2019-2020年高考物理一轮复习专题四曲线运动考点一曲线运动运动的合成与分解教学案含解析.doc

2019-2020年高考物理一轮复习专题四曲线运动考点一曲线运动运动的合成与分解教学案含解析基础点知识点1曲线运动1速度的方向：质点在某一点的速度方向，沿曲线上该点的切线方向。2运动性质：做曲线运动的物体，速度的方向时刻改变，故曲线运动一定是变速运动，即必然具有加速度。3物体做曲线运动的条件(1)运动学角度：物体的加速度方向跟速度方向不在同一条直线上。(2)动力学角度：物体所受合外力的方向跟速度方向不在同一条直线上。4合外力方向与轨迹的关系物体做曲线运动的轨迹一定夹在速度方向与合外力方向之间，速度方向与轨迹相切，合外力方向指向轨迹的“凹”侧。知识点2运动的合成与分解1基本概念(1)分运动和合运动：一个物体同时参与几个运动，参与的这几个运动即分运动，物体的实际运动即合运动。(2)运动的合成：已知分运动求合运动，包括位移、速度和加速度的合成。(3)运动的分解：已知合动运求分运动，包括位移、速度和加速度的分解。2分解原则：根据运动的实际效果分解，也可采用正交分解法。3遵循的规律：位移、速度、加速度都是矢量，故它们的合成与分解都遵循平行四边形法则。4合运动与分运动的四个特性(1)等时性：合运动和分运动经历的时间相等，即同时开始、同时进行、同时停止。(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，不受其他运动的影响。(3)等效性：各分运动的规律叠加起来与合运动的规律有完全相同的效果。(4)同一性：各分运动与合运动是指同一物体参与的分运动和实际发生的运动。重难点一、对曲线运动的理解1条件：物体受到的合外力与初速度不共线。2合力方向与轨迹的关系无力不拐弯，拐弯必有力。曲线运动轨迹始终夹在合力方向与速度方向之间，而且向合力的方向弯曲，或者说合力的方向总是指向轨迹的“凹”侧。3曲线运动的特点(1)做曲线运动的物体速度方向始终沿轨迹的切线方向，速度时刻在变化，加速度一定不为零，故曲线运动一定是变速运动。当加速度与初速度不在一条直线上，若加速度恒定，物体做匀变速曲线运动；若加速度变化，物体做非匀变速曲线运动。(2)做曲线运动的物体，所受合外力一定指向曲线的凹侧，曲线运动的轨迹不会出现急折，只能平滑变化，轨迹总在力与速度的夹角中，若已知物体的运动轨迹，可判断出合外力的大致方向；若已知合外力方向和速度方向，可知道物体运动轨迹的大致情况。(3)做曲线运动的物体，所受合力沿切线方向的分力改变速度的大小，沿径向的分力改变速度的方向，如下图所示。当合力方向与速度方向的夹角为锐角时，物体运动的速率将增大；F2使其加速，F1使其改变方向。当合力方向与速度方向的夹角为钝角时，物体运动的速率将减小；F2使其减速，F1使其改变方向。当合力方向与速度方向垂直时，物体运动的速率不变。F只改变其方向。特别提醒决定物体运动情况的因素是初速度和合外力，应首先分析物体的受力情况，明确物体所受合外力的方向与初速度方向是否在一条直线上，若在一条直线上，则做直线运动，否则做曲线运动。二、运动的合成与分解的理解1研究曲线运动的思维过程(欲知)曲线运动规律(只需研究)两分运动规律(得知)曲线运动规律。2运动的合成与分解的运算法则运动的合成与分解是指描述物体运动的各物理量，即位移、速度、加速度的合成与分解。由于它们都是矢量，所以它们都遵循矢量的合成与分解法则。(1)两分运动在同一直线上时，同向相加，反向相减。(2)两分运动不在同一直线上时，按照平行四边形定则进行合成或分解。3合运动性质的判断方法(1)合运动类型(2)两个直线运动的合运动性质的判断根据合加速度方向与合初速度方向判定合运动是直线运动还是曲线运动，具体分以下几种情况：(不共线)分运动合运动两个匀速直线运动匀速直线运动一个匀速直线运动、一个匀变速直线运动匀变速曲线运动续表(不共线)分运动合运动两个初速度为零的匀加速直线运动匀加速直线运动两个初速度不为零的匀变速直线运动如v0合与a合共线，则合运动为匀变速直线运动如v0合与a合不共线，则合运动为匀变速曲线运动特别提醒(1)判断合运动是否是匀变速运动，应看合加速度是否恒定；判断合运动的轨迹是直线还是曲线，应看合初速度与合加速度是否共线。(2)分清合运动与分运动。物体实际发生的运动是合运动，一般就是物体相对地面发生的运动。(3)在运动的合成中，要充分利用运动的独立性和等时性。根据题意作出符合情境的运动合成矢量图。三、小船渡河模型1模型构建在运动的合成与分解问题中，两个匀速直线运动的合运动仍是匀速直线运动，其中一个速度大小和方向都不变，另一个速度大小不变，方向在180范围内(在速度不变的分运动所在直线的一侧)变化。我们对合运动或分运动的速度、时间、位移等问题进行研究。这样的运动系统可看作“小船渡河模型”。2模型条件(1)物体同时参与两个匀速直线运动。(2)一个分运动速度大小和方向保持不变，另一个分运动速度大小不变，方向可在一定范围内变化。3模型特点(1)船的实际运动是水流的运动和船相对静水的运动的合运动。(2)三种速度：船在静水中的速度v1、水的流速v2、船的实际速度v。(3)三种情景过河时间最短：船头正对河岸，渡河时间最短，t短(d为河宽)。过河路径最短(v2<v1时)：合速度垂直于河岸，航程最短，x短d。过河路径最短(v2>v1时)：合速度不可能垂直于河岸，无法垂直河岸渡河。确定方法如下：如图所示，以v2矢量末端为圆心，以v1矢量的大小为半径画弧，从v2矢量的始端向圆弧作切线，则合速度沿此切线方向航程最短。由图可知sin，最短航程x短d。特别提醒(1)正确区分分运动和合运动，船的航行方向也就是船头指向，是分运动。船的运动方向也就是船的实际运动方向，是合运动，一般情况下与船头指向不一致。(2)按实际效果分解，一般用平行四边形定则按水流方向和船头指向分解。(3)渡河时间只与垂直河岸的船的分速度有关，与水流速度无关。(4)求最短渡河位移时，根据船速v船与水流速度v水的大小关系选择不同的处理方法。(5)当船速v船等于水流速度v水时，渡河的最短距离无限接近河宽，只不过距离越短，渡河时间越长。四、“关联”速度问题绳、杆等有长度的物体在运动过程中，其两端点速度通常是不一样的，但两端点的速度是有联系的，常称之为“关联”速度，对这一模型分析如下：1模型特点沿绳(或杆)方向的速度分量大小相等。2思路与方法合速度物体的实际运动速度v分速度方法：v1与v2的合成遵循平行四边形定则。3解题的原则把物体的实际速度分解为垂直于绳(杆)和平行于绳(杆)的两个分量，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。特别提醒(1)解决“关联”速度问题要特别注意分解谁？分解物体实际运动的速度即合速度；如何分解？沿杆或绳方向和垂直杆或绳方向；有何关系？沿杆或绳方向的速率相等。(2)与绳(杆)相关联物体的运动分解很容易与力的分解相混淆，如图甲中极易作出如图所示的速度分解图，从而得出错误结果。要注意物体的运动引起了两个效果：一是绳子的收缩，二是绳绕滑轮的转动，应根据实际效果进行运动的分解。1思维辨析(1)速度发生变化的运动，一定是曲线运动。()(2)做曲线运动的物体加速度一定是变化的。()(3)做曲线运动的物体速度大小一定发生变化。()(4)曲线运动可能是匀变速运动。()(5)两个分运动的时间一定与它们的合运动的时间相等。()(6)合运动的速度一定比分运动的速度大。()(7)只要两个分运动为直线运动，合运动一定是直线运动。()(8)分运动的位移、速度、加速度与合运动的位移、速度、加速度间满足平行四边形定则。()答案(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)2(多选)一只小船在静水中的速度为3 m/s，它要渡过一条宽为30 m的河，河水流速为4 m/s，则这只船()A过河时间不可能小于10 sB不能沿垂直于河岸方向过河C渡过这条河所需的时间可以为6 sD不可能渡过这条河答案AB解析船在过河过程同时参与两个运动，一个是受水流影响沿河岸向下的运动，一个是船自身的运动。垂直河岸方向位移即河的宽度d30 m，而垂直河岸方向的最大分速度即船自身的速度3 m/s，所以渡河最短时间t10 s，A对C错。只要有垂直河岸的分速度，就可以渡过这条河，D错。船实际发生的运动就是合运动，如果船垂直河岸方向过河，即合速度垂直河岸方向。一个分速度沿河岸向下，与合速度垂直，那么在速度合成的三角形中船的速度即斜边，要求船的速度大于水的速度，而本题目中船的速度小于河水的速度，故不可能垂直河岸方向过河，B对。3如图所示，不计所有接触面之间的摩擦，斜面固定，两物体质量分别为m1和m2，且m1m2。若将m2从位置A由静止释放，当落到位置B时，m2的速度为v2，且绳子与竖直方向的夹角为，则这时m1的速度大小v1等于()Av2sinB.Cv2cos D.答案C解析物体m2的实际运动情况是沿杆竖直下滑，这个实际运动是合运动，m1的速度与绳上各点沿绳方向的速度大小相等，所以绳的速度等于m1的速度v1，而m2的实际运动应是合运动(沿杆向下)，合速度v2可由沿绳子方向的分速度和垂直于绳子的分速度来合成(即两个实际运动效果)。因此v1跟v2的关系如图所示，由图可看出m1的速度大小v1v2cos，C正确。考法综述本考点是曲线运动部分的基础，但是在考试大纲中却是级要求，因此在高考中单独命题的频率不低，试题难度大多中等及偏小，偶有中等以上，复习中要以夯实基础为主，同时要兼顾知识的理解和灵活运用，要掌握以下内容：2个概念合运动和分运动1个条件物体做曲线运动的条件2个定则平行四边形定则、三角形定则2个模型小船渡河模型、“关联”速度模型命题法1曲线运动的性质、条件、轨迹典例1某研究性学习小组进行了如下实验：如图所示，在一端封闭的光滑细玻璃管中注满清水，水中放一个红蜡做成的小圆柱体R。将玻璃管的开口端用胶塞塞紧后竖直倒置且与y轴重合，在R从坐标原点以速度v03 cm/s匀速上浮的同时，玻璃管沿x轴正方向做初速为零的匀加速直线运动。同学们测出某时刻R的坐标为(4,6)，此时R的速度大小为_cm/s。R在上升过程中运动轨迹的示意图是_。(R视为质点)答案5D解析小圆柱体R沿水平方向做初速度为零的匀加速直线运动，位移xt，竖直方向做匀速直线运动，位移yv0t，解得vx4 cm/s，此时R的合速度v5 cm/s，小圆柱体R所受合力的方向沿x轴方向，根据曲线运动的特点，轨迹应向受力的一侧弯曲，故选项D正确。【解题法】物体做曲线运动的轨迹特征(1)判断物体是做曲线运动还是做直线运动，关键要看a和v的方向，两者方向在同一直线上则做直线运动，有夹角则做曲线运动。(2)分析曲线轨迹时应注意三点：凹向、弯曲程度与轨迹位置。(3)曲线上某点处合外力的方向在曲线上该点的切线的哪一侧，曲线就向哪一侧弯曲；曲线上某点的加速度越大、速度越小，则曲线轨迹弯曲越厉害；曲线轨迹必定夹在a、v方向之间。命题法2运动的合成与分解典例2某质点在xOy平面内运动，其在x轴方向和y轴方向上的vt图象分别如图甲和图乙所示，则下列判断正确的是()A该质点做匀变速曲线运动B该质点有恒定的加速度，大小为2.5 m/s2C该质点的初速度为7 m/sD前2 s内该质点的位移为21 m答案B解析由题图可知，质点在x轴和y轴方向上的初速度大小分别为3 m/s和4 m/s，因此合初速度大小为v0 m/s5 m/s，方向与x轴正方向的夹角为arctanarctan53；质点在x轴和y轴方向上的加速度大小分别为axm/s2 1.5 m/s2，ay m/s22 m/s2，合加速度大小为a m/s22.5 m/s2，方向与x轴正方向的夹角为arctanarctan53，可见加速度a与初速度v0方向相同，质点做匀加速直线运动，选项A、C错误，B正确；前2 s内质点的位移大小为sv0tat215 m，选项D错误。【解题法】处理运动合成与分解问题的技巧(1)分析运动的合成与分解问题时，要注意运动的分解方向，一般情况按运动效果进行分解，切记不可按分解力的思路来分解运动。(2)要注意分析物体在两个方向上的受力及运动规律，分别在两个方向上列式求解。(3)两个分方向上的运动具有等时性，这常是处理运动分解问题的关键点。命题法3小船渡河类问题典例3如图所示，甲、乙两同学从河中O点出发，分别沿直线游到A点和B点后，立即沿原路线返回到O点，OA、OB分别与水流方向平行和垂直，且OAOB。若水流速度不变，两人在静水中游速相等，则他们所用时间t甲、t乙的大小关系为()At甲t乙 Bt甲t乙Ct甲t乙 D无法确定答案C解析设水速为v0，人在静水中的速度为v，OA OBx。对甲，OA阶段人对地的速度为(vv0)，所用时间t1；AO阶段人对地的速度为(vv0)，所用时间t2，所以甲所用时间t甲t1t2。对乙，OB阶段和BO阶段的实际速度v为v和v0的合成，如图所示。由几何关系得，实际速度v，故乙所用时间t乙。1，即t甲t乙，故C正确。【解题法】“三模型、两方案”解决小船渡河问题命题法4“关联”速度类问题典例4(多选)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(重力加速度为g)()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h为(1)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 答案ABD解析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以知道绳中张力一定大于重力2mg，所以A正确；小环到达B处时，绳与直杆间的夹角为45，重物上升的高度h(1)d，选项B正确；将小环速度v进行正交分解如图所示，其分速度v1与重物上升的速度大小相等，v1vcos45v，所以，小环在B处的速度与重物上升的速度大小之比等于，选项C错误，选项D正确。【解题法】“关联”速度类问题的思维过程(1)首先认清所研究的对象以及研究对象之间靠什么联系在一起；(2)其次分析物体的运动性质，哪个运动是实际的运动，哪个运动是分运动，找出位移、加速度或速度的大小、方向；(3)最后利用正交分解法进行合成与分解。1由于卫星的发射场不在赤道上，同步卫星发射后需要从转移轨道经过调整再进入地球同步轨道。当卫星在转移轨道上飞经赤道上空时，发动机点火，给卫星一附加速度，使卫星沿同步轨道运行。已知同步卫星的环绕速度约为3.1103 m/s，某次发射卫星飞经赤道上空时的速度为1.55103 m/s，此时卫星的高度与同步轨道的高度相同，转移轨道和同步轨道的夹角为30，如图所示，发动机给卫星的附加速度的方向和大小约为()A西偏北方向，1.9103 m/sB东偏南方向，1.9103 m/sC西偏北方向，2.7103 m/sD东偏南方向，2.7103 m/s答案B解析由题设条件可知，卫星在转移轨道经赤道上空时速度v11.55103 m/s，同步卫星的环绕速度v3.1103 m/s，设发动机给卫星的附加速度为v2，由平行四边形定则，三个速度间关系如图所示，由余弦定理可得v2 1.9103 m/s，选项B正确。2如图所示，帆板在海面上以速度v朝正西方向运动，帆船以速度v朝正北方向航行，以帆板为参照物()A帆船朝正东方向航行，速度大小为vB帆船朝正西方向航行，速度大小为vC帆船朝南偏东45方向航行，速度大小为 vD帆船朝北偏东45方向航行，速度大小为 v答案D解析以帆板为参照物，帆船具有正东方向的速度v和正北方向的速度v，所以帆船相对帆板的速度v相v，方向北偏东45，D正确。3图示是粒子(氦原子核)被重金属原子核散射的运动轨迹，M、N、P、Q是轨迹上的四点，在散射过程中可以认为重金属原子核静止不动。图中所标出的粒子在各点处的加速度方向正确的是()AM点 BN点CP点 DQ点答案C解析粒子加速度的方向与粒子受到的合外力方向相同，粒子和原子核都带正电，粒子受到的合外力方向在两点的连线上且为斥力，易知只有P点的受力方向正确，选项C正确。4有一条两岸平直、河水均匀流动、流速恒为v的大河。小明驾着小船渡河，去程时船头指向始终与河岸垂直，回程时行驶路线与河岸垂直。去程与回程所用时间的比值为k，船在静水中的速度大小相同，则小船在静水中的速度大小为()A. B.C. D.答案B解析设河岸宽度为d，去程时t1，回程时t2，又k，三式联立解得v静，B正确。5一物体以速度v运动，到达位置A开始受到向前但偏右(观察者沿物体的运动方向看，下同)的合力，到达B时，合力改成与前进方向相同，到达C时，合力又突然改成向前但偏左，最终到达D。以下四图表示物体全程的运动轨迹，正确的是()答案A解析从位置A开始，它受到向前但偏右(观察者沿着物体前进方向看，下同)的合力，运动的轨迹位于F与v之间，且轨迹弯向受力方向，选项B、D错误；到达B时，合力改成与前进方向相同，所以受力的方向与速度的方向相同，选项C错误。6如图所示，人在岸上拉船，已知船的质量为m，水的阻力恒为f，当轻绳与水平面的夹角为时，人的速度为v，人的拉力为F(不计滑轮与绳之间的摩擦)，则以下说法正确的是 ()A船的速度为vcos B船的速度为vsinC船的加速度为 D船的加速度为答案C解析船运动的速度是沿绳子收缩方向的速度和绕定滑轮转动速度的合速度，如图甲所示，根据平行四边形定则有vv船cos，则船的速度为v船，故选项A、B错误；对小船受力分析，如图乙所示，则有Fcosfma，因此船的加速度大小为a，选项C正确，D错误。