京津鲁琼专用2020版高考物理大二轮复习专题一 第3讲 力与物体的曲线运动讲义
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1、第3讲力与物体的曲线运动真题再现考情分析1.(多选)(2019高考全国卷)如图(a),在跳台滑雪比赛中,运动员在空中滑翔时身体的姿态会影响其下落的速度和滑翔的距离某运动员先后两次从同一跳台起跳,每次都从离开跳台开始计时,用v表示他在竖直方向的速度,其vt图象如图(b)所示,t1和t2是他落在倾斜雪道上的时刻则()A.第二次滑翔过程中在竖直方向上的位移比第一次的小B.第二次滑翔过程中在水平方向上的位移比第一次的大C.第二次滑翔过程中在竖直方向上的平均加速度比第一次的大D.竖直方向速度大小为v1时,第二次滑翔在竖直方向上所受阻力比第一次的大解析:选BD.根据vt图线与横轴所围图形的面积表示位移,可
2、知第二次滑翔过程中在竖直方向上的位移比第一次的大,选项A错误;根据vt图线的斜率表示加速度,综合分析可知,第二次滑翔过程中在竖直方向上的平均加速度比第一次的小,选项C错误;第二次滑翔过程中在竖直方向的位移比第一次的大,又运动员每次滑翔过程中竖直位移与水平位移的比值相同(等于倾斜雪道与水平面夹角的正切值),故第二次滑翔过程中在水平方向上的位移比第一次的大,选项B正确;竖直方向上的速度大小为v1时,根据vt图线的斜率表示加速度可知,第二次滑翔过程中在竖直方向上的加速度比第一次的小,由牛顿第二定律有mgfma,可知第二次滑翔过程中在竖直方向上所受阻力比第一次的大,选项D正确.2.(2018高考全国卷
3、)在一斜面顶端,将甲、乙两个小球分别以v和的速度沿同一方向水平抛出,两球都落在该斜面上甲球落至斜面时的速率是乙球落至斜面时速率的()A.2倍B4倍C6倍D8倍解析:选A.甲、乙两球都落在同一斜面上,则隐含做平抛运动的甲、乙的最终位移方向相同,根据位移方向与末速度方向的关系,即末速度与水平方向夹角的正切值是位移与水平方向夹角的正切值的2倍,可得它们的末速度方向也相同,在速度矢量三角形中,末速度比值等于初速度比值,故A正确3.(2017高考全国卷)发球机从同一高度向正前方依次水平射出两个速度不同的乒乓球(忽略空气的影响)速度较大的球越过球网,速度较小的球没有越过球网;其原因是()A.速度较小的球下
4、降相同距离所用的时间较多B.速度较小的球在下降相同距离时在竖直方向上的速度较大C.速度较大的球通过同一水平距离所用的时间较少D.速度较大的球在相同时间间隔内下降的距离较大解析:选C.发球机从同一高度水平射出两个速度不同的乒乓球,根据平抛运动规律,竖直方向上,hgt2,可知两球下落相同距离h所用的时间是相同的,选项A错误;由v2gh可知,两球下落相同距离h时在竖直方向上的速度vy相同,选项B错误;由平抛运动规律,水平方向上,xvt,可知速度较大的球通过同一水平距离所用的时间t较少,选项C正确;由于做平抛运动的球在竖直方向的运动为自由落体运动,两球在相同时间间隔内下降的距离相同,选项D错误.命题研
5、究每年高考试题都会对平抛运动和圆周运动这两种运动形式进行考查,包括电场中的类平抛运动和磁场中的匀速圆周运动,可单独考查某一种运动形式,也可把运动与功能关系、受力分析结合进行考查在备考中对该部分应该引起重视,尤其对于平抛运动规律分析、圆周运动中的临界点分析等要熟练应用运动的合成与分解【高分快攻】1合运动性质和轨迹的判断方法若加速度与初速度的方向在同一直线上,则为直线运动,否则为曲线运动,加速度恒定则为匀变速,加速度不恒定则为非匀变速2三种过河情景分析情景分析解决方案过河时间最短船头正对河岸时,渡河时间最短,tmin(d为河宽)过河路径最短(v水v船时)合速度不可能垂直于河岸,无法垂直渡河最短航程
6、s短d3.端速问题解题原则把物体的实际速度分解为垂直于绳(杆)和平行于绳(杆)两个分量,根据沿绳(杆)方向的分速度大小相等求解常见的模型如图所示【典题例析】 (2018高考北京卷)根据高中所学知识可知,做自由落体运动的小球,将落在正下方位置但实际上,赤道上方200 m处无初速下落的小球将落在正下方位置偏东约6 cm处这一现象可解释为,除重力外,由于地球自转,下落过程小球还受到一个水平向东的“力”,该“力”与竖直方向的速度大小成正比现将小球从赤道地面竖直上抛,考虑对称性,上升过程该“力”水平向西,则小球()A到最高点时,水平方向的加速度和速度均为零B到最高点时,水平方向的加速度和速度均不为零C落
7、地点在抛出点东侧D落地点在抛出点西侧解析由于该“力”与竖直方向的速度大小成正比,所以从小球抛出至运动到最高点过程,该“力”逐渐减小到零,将小球的上抛运动分解为水平和竖直两个分运动,由于上升阶段,水平分运动是向西的变加速运动(水平方向加速度大小逐渐减小),故小球到最高点时速度不为零,水平向西的速度达到最大值,故选项A错误;小球到最高点时竖直方向的分速度为零,由题意可知小球这时不受水平方向的力,故小球到最高点时水平方向加速度为零,选项B错误;下降阶段,由于受水平向东的力,小球的水平分运动是向西的变减速运动(水平方向加速度大小逐渐变大),故小球的落地点在抛出点西侧,选项C错误,D正确答案D【题组突破
8、】角度1小船渡河问题1(多选)如图所示,河道宽L200 m,越到河中央河水的流速越大,且流速大小满足u0.2x(x是离河岸的距离,0x)一小船在静水中的速度v10 m/s,自A处出发,船头垂直河岸方向渡河到达对岸B处设船的运动方向与水流方向夹角为,下列说法正确的是()A小船渡河时间大于20 sBA、B两点间距离为200 mC到达河中央前小船加速度大小为0.2 m/s2D在河中央时最小,且tan 0.5解析:选BD.当船头垂直河岸方向渡河时,渡河的时间有最小值为t s20 s,故A错误因为水的流速大小满足u0.2x(x是离河岸的距离,0x),易得水流速的平均速度等于处的水流速,则有u0.210
9、m/s.所以沿河岸方向上的位移为xut200 m所以A、B两点间距离为s m200 m,故B正确;船在静水中速度是不变的,而水流速度满足u0.2x(x是离河岸的距离,0x),因xvt,其中v10 m/s,那么u2t,因此到达河中央前小船加速度大小为2 m/s2,故C错误;当到达中央时,水流速度为u0.2x0.2100 m/s20 m/s最大,此时最小,由三角形知识,得tan 0.5,故D正确角度2牵连速度的分解问题2(多选)(2019枣庄模拟)如图所示,将质量为2m的重物悬挂在轻绳的一端,轻绳的另一端系一质量为m的小环,小环套在竖直固定的光滑直杆上,光滑定滑轮与直杆的距离为d.现将小环从与定滑
10、轮等高的A处由静止释放,当小环沿直杆下滑距离也为d时(图中B处),下列说法正确的是()A小环刚释放时轻绳中的张力一定大于2mgB小环到达B处时,重物上升的高度也为dC小环在B处的速度与重物上升的速度大小之比等于D小环在B处的速度与重物上升的速度大小之比等于解析:选AC.由题意,释放时小环向下加速运动,则重物将加速上升,对重物由牛顿第二定律可知绳中张力一定大于重力2mg,所以A正确;小环到达B处时,重物上升的高度应为绳子竖直部分缩短的长度,即hdd,所以B错误;根据题意,沿绳子方向的速度大小相等,将小环在B处的速度沿绳子方向与垂直于绳子方向正交分解有vBcos v重,即,所以C正确,D错误命题角
11、度解决方法易错辨析曲线运动规律分析运动的独立性应用的分解思想要建立合适的坐标系使运算简洁小船渡河问题分运动的独立性原则注意船速和水速的关系来确定解题方法牵连速度的分解速度的分解弄清实际速度的方向进行正交分解,通常实际运动为合运动 抛体运动问题【高分快攻】抓住“六点”破解平抛运动问题1建立坐标,分解运动将平抛运动分解为竖直方向的自由落体运动和水平方向上的匀速直线运动(在某些情况下运动分解的方向不一定在竖直方向和水平方向上)2各自独立,分别分析3平抛运动是匀变速曲线运动,在任意相等的时间内速度的变化量v相等,vgt,方向恒为竖直向下4两个分运动与合运动具有等时性,且t,由下降高度决定,与初速度v0
12、无关5任意时刻的速度与水平方向的夹角的正切值总等于该时刻的位移与水平方向的夹角的正切值的2倍,即tan 2tan .6建好“两个模型”(1)常规的平抛运动及类平抛模型(2)与斜面相结合的平抛运动模型从斜面上水平抛出又落回到斜面上:位移方向恒定,落点速度方向与斜面间的夹角恒定,此时往往分解位移,构建位移三角形从斜面外水平抛出垂直落在斜面上:速度方向确定,此时往往分解速度,构建速度三角形【典题例析】 (2019东营模拟)如图所示,倾角为的斜面体固定在水平面上,两个可视为质点的小球甲和乙分别沿水平方向抛出,两球的初速度大小相等,已知甲的抛出点为斜面体的顶点,经过一段时间两球落在斜面上的A、B两点后不
13、再反弹,落在斜面上的瞬间,小球乙的速度与斜面垂直忽略空气的阻力,重力加速度为g.则下列选项正确的是()A甲、乙两球在空中运动的时间之比为tan2 1B甲、乙两球下落的高度之比为2tan2 1C甲、乙两球的水平位移之比为tan 1D甲、乙两球落在斜面上瞬间的速度与水平面夹角的正切值之比为2tan2 1解析由小球甲的运动可知,tan ,解得t,落到斜面上的速度与水平方向夹角的正切值为tan 甲,则tan 甲2tan ,由小球乙的运动可知,tan ,解得t,落到斜面上的速度与水平方向夹角的正切值为tan 乙,则甲、乙两球在空中运动的时间之比为tt2tan2 1,A错;由hgt2可知甲、乙两球下落的高
14、度之比为4tan4 1,B错误;由xv0t可知甲、乙两球的水平位移之比为2tan2 1,C错误;甲、乙两球落在斜面上瞬间的速度与水平面夹角的正切值之比为2tan2 1,D正确答案D【题组突破】角度1分解思想的应用1从距地面h高度处水平抛出一个小球,落地时速度方向与水平方向的夹角为,不计空气阻力,重力加速度为g,下列结论中正确的是()A小球初速度大小为tan B小球落地时的速度大小为C若小球初速度大小减为原来的一半,则平抛运动的时间变为原来的两倍D若小球初速度大小减为原来的一半,则落地时速度方向与水平方向的夹角为2解析:选B.平抛的小球在水平方向上做匀速直线运动,在竖直方向上做自由落体运动,所以
15、落地时竖直方向上的分速度为vy,由落地时速度方向与水平方向的夹角为可知tan ,故v0,选项 A 错误;根据速度的合成可得小球落地时的速度v,即v,选项 B 正确;平抛运动的时间只与高度有关,而与水平方向的初速度无关,故选项 C 错误;tan ,设初速度大小减半时,小球落地时的速度方向与水平方向的夹角为,则有tan 2tan ,但2,选项 D 错误角度2平抛运动中的临界问题2一带有乒乓球发射机的乒乓球台如图所示水平台面的长和宽分别为L1和L2,中间球网高度为h.发射机安装于台面左侧边缘的中点,能以不同速率向右侧不同方向水平发射乒乓球,发射点距台面高度为3h.不计空气阻力,重力加速度大小为g.若
16、乒乓球的发射速率v在某范围内,通过选择合适的方向,就能使乒乓球落到球网右侧台面上,则v的最大取值范围是()AvL1Bv Cv Dv 解析:选D.设以速率v1发射乒乓球,经过时间t1刚好落到球网正中间,则竖直方向上有3hhgt,水平方向上有v1t1.由两式可得v1 .设以速率v2发射乒乓球,经过时间t2刚好落到球网右侧台面的两角处,在竖直方向有3hgt,在水平方向有 v2t2.由两式可得v2 .则v的最大取值范围为v1vv2.故选项D正确角度3类平抛模型3如图所示,A、B两质点从同一点O分别以相同的水平速度v0沿x轴正方向抛出,A 在竖直平面内运动,落地点为 P1,B 沿光滑斜面(已知斜面倾角为
17、)运动,落地点为P2,P1和P2在同一水平面上,不计空气阻力,则下列说法中正确的是()AA、B两质点的运动时间相同BA、B两质点在x轴方向上的位移相同CA、B两质点在运动过程中的加速度大小相同DA、B两质点落地时的速度大小相同解析:选D.对A、B两质点的运动进行分解,由牛顿第二定律可知,A 质点在运动过程中的加速度大小a1g,B质点在运动过程中的加速度大小a2gsin ,选项C 错误;设O点与水平面之间的高度差为h,A质点的运动时间为t1,B质点的运动时间为t2,则由hgt可得t1;由gsin t可得t2,故 t1t2,选项 A 错误;设 A 质点在x轴方向上的位移为x1,B质点在x轴方向上的
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