 方向跟它的速度方向不在同一條直線上 (2)從動(dòng)力學(xué)角度看：物體所受的 方向跟它的速度方向不在同一條直線上加速度加速度合外力合外力二、運(yùn)動(dòng)的合成與分解1分運(yùn)動(dòng)和合運(yùn)動(dòng)一個(gè)物體同時(shí)參與幾個(gè)運(yùn)動(dòng)，參與的這幾個(gè)運(yùn)動(dòng)都是 ，物體的實(shí)際運(yùn)動(dòng)就是合運(yùn)動(dòng)2運(yùn)動(dòng)的合成：已知分運(yùn)動(dòng)求合運(yùn)動(dòng)，叫做運(yùn)動(dòng)的合成(1)同一條直線上的兩分運(yùn)動(dòng)的合成，同向 ，反向 (2)不在同一條直線上的兩分運(yùn)動(dòng)合成時(shí)，遵循 分運(yùn)動(dòng)分運(yùn)動(dòng)相加相加相減相減四邊形定則四邊形定則平行平行 3運(yùn)動(dòng)的分解：已知合運(yùn)動(dòng)求 ，叫做運(yùn)動(dòng)的分解 (1)運(yùn)動(dòng)的分解是運(yùn)動(dòng)的合成的逆過(guò)程 (2)分解方法：根據(jù)運(yùn)動(dòng)的實(shí)際效果分解或正交分解分運(yùn)動(dòng)分運(yùn)動(dòng) 1關(guān)于曲線運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)，以下說(shuō)法正確的是() A曲線運(yùn)動(dòng)一定是變速運(yùn)動(dòng) B曲線運(yùn)動(dòng)一定是變加速運(yùn)動(dòng) C變速運(yùn)動(dòng)不一定是曲線運(yùn)動(dòng) D運(yùn)動(dòng)物體的速度大小、加速度大小都不變的運(yùn)動(dòng)一定是直線運(yùn)動(dòng)解析AC曲線運(yùn)動(dòng)的速度方向是時(shí)刻發(fā)生變化的，因此是變速運(yùn)動(dòng)，A正確；加速度是否發(fā)生變化要看合外力是否發(fā)生變化，斜向上拋到空中的物體做曲線運(yùn)動(dòng)，但加速度大小不變，B錯(cuò)誤；變速運(yùn)動(dòng)也可能是只有速度的大小發(fā)生變化，它就不是曲線運(yùn)動(dòng)，C正確；由勻速圓周運(yùn)動(dòng)知D錯(cuò)誤 2下列關(guān)于運(yùn)動(dòng)和力的敘述中，正確的是() A做曲線運(yùn)動(dòng)的物體，其加速度方向一定是變化的 B物體做圓周運(yùn)動(dòng)，所受的合力一定指向圓心 C物體所受合力方向與運(yùn)動(dòng)方向相反，該物體一定做直線運(yùn)動(dòng) D物體運(yùn)動(dòng)的速率在增加，所受合力方向一定與運(yùn)動(dòng)方向相同解析C力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因，也是產(chǎn)生加速度的原因速度的改變包括大小與方向的改變加速度、速度的變化與力同向曲線運(yùn)動(dòng)，是變速運(yùn)動(dòng)，存在合外力與加速度，但加速度可能是恒定的，如平拋運(yùn)動(dòng)，A錯(cuò)誤；物體做變速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，合力既改變速度方向，又改變速度大小，合力不指向圓心，B錯(cuò)誤；運(yùn)動(dòng)速率增加，只能說(shuō)明合力在平行速度方向的分力與速度同向，D錯(cuò)誤；合力(加速度)與速度共線，物體做直線運(yùn)動(dòng)，不共線則做曲線運(yùn)動(dòng)，C正確 3. 如圖所示的塔吊臂上有一個(gè)可以沿水平方向運(yùn)動(dòng)的小車(chē)A，小車(chē)下裝有吊著物體B的吊鉤在小車(chē)A與物體B以相同的水平速度沿吊臂方向勻速運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，吊鉤將物體B向上吊起，A、B之間的距離以hH2t2規(guī)律變化(H為塔吊高)，則物體做()A速度大小不變的曲線運(yùn)動(dòng)B速度大小增加的曲線運(yùn)動(dòng)C加速度大小、方向均不變的曲線運(yùn)動(dòng)D加速度大小、方向均變化的曲線運(yùn)動(dòng)解析BC由題意得物體B在豎直方向上做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，在水平方向上做勻速直線運(yùn)動(dòng)，所以其合運(yùn)動(dòng)是勻變速曲線運(yùn)動(dòng)，加速度不變，但速度增大，B、C正確 4關(guān)于運(yùn)動(dòng)的合成與分解，下列說(shuō)法中正確的是() A合運(yùn)動(dòng)的速度大小等于分運(yùn)動(dòng)的速度大小之和 B物體的兩個(gè)分運(yùn)動(dòng)若是直線運(yùn)動(dòng)，它的合運(yùn)動(dòng)可能是曲線運(yùn)動(dòng) C合運(yùn)動(dòng)和分運(yùn)動(dòng)具有等時(shí)性 D若合運(yùn)動(dòng)是曲線運(yùn)動(dòng)，則其分運(yùn)動(dòng)中至少有一個(gè)是曲線運(yùn)動(dòng)解析BC合速度的大小不一定等于兩個(gè)分速度大小之和，除非兩分運(yùn)動(dòng)同向，故A錯(cuò)；兩個(gè)分運(yùn)動(dòng)是直線運(yùn)動(dòng)，它的合運(yùn)動(dòng)可能是曲線運(yùn)動(dòng)，合運(yùn)動(dòng)和分運(yùn)動(dòng)具有等時(shí)性，B、C正確；合運(yùn)動(dòng)是曲線運(yùn)動(dòng)，其分運(yùn)動(dòng)可能都是直線運(yùn)動(dòng)，故D錯(cuò) 5. 一物體在光滑的水平桌面上運(yùn)動(dòng)，在相互垂直的x方向和y方向上的分運(yùn)動(dòng)速度隨時(shí)間變化的規(guī)律如圖所示關(guān)于物體的運(yùn)動(dòng)，下列說(shuō)法正確的是() A物體做曲線運(yùn)動(dòng) B物體做直線運(yùn)動(dòng) C物體運(yùn)動(dòng)的初速度大小是50 m/s D物體運(yùn)動(dòng)的初速度大小是10 m/s要點(diǎn)一合運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)和軌跡1.力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系物體運(yùn)動(dòng)的形式，按速度分類有勻速運(yùn)動(dòng)和變速運(yùn)動(dòng)；按軌跡分類有直線運(yùn)動(dòng)和曲線運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)的形式取決于物體的初速度v0和合外力F，具體分類如下： (1)F0：靜止或勻速運(yùn)動(dòng) (2)F0：變速運(yùn)動(dòng) F為恒量時(shí)：勻變速運(yùn)動(dòng) F為變量時(shí)：非勻變速運(yùn)動(dòng) (3)F和v0的方向在同一直線上時(shí)：直線運(yùn)動(dòng) (4)F和v0的方向不在同一直線上時(shí)：曲線運(yùn)動(dòng) 2合運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)和軌跡 兩個(gè)互成角度的直線運(yùn)動(dòng)的合運(yùn)動(dòng)是直線運(yùn)動(dòng)還是曲線運(yùn)動(dòng)取決于它們的合速度和合加速度方向是否共線(如圖所示) 常見(jiàn)的類型有： (1)a0：勻速直線運(yùn)動(dòng)或靜止 (2)a恒定：性質(zhì)為勻變速運(yùn)動(dòng)，分為： v、a同向，勻加速直線運(yùn)動(dòng)； v、a反向，勻減速直線運(yùn)動(dòng)； v、a互成角度，勻變速曲線運(yùn)動(dòng)(軌跡在v、a之間，和速度v的方向相切，方向逐漸向a的方向接近，但不可能達(dá)到) (3)a變化：性質(zhì)為變加速運(yùn)動(dòng)如簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，加速度大小、方向都隨時(shí)間變化【例1】如圖所示，一物體在水平恒力的作用下沿光滑水平面做曲線運(yùn)動(dòng)，當(dāng)物體從M點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到N點(diǎn)時(shí)，其速度方向恰好改變了90，則物體在M點(diǎn)到N點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，物體的速度將()A不斷增大B不斷減小C先增大后減小 D先減小后增大解析D由曲線運(yùn)動(dòng)的軌跡夾在合外力與速度方向之間，對(duì)M、N點(diǎn)進(jìn)行分析，在M點(diǎn)恒力可能為如圖甲，在N點(diǎn)可能為如圖乙綜合分析知，恒力F只可能為如圖丙，所以開(kāi)始時(shí)恒力與速度夾角為鈍角，后來(lái)夾角為銳角，故速度先減小后增大，D項(xiàng)正確 一自行車(chē)愛(ài)好者以8 m/s向正南方向行駛時(shí)，感覺(jué)風(fēng)從正西方向以6 m/s吹在臉上，以下說(shuō)法正確的是() A實(shí)際風(fēng)向向東偏北 B實(shí)際風(fēng)向向南偏東 C實(shí)際風(fēng)速大小為10 m/s D實(shí)際風(fēng)速大小為14 m/s解析BC如圖，車(chē)速和感覺(jué)的風(fēng)速(以車(chē)為參考系)是兩個(gè)分運(yùn)動(dòng)，實(shí)際風(fēng)速為合運(yùn)動(dòng)利用運(yùn)動(dòng)合成可得實(shí)際風(fēng)速大小為10 m/s，風(fēng)向向南偏東37.B、C項(xiàng)正確，A、D錯(cuò)誤.要點(diǎn)二對(duì)曲線運(yùn)動(dòng)的進(jìn)一步理解1.運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)的判定(1)性質(zhì)的判定：分析合外力是否恒定，若恒定為勻變速(勻變速直線、勻變速曲線)運(yùn)動(dòng)，若不恒定為變加速運(yùn)動(dòng)(2)軌跡的判定：分析合外力是否與速度共線，若在一直線上軌跡為直線，若不在一直線上軌跡為曲線2合力方向與軌跡的關(guān)系物體做曲線運(yùn)動(dòng)的軌跡一定夾在合力方向與速度方向之間，速度方向與軌跡相切，合力方向指向曲線的凹側(cè) 3速率變化的判斷：合力沿切線方向的分力只改變速度的大小，沿徑向(垂直速度方向)的分力只改變速度的方向，如圖所示的兩個(gè)情景 (1)當(dāng)合力方向與速度方向的夾角為銳角時(shí)，物體運(yùn)動(dòng)的速率將增大 (2)當(dāng)合力方向與速度方向的夾角為鈍角時(shí)，物體運(yùn)動(dòng)的速率將減小 (3)當(dāng)合力方向與速度方向垂直時(shí)，物體運(yùn)動(dòng)的速率不變【例2】(2011黃浦模擬)狗拉雪橇沿位于水平面內(nèi)的圓弧形道路勻速行駛，圖為四個(gè)關(guān)于雪橇受到的牽引力F及摩擦力Ff的示意圖(圖中O為圓心)，其中正確的是()解析C雪橇行駛時(shí)所受阻力Ff總與該時(shí)刻它的速度方向相反，故B、D圖肯定不對(duì)做曲線運(yùn)動(dòng)的物體所受合力的方向不僅與其速度方向成一定角度，而且總是指向曲線的“凹側(cè)”，A圖中F與Ff的合力方向不滿足這一條件，只有C圖中F與Ff的合力方向指向曲線的“凹側(cè)”，所以本題正確選項(xiàng)為C.【規(guī)律方法】物體做曲線運(yùn)動(dòng)的軌跡一定夾在合力方向和速度方向之間，速度方向與軌跡相切，合力方向指向曲線的“凹側(cè)” 一個(gè)物體在相互垂直的恒力F1和F2作用下，由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，突然撤去F2，則物體的運(yùn)動(dòng)情況將是() A物體做勻變速曲線運(yùn)動(dòng) B物體做變加速曲線運(yùn)動(dòng) C物體做勻速直線運(yùn)動(dòng) D物體沿F1的方向做勻加速直線運(yùn)動(dòng)解析A物體在相互垂直的恒力F1和F2的作用下，由靜止開(kāi)始做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，其速度方向與F合的方向一致，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，撤去F2，合力為F1，而F1與v不在同一直線上，故物體必做曲線運(yùn)動(dòng)，由于F1恒定，由牛頓第二定律Fma可知加速度a也恒定，故應(yīng)為勻變速曲線運(yùn)動(dòng)，選項(xiàng)A正確.要點(diǎn)三合運(yùn)動(dòng)與分運(yùn)動(dòng)的實(shí)例分析小船過(guò)河問(wèn)題分析1船的實(shí)際運(yùn)動(dòng)是水流的運(yùn)動(dòng)和船相對(duì)靜水的運(yùn)動(dòng)的合運(yùn)動(dòng)2三種速度：v1(船在靜水中的速度)、v2(水流速度)、v(船的實(shí)際速度)【例3】河寬l300 m，水速u(mài)1 m/s，船在靜水中速度v3 m/s，欲分別按下列要求過(guò)河時(shí)，船頭應(yīng)與河岸成多大角度？過(guò)河時(shí)間是多少？(1)以最短時(shí)間過(guò)河；(2)以最小位移過(guò)河；(3)到達(dá)正對(duì)岸上游100 m處(3)設(shè)船頭與上游河岸夾角為，則有(vcos u)txvtsin l兩式聯(lián)立得：53，t125 s.【規(guī)律方法】渡河時(shí)間由垂直于河岸的速度大小決定，故欲要渡河時(shí)間最短，只有船頭正對(duì)河岸；欲要位移最小，只有船的運(yùn)動(dòng)軌跡垂直于河岸 (2011成都模擬)河水的流速隨離河岸的距離的變化關(guān)系如圖甲所示，船在靜水中的速度與時(shí)間的關(guān)系如圖乙所示，若要使船以最短時(shí)間渡河，則() A船渡河的最短時(shí)間是60 s B船在行駛過(guò)程中，船頭始終與河岸垂直 C船在河水中航行的軌跡是一條直線 D船在河水中的最大速度是5 m/s易錯(cuò)點(diǎn)1 對(duì)合運(yùn)動(dòng)和分運(yùn)動(dòng)區(qū)分不清導(dǎo)致速度分解錯(cuò)誤 【例1】如圖所示，人在岸上拉船，已知船的質(zhì)量為m，水的阻力恒為Ff，當(dāng)輕繩與水平面的夾角為時(shí)，船的速度為v，此時(shí)人的拉力大小為F，則此時(shí)()【錯(cuò)因剖析】1.人拉繩行走的速度即繩的速度，錯(cuò)誤地采用力的分解法則，將人拉繩行走的速度按圖甲所示進(jìn)行分解，水平分速度為船的速度，得人拉繩行走的速度為v/cos ，錯(cuò)選B項(xiàng)【答案】AC【糾錯(cuò)心得】在分解速度時(shí)，要注意兩點(diǎn)：(1)只有物體的實(shí)際運(yùn)動(dòng)才是合運(yùn)動(dòng)，如本題船向左運(yùn)動(dòng)，所以船向左的速度是合速度，也就是說(shuō)供分解的合運(yùn)動(dòng)一定是物體的實(shí)際運(yùn)動(dòng)；(2)兩物體沿繩或沿桿方向的速度(或分速度)相等易錯(cuò)點(diǎn)2 對(duì)物體運(yùn)動(dòng)情況分析不深導(dǎo)致錯(cuò)誤【例2】圖中AB為斜面，BC為水平面，從A點(diǎn)以水平速度v0拋出一小球，其落點(diǎn)到A的水平距離為x1；從A點(diǎn)以水平速度3v0拋出小球，其落點(diǎn)到A的水平距離為x2，不計(jì)空氣阻力，則x1x2可能等于()A1 3B1 6C1 9D1 12【答案】ABC1(2011嘉興高三測(cè)試)在一場(chǎng)汽車(chē)越野賽中，一賽車(chē)在水平公路上減速轉(zhuǎn)彎，沿圓周由P向Q行駛下述4個(gè)俯視圖中畫(huà)出了賽車(chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)所受合力的4種可能情況，你認(rèn)為正確的是()解析D本題考查曲線運(yùn)動(dòng)中力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系減速轉(zhuǎn)彎時(shí)，合力的法向分力改變速度方向，合力的切向分力改變速度大小，因此D項(xiàng)正確 2. 如圖所示，一物體自傾角為的固定斜面頂端沿水平方向拋出后落在斜面上物體與斜面接觸時(shí)速度與水平方向的夾角滿足() Atan sin Btan cos Ctan tan Dtan 2tan 3. 如圖所示，在同一豎直面內(nèi)，小球a、b從高度不同的兩點(diǎn)，分別以初速度va和vb沿水平方向拋出，經(jīng)過(guò)時(shí)間ta和tb后落到與兩拋出點(diǎn)水平距離相等的P點(diǎn)若不計(jì)空氣阻力，下列關(guān)系式正確的是() Atatb，vatb，vavb Ctatb，vavb Dtavb4. (2010江蘇單科)如圖所示，一塊橡皮用細(xì)線懸掛于O點(diǎn)，用鉛筆靠著線的左側(cè)水平向右勻速移動(dòng)，運(yùn)動(dòng)中始終保持懸線豎直，則橡皮運(yùn)動(dòng)的速度()A大小和方向均不變B大小不變，方向改變C大小改變，方向不變D大小和方向均改變解析A筆勻速向右移動(dòng)時(shí)，x隨時(shí)間均勻增大，y隨時(shí)間均勻減小，說(shuō)明橡皮水平方向勻速運(yùn)動(dòng)，豎直方向也是勻速運(yùn)動(dòng)，所以橡皮實(shí)際運(yùn)動(dòng)是勻速直線運(yùn)動(dòng)，A正確5(2011鹽城模擬)如圖甲所示，在一端封閉、長(zhǎng)約1 m的玻璃管內(nèi)注滿清水，水中放一個(gè)蠟塊，將玻璃管的開(kāi)口端用膠塞塞緊然后將這個(gè)玻璃管倒置，在蠟塊沿玻璃管上升的同時(shí)，將玻璃管水平向右移動(dòng) 假設(shè)從某時(shí)刻開(kāi)始計(jì)時(shí)，蠟塊在玻璃管內(nèi)每1 s上升的距離都是10 cm，玻璃管向右勻加速平移，每1 s通過(guò)的水平位移依次是2.5 cm、7.5 cm、12.5 cm、17.5 m圖乙中，y表示蠟塊豎直方向的位移，x表示蠟塊隨玻璃管通過(guò)的水平位移，t0時(shí)蠟塊位于坐標(biāo)原點(diǎn) (1)請(qǐng)?jiān)趫D乙中畫(huà)出蠟塊4 s內(nèi)的軌跡； (2)求出玻璃管向右平移的加速度； (3)求t2 s時(shí)蠟塊的速度v2.解析(1)由題意知，4 s內(nèi)蠟塊的坐標(biāo)為：t1 s時(shí)，(2.5,10)；t2 s時(shí)，(10,20)；t3 s時(shí)，(22.5,30)；t4 s時(shí)，(40,40)可得出圖象【答案】(1)見(jiàn)解析圖(2)5102 m/s2(3)0.14 m/s