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2019-2020年高考物理總復習 第四章 曲線運動教案
考 綱 要 求
考 情 分 析
運動的合成與分解
Ⅱ
1.命題規(guī)律
平拋運動的規(guī)律及其研究方法,圓周運動的角速度、線速度和向心加速度等是本章的命題熱點,題型有選擇題,也有計算題。
2.考查熱點
突出物理與現(xiàn)代科技、生產、生活的結合,與牛頓運動定律、機械能守恒等內容綜合命題的可能性也較大。
拋體運動
Ⅱ
勻速圓周運動、角速度、線速度、向心加速度
Ⅰ
勻速圓周運動的向心力
Ⅱ
離心現(xiàn)象
Ⅰ
[說] 合成和分解是研究曲線運動的基本方法,因此高考常對本課時進行單獨命題,題型一般為選擇題。復習本課時時,要注意理解規(guī)律,并掌握兩種模型:小船過河、關聯(lián)速度問題。
一、物體做曲線運動的條件與軌跡分析
1.曲線運動
(1)速度的方向:質點在某一點的速度方向沿曲線在這一點的切線方向。
(2)運動的性質:做曲線運動的物體,速度的方向時刻在改變,所以曲線運動一定是變速運動。
(3)曲線運動的條件:物體所受合力的方向與它的速度方向不在同一直線上。
2.合外力方向與軌跡的關系
物體做曲線運動的軌跡一定夾在合外力方向與速度方向之間,速度方向與軌跡相切,合外力方向指向軌跡的“凹”側。
3.速率變化情況判斷
(1)當合外力方向與速度方向的夾角為銳角時,物體的速率增大;
(2)當合外力方向與速度方向的夾角為鈍角時,物體的速率減?。?
(3)當合外力方向與速度方向垂直時,物體的速率不變。
[小題練通]
1.判斷正誤
(1)速度發(fā)生變化的運動,一定是曲線運動。()
(2)做曲線運動的物體加速度一定是變化的。()
(3)做曲線運動的物體加速度可以為零。()
(4)曲線運動是變速運動。(√)
2.一個物體在F1、F2、F3、…、Fn共同作用下做勻速直線運動,若突然撤去外力F2,而其他力不變,則該物體( )
A.可能做曲線運動
B.不可能繼續(xù)做直線運動
C.一定沿F2的方向做直線運動
D.一定沿F2的反方向做勻減速直線運動
解析:選A 根據題意,物體開始做勻速直線運動,物體所受的合力一定為零,突然撤去F2后,物體所受其余力的合力與F2大小相等、方向相反,而物體速度的方向未知,故有很多種情況:若速度和F2在同一直線上,物體做勻變速直線運動,若速度和F2不在同一直線上,物體做曲線運動,A正確。
3.一物體由靜止開始自由下落,一小段時間后突然受水平向右的風力的影響,但著地前一段時間風突然停止,則其運動的軌跡可能是圖中的( )
解析:選C 物體一開始做自由落體運動,速度向下;當受到水平向右的風力時,合力的方向為向右偏下,速度和合力的方向不在同一條直線上,物體做曲線運動,軌跡應夾在速度方向和合力方向之間;風停止后,物體的合力方向向下,與速度仍然不在同一條直線上,做曲線運動,軌跡向下凹,故C正確,A、B、D錯誤。
(1)已知運動軌跡,可以判斷合力的大致方向,如圖所示。在電場中,經常根據這一規(guī)律確定帶電粒子所受的電場力方向,進而分析粒子的電性或場強方向。
(2)運動軌跡在速度方向與合力方向所夾的區(qū)間,根據受力方向和速度方向可以判斷軌跡的大致彎曲方向。
(3)根據合力方向與速度方向的夾角,判斷物體的速率變化情況:夾角為銳角時,速率變大;夾角為鈍角時,速率變?。缓狭Ψ较蚺c速度方向垂直時,速率不變,這是勻速圓周運動的受力條件。
二、運動的合成與分解的應用
1.遵循的法則
位移、速度、加速度都是矢量,故它們的合成與分解都遵循平行四邊形定則。
2.合運動與分運動的關系
(1)等時性:合運動和分運動經歷的時間相等,即同時開始、同時進行、同時停止。
(2)獨立性:一個物體同時參與幾個分運動,各分運動獨立進行,不受其他運動的影響。
(3)等效性:各分運動的規(guī)律疊加起來與合運動的規(guī)律有完全相同的效果。
3.合運動的性質判斷
4.兩個直線運動的合運動性質的判斷
方法:看合初速度方向與合加速度方向是否共線。
兩個互成角度的分運動
合運動的性質
兩個勻速直線運動
勻速直線運動
一個勻速直線運動、一個勻變速直線運動
勻變速曲線運動
兩個初速度為零的勻加速直線運動
勻加速直線運動
兩個初速度不為零的勻變速直線運動
如果v合與a合共線,為勻變速直線運動
如果v合與a合不共線,為勻變速曲線運動
[小題練通]
1.判斷正誤
(1)兩個分運動的時間一定與它們的合運動的時間相等。(√)
(2)合運動的速度一定比分運動的速度大。()
(3)只要兩個分運動為直線運動,合運動一定是直線運動。()
(4)分運動的位移、速度、加速度與合運動的位移、速度、加速度間滿足平行四邊形定則。(√)
(5)合運動不一定是物體的實際運動。()
2.(多選)在一光滑水平面內建立平面直角坐標系,一物體從t=0時刻起,由坐標原點O(0,0)開始運動,其沿x軸和y軸方向運動的速度—時間圖像如圖甲、乙所示,下列說法中正確的是( )
A.前2 s內物體沿x軸做勻加速直線運動
B.后2 s內物體繼續(xù)做勻加速直線運動,但加速度沿y軸方向
C.4 s末物體坐標為(4 m,4 m)
D.4 s末物體坐標為(6 m,2 m)
解析:選AD 前2 s內物體在y軸方向速度為0,由題圖甲知物體只沿x軸方向做勻加速直線運動,A正確;后2 s內物體在x軸方向做勻速運動,在y軸方向做初速度為0的勻加速運動,加速度沿y軸方向,合運動是曲線運動,B錯誤;4 s內物體在x軸方向上的位移是x=m=6 m,在y軸方向上的位移為y=22 m=2 m,所以4 s末物體坐標為(6 m,2 m),D正確,C錯誤。
3.如圖所示,當汽車靜止時,車內乘客看到窗外雨滴沿豎直方向OE勻速運動?,F(xiàn)從t=0時汽車由靜止開始做甲、乙兩種勻加速啟動,甲種狀態(tài)啟動后t1時刻,乘客看到雨滴從B處離開車窗,乙種狀態(tài)啟動后t2時刻,乘客看到雨滴從F處離開車窗,F(xiàn)為AB的中點。則t1∶t2為( )
A.2∶1 B.1∶
C.1∶ D.1∶(-1)
解析:選A 雨滴在豎直方向的分運動為勻速直線運動,其速度大小與水平方向的運動無關,故t1∶t2=∶=2∶1。A正確。
“化曲為直”思想在運動合成與分解中的應用
(1)分析運動的合成與分解問題時,要注意運動的分解方向,一般情況下按運動效果進行分解,切記不可按分解力的思路來分解運動。
(2)要注意分析物體在兩個方向上的受力及運動規(guī)律,分別在兩個方向上列式求解。
(3)兩個分方向上的運動具有等時性,這常是處理運動分解問題的關鍵點。
三、小船渡河問題
1.三種速度:船在靜水中的速度v1、水流速度v2和船的實際運動速度v,其中v是v1與v2的合速度。
2.三種情景
(1)渡河時間最短
船頭正對河岸時,渡河時間最短,tmin=(d為河寬)。
(2)渡河位移最短(v2
v1時)
合速度不可能垂直于河岸,無法垂直渡河。確定方法如下:如圖所示,以v2矢量末端為圓心,以v1矢量的大小為半徑畫弧,從v2矢量的始端向圓弧作切線,則合速度沿此切線方向時位移最短。
由圖可知sin θ=,最短位移xmin==d。
[小題練通]
1.(多選)下列圖中實線為河岸,河水的流動方向如圖中v的箭頭所示,虛線為小船從河岸M駛向對岸N的實際航線。則其中可能正確的是( )
解析:選AB 船頭垂直于河岸時,船的實際航向應斜向下游,A正確,C錯誤;船頭斜向上游時,船的實際航向可能垂直于河岸,B正確;船頭斜向下游時,船的實際航向一定斜向下游,D錯誤。
2.河寬60 m,水流速度v1=6 m/s,小船在靜水中的速度v2=3 m/s,求:
(1)它渡河的最短時間;
(2)它渡河的最短航程。
解析:(1)設小船與岸成θ角開出,如圖甲所示。
渡河時間為t=
當θ=90時渡河時間最短,tmin== s=20 s。
(2)因為船速小于水速,所以小船一定向下游漂移。如圖乙所示,以v1矢量末端為圓心,以v2矢量的大小為半徑畫弧,從v1矢量的始端向圓弧作切線,則合速度沿此切線方向時航程最短。由圖可知,最短航程為
x短==d=60 m=120 m。
答案:(1)20 s (2)120 m
3.一小船渡河,河寬d=180 m,水流速度v1=2.5 m/s。若船在靜水中的速度為v2=5 m/s,求:
(1)欲使船在最短時間內渡河,船頭應朝什么方向?用多長時間?位移是多少?
(2)欲使船渡河的航程最短,船頭應朝什么方向?用多長時間?位移是多少?
解析:(1)欲使船在最短時間內渡河,船頭應朝垂直河岸方向。當船頭垂直河岸時,小船的運動軌跡如圖甲所示。
此時渡河時間最短,
為t== s=36 s
渡河合速度v== m/s
渡河位移x=vt=90 m。
(2)欲使船渡河航程最短,應使合速度方向垂直河岸,船頭應朝上游與河岸方向成某一夾角α,小船的運動軌跡如圖乙所示,有v2cos α=v1
合速度v合=v2sin α
解得α=60,v合= m/s
所以當船頭偏向上游與河岸成60角時航程最短。
最短航程x′=d=180 m
渡河時間t′== s=24 s。
答案:(1)船頭垂直于河岸 36 s 90 m
(2)船頭偏向上游與河岸成60角 24 s 180 m
(1)解決小船渡河問題的關鍵是:正確區(qū)分分運動和合運動,船的航行方向也就是船頭所指方向的運動,是分運動,船的運動也就是船的實際運動,是合運動,一般情況下與船頭指向不共線。
(2)運動分解的基本方法,按實際效果分解,一般用平行四邊形定則沿水流方向和船頭指向分解。
(3)渡河時間只與垂直河岸的船的分速度有關,與水流速度無關。
(4)求最短渡河位移時,根據船速v船與水流速度v水的大小情況用三角形定則求極限的方法處理。
四、關聯(lián)速度問題
1.問題特點:沿繩(或桿)方向的速度分量大小相等。
2.思路與原則
(1)思路
①明確合速度→物體的實際運動速度v;
(2)原則:v1與v2的合成遵循平行四邊形定則。
3.解題方法
把物體的實際速度分解為垂直于繩(桿)和平行于繩(桿)兩個分量,根據沿繩(桿)方向的分速度大小相等求解。常見的模型如圖所示。
[小題練通]
1.如圖所示,不計所有接觸面之間的摩擦,斜面固定,兩物體質量分別為m1和m2,且m1tb,vatb,va>vb
C.tavb
解析:選A 做平拋運動的物體,水平方向上做勻速直線運動,有x=vt;豎直方向上做自由落體運動,有h=gt2。由題意知ha>hb,則有ta>tb,又因為xa=xb,根據以上關系式得vahA,由h=gt2得tB>tA,由v=可以得出vA>vB,A正確。
3.(xx濰坊模擬)如圖所示,半圓形容器豎直放置,從其圓心O點處分別以水平初速度v1、v2拋出兩個小球(可視為質點),最終它們分別落在圓弧上的A點和B點,已知OA與OB互相垂直,且OA與豎直方向成θ角,則兩小球的初速度之比為( )
A. B.tan θ
C. D.tan2θ
解析:選C 由平拋運動規(guī)律得,水平方向Rsin θ=v1t1,Rcos θ=v2t2,豎直方向Rcos θ=gt12,Rsin θ=gt22,聯(lián)立解得 =,選項C正確。
4.如圖所示,在距水平地面分別為H和4H的高度處,同時將質量相同的a、b兩小球以相同的初速度v0水平拋出,則以下判斷正確的是( )
A.a、b兩小球同時落地
B.兩小球落地速度的方向相同
C.a、b兩小球水平位移之比為1∶2
D.a、b兩小球水平位移之比為1∶4
解析:選C 由H=gta2,4H=gtb2可得 tb=2ta,A錯誤;由x=v0t可知,xa∶xb=1∶2,C正確,D錯誤;設落地時速度與水平方向夾角為θ,則由tan θ=可知,tan θa∶tan θb=1∶2,θa≠θb,B錯誤。
5.如圖所示,從傾角為α的足夠長的斜面頂端,先后以不同的初速度水平向右拋出相同的兩只小球,下列說法正確的是( )
A.兩小球落到斜面上歷時相同
B.兩小球落到斜面上的位置相同
C.兩小球落到斜面上時速度大小相同
D.兩小球落到斜面上時速度方向相同
解析:選D 小球做平拋運動,由兩分運動的特點知tan α==,得t=,因v0不同,則t不同,由vy=gt,v=及h=gt2可知,vy、v及h不同,A、B、C錯誤;而速度與水平方向的夾角θ的正切值tan θ===2tan α,知θ為定值,故D正確。
6.如圖所示為四分之一圓柱體OAB的豎直截面,半徑為R,在B點上方的C點水平拋出一個小球,小球軌跡恰好在D點與圓柱體相切,OD與OB的夾角為60,則C點到B點的距離為( )
A.R B.
C. D.
解析:選D 由題圖知,水平位移x=R=v0t,豎直位移y=gt2,且tan 30==,解得x=y(tǒng),y=R,所以C點到B點的距離d=R-=R。
7.(xx江陰模擬)如圖所示,從某高度水平拋出一小球,經過時間t到達地面時,速度與水平方向的夾角為θ,不計空氣阻力,重力加速度為g。下列說法正確的是( )
A.小球水平拋出時的初速度大小為gttan θ
B.小球在t時間內的位移方向與水平方向的夾角為
C.若小球初速度增大,則平拋運動的時間變長
D.若小球初速度增大,則θ減小
解析:選D 到達地面時速度分解如圖所示,由tan θ=可得小球平拋的初速度大小v0=,A錯誤;設位移與水平方向的夾角為α,由tan α====tan θ可知,α≠,B錯誤;小球平拋運動的時間t= ,與小球初速度無關,C錯誤;由tan θ=可知,v0越大,θ越小,D正確。
8.(xx南昌模擬)如圖所示,從A點由靜止釋放一彈性小球,一段時間后與固定斜面上B點發(fā)生碰撞,碰后小球速度大小不變,方向變?yōu)樗椒较颍纸涍^相同的時間落于地面上C點,已知地面上D點位于B點正下方,B、D間的距離為h,則( )
A.A、B兩點間的距離為
B.A、B兩點間的距離為
C.C、D兩點間的距離為2h
D.C、D兩點間的距離為 h
解析:選C AB段小球自由下落,BC段小球做平拋運動,兩段時間相同,所以A、B兩點間距離與B、D兩點間距離相等,均為h,故A、B錯誤;BC段平拋運動的初速度v=,持續(xù)的時間t= ,所以C、D兩點間距離x=vt=2h,故C正確,D錯誤。
二、多項選擇題
9.“套圈圈”是小孩和大人都喜愛的一種游戲,游戲規(guī)則是:游戲者站在界外從手中水平拋出一個圓形圈圈,落下后套中前方的物體,所套即所得。如圖所示,小孩站在界外拋出圈圈并套取前方一物體,若大人也拋出圈圈并套取前方同一物體,則( )
A.大人站在小孩同樣的位置,以小點的速度拋出圈圈
B.大人站在小孩同樣的位置,以大點的速度拋出圈圈
C.大人退后并下蹲至與小孩等高,以大點的速度拋出圈圈
D.大人退后并下蹲至與小孩等高,以小點的速度拋出圈圈
解析:選AC “套圈圈”可視為平拋運動。由于大人較高,拋出圈圈時離地面較高,根據平拋運動規(guī)律,大人站在小孩同樣的位置,以小點的速度拋出圈圈,選項A正確、B錯誤。大人退后并下蹲至與小孩等高,以大點的速度拋出圈圈,選項C正確、D錯誤。
10.如圖所示,a、b兩個小球從不同高度同時沿相反方向水平拋出,其平拋運動軌跡的交點為P,則以下說法正確的是( )
A.a、b兩球同時落地
B.b球先落地
C.a、b兩球在P點相遇
D.無論兩球初速度大小多大,兩球總不能相遇
解析:選BD 由h=gt2可得t= ,因ha>hb,故b球先落地,B正確,A錯誤;兩球的運動軌跡相交于P點,但兩球不會同時到達P點,故無論兩球初速度大小多大,兩球總不能相遇,C錯誤,D正確。
11.(xx上海高考)如圖所示,轟炸機沿水平方向勻速飛行,到達山坡底端正上方時釋放一顆炸彈,并垂直擊中山坡上的目標A。已知A點高度為h,山坡傾角為θ,由此可算出( )
A.轟炸機的飛行高度 B.轟炸機的飛行速度
C.炸彈的飛行時間 D.炸彈投出時的動能
解析:選ABC 根據題述,tan θ=,x=vt,tan θ=,H=h+y,y=gt2,由此可算出轟炸機的飛行高度H,轟炸機的飛行速度v,炸彈的飛行時間t,A、B、C正確;由于題述沒有給出炸彈質量,不能得出炸彈投出時的動能,D錯誤。
12.如圖所示,相距l(xiāng)的兩小球A、B位于同一高度h(l、h均為定值)。將A向B水平拋出的同時,B自由下落。A、B與地面碰撞前后,水平分速度不變,豎直分速度大小不變、方向相反。不計空氣阻力及小球與地面碰撞的時間,則( )
A.A、B在第一次落地前能否相碰,取決于A的初速度
B.A、B在第一次落地前若不碰,此后就不會相碰
C.A、B不可能運動到最高處相碰
D.A、B一定能相碰
解析:選AD A、B兩個小球在豎直方向上均做自由落體運動,兩球落地之后在豎直方向上均做豎直上拋運動,在同一時刻始終處于同一高度上,A球在水平方向上始終做勻速直線運動,所以A、B兩個小球一定能夠相碰,D正確,B、C錯誤;只要A球的初速度v>l 就可以在第一次落地之前相碰,A正確。
13.(xx嘉慶模擬)如圖所示,水平地面的上空有一架飛機在進行投彈訓練,飛機沿水平方向做勻加速直線運動。當飛機飛過觀察點B點正上方A點時投放一顆炸彈,經時間T炸彈落在距觀察點B正前方L1處的C點,與此同時飛機投放出第二顆炸彈,最終落在距觀察點B正前方L2處的D點,且L2=3L1,空氣阻力不計。以下說法正確的有( )
A.飛機第一次投彈時的速度為
B.飛機第二次投彈時的速度為
C.飛機水平飛行的加速度為
D.兩次投彈時間間隔T內飛機飛行的距離為
解析:選AD 飛機第一次投彈的速度v1= ,A正確;第一顆炸彈落地時,飛機的速度v2=v1+aT,在時間T內飛機的位移x1=v1T+aT2,第二顆炸彈的水平位移x2=v2T,由題意得x2=L2-x1,解得v2= ,a= ,x1= ,B、C錯誤,D正確。
14.如圖所示,A、D分別是斜面的頂端、底端,B、C是斜面上的兩個點,AB=BC=CD,E點在D點的正上方,與A等高。從E點以一定的水平速度拋出質量相等的兩個小球,球1落在B點,球2落在C點,關于球1和球2從拋出到落在斜面上的運動過程,以下說法正確的是( )
A.球1和球2運動的時間之比為2∶1
B.球1和球2動能增加量之比為1∶2
C.球1和球2拋出時初速度之比為2∶1
D.球1和球2運動時的加速度之比為1∶2
解析:選BC 因為AC=2AB,所以AC的高度差是AB高度差的2倍,根據h=gt2得t= ,解得運動的時間比為1∶,故A錯誤;根據動能定理得mgh=ΔEk,知球1和球2動能增加量之比為1∶2,故B正確;BD在水平方向上的分量是CD在水平方向分量的2倍,結合x=v0t,解得初速度之比為 2∶1,故C正確;平拋運動的加速度均為g,兩球的加速度相同,故D錯誤。
第22課時 拋體運動規(guī)律的應用(題型研究課)
[說] 拋體運動在日常生活中很常見,也是高考命題的熱點,主要考查平拋運動規(guī)律的應用。復習本課時重在理解規(guī)律及方法的應用,特別是和實際生活相聯(lián)系的拋體運動,如體育運動中的平拋運動、類平拋運動等,要注意從這些實例中抽象出拋體運動的模型。
一、體育運動中的平拋運動問題
在體育運動中,像乒乓球、排球、網球等都有中間網及邊界問題,要求球既能過網,又不出邊界,某物理量(尤其是球速)往往要有一定的范圍限制,在這類問題中,確定臨界狀態(tài),畫好臨界軌跡,是解決問題的關鍵點。
題型1 乒乓球的平拋運動問題
[例1] (xx全國卷Ⅰ)一帶有乒乓球發(fā)射機的乒乓球臺如圖所示。水平臺面的長和寬分別為L1和L2,中間球網高度為h。發(fā)射機安裝于臺面左側邊緣的中點,能以不同速率向右側不同方向水平發(fā)射乒乓球,發(fā)射點距臺面高度為3h。不計空氣的作用,重力加速度大小為g。若乒乓球的發(fā)射速率v在某范圍內,通過選擇合適的方向,就能使乒乓球落到球網右側臺面上,則v的最大取值范圍是( )
A.
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2019-2020年高考物理總復習
第四章
曲線運動教案
2019
2020
年高
物理
復習
第四
曲線運動
教案
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