2019-2020年高考物理總復(fù)習(xí) 第四章 曲線運(yùn)動 萬有引力與航天講義.doc
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2019-2020年高考物理總復(fù)習(xí) 第四章 曲線運(yùn)動 萬有引力與航天講義 考綱下載 考向前瞻 (1)運(yùn)動的合成與分解(Ⅱ) (2)拋體運(yùn)動(斜拋運(yùn)動的計(jì)算不作要求)(Ⅱ) (3)圓周運(yùn)動 線速度 角速度 向心加速度 (Ⅰ) (4)勻速圓周運(yùn)動的向心力 (Ⅱ) (5)開普勒行星運(yùn)動定律(計(jì)算不作要求)(Ⅰ) (6)萬有引力定律及其應(yīng)用(Ⅱ) (7)第一宇宙速度 第二宇宙速度 第三宇宙速度(Ⅰ) (1)運(yùn)動的合成與分解、平拋運(yùn)動規(guī)律、圓周運(yùn)動規(guī)律、萬有引力定律在航天科技方面的應(yīng)用仍將是本章命題的熱點(diǎn)。 (2)平拋運(yùn)動、圓周運(yùn)動規(guī)律與牛頓運(yùn)動定律、萬有引力定律、功能關(guān)系、電磁學(xué)知識相結(jié)合，與生產(chǎn)、生活、科技背景相聯(lián)系，將是xx高考命題的趨勢。 第1節(jié)_曲線運(yùn)動__運(yùn)動的合成與分解 [必備知識] 1．速度方向 質(zhì)點(diǎn)在某一點(diǎn)的瞬時(shí)速度的方向，沿曲線上該點(diǎn)的切線方向。 2．運(yùn)動性質(zhì) 做曲線運(yùn)動的物體，速度的方向時(shí)刻改變，故曲線運(yùn)動一定是變速運(yùn)動，即必然具有加速度。 3．物體做曲線運(yùn)動的條件 (1)運(yùn)動學(xué)角度：物體的加速度方向跟速度方向不在同一條直線上。 (2)動力學(xué)角度：物體所受合外力的方向跟速度方向不在同一條直線上。 4．合外力方向與軌跡的關(guān)系 物體做曲線運(yùn)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(cè)。 5．速率變化情況判斷 (1)當(dāng)合外力方向與速度方向的夾角為銳角時(shí)，物體的速率增大。 (2)當(dāng)合外力方向與速度方向的夾角為鈍角時(shí)，物體的速率減小。 (3)當(dāng)合外力方向與速度方向垂直時(shí)，物體的速率不變。 [典題例析] (多選)質(zhì)量為m的物體，在F1、F2、F3三個共點(diǎn)力的作用下做勻速直線運(yùn)動，保持F1、F2不變，僅將F3的方向改變90(大小不變)后，物體可能做( ) A．加速度大小為的勻變速直線運(yùn)動 B．加速度大小為的勻變速直線運(yùn)動 C．加速度大小為的勻變速曲線運(yùn)動 D．勻速直線運(yùn)動 [解析] 選BC 物體在F1、F2、F3三個共點(diǎn)力作用下做勻速直線運(yùn)動，必有F3與F1、F2的合力等大反向，當(dāng)F3大小不變，方向改變90時(shí)，F(xiàn)1、F2的合力大小仍為F3，方向與改變方向后的F3夾角為90，故F合＝F3，加速度a＝＝，若初速度方向與F合方向共線，則物體做勻變速直線運(yùn)動，若初速度方向與F合方向不共線，則物體做勻變速曲線運(yùn)動，故B、C正確。 物體做曲線運(yùn)動常遇到的兩種情況 (1)合外力為恒力，與速度成某一角度，如平拋運(yùn)動、帶電粒子在勻強(qiáng)電場中的類平拋運(yùn)動等，此類問題速度的大小和方向均發(fā)生變化。 (2)合外力大小不變，方向改變，且合外力的方向始終與速度方向垂直，物體將做勻速圓周運(yùn)動，此時(shí)速度的大小不變，僅方向發(fā)生變化。 [針對訓(xùn)練] 1．(xx蘇州模擬)如圖4－1－1所示，冰球以速度v1在水平冰面上向右運(yùn)動。運(yùn)動員沿冰面在垂直v1的方向上快速打擊冰球，冰球立即獲得沿打擊方向的分速度v2。不計(jì)冰面摩擦和空氣阻力。下列圖中的虛線能正確反映冰球被擊打后運(yùn)動路徑的是( ) 圖4－1－1 解析：選B 物體所受的合力與速度方向不在同一直線上做曲線運(yùn)動，合力與速度方向在同一直線上做直線運(yùn)動，題中冰球受打擊后在水平方向上不受力，故做直線運(yùn)動，故C、D錯誤；實(shí)際運(yùn)動的速度為合速度，根據(jù)平行四邊形定則可知，合速度不可能沿打擊的方向，一定沿以兩分速度為鄰邊的平行四邊形的對角線的方向，故A錯誤、B正確。 2. (xx四川高考)小文同學(xué)在探究物體做曲線運(yùn)動的條件時(shí)，將一條形磁鐵放在桌面的不同位置，讓小鋼珠在水平桌面上從同一位置以相同初速度v0運(yùn)動，得到不同軌跡。圖4－1－2中a、b、c、d為其中四條運(yùn)動軌跡，磁鐵放在位置A時(shí)，小鋼珠的運(yùn)動軌跡是________(填軌跡字母代號)，磁鐵放在位置B時(shí)，小鋼珠的運(yùn)動軌跡是________(填軌跡字母代號)。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)物體所受合外力的方向跟它的速度方向________(選填“在”或“不在”)同一直線上時(shí)，物體做曲線運(yùn)動。 圖4－1－2 解析：因?yàn)榇盆F對小鋼珠只能提供引力，磁鐵在A處時(shí)，F(xiàn)與v0同向，小鋼珠做加速直線運(yùn)動，運(yùn)動軌跡為b；當(dāng)磁鐵放在B處時(shí)，F(xiàn)與v0不在同一直線上，引力指向曲線的凹側(cè)，運(yùn)動軌跡為c。當(dāng)合外力方向與速度方向不在同一直線上時(shí)，物體做曲線運(yùn)動。 答案：b c 不在 [必備知識] 1．合運(yùn)動與分運(yùn)動 合運(yùn)動指的是物體的實(shí)際運(yùn)動，對合運(yùn)動進(jìn)行分解要建立在對分運(yùn)動效果正確分析的基礎(chǔ)上。 2．合成與分解所遵循的規(guī)律 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。 (1)如果各分運(yùn)動在同一直線上，需選取正方向，與正方向同向的量取“＋”號，與正方向反向的量取“－”號，從而將矢量運(yùn)算簡化為代數(shù)運(yùn)算。 (2)兩分運(yùn)動不在同一直線上時(shí)，按照平行四邊形定則進(jìn)行合成，如圖4－1－3所示。 圖4－1－3 (3)兩個分運(yùn)動垂直時(shí)的合成滿足： a合＝ s合＝ v合＝ 3．合運(yùn)動類型 4．兩個直線運(yùn)動的合運(yùn)動性質(zhì)的判斷 根據(jù)合加速度方向與合初速度方向判定合運(yùn)動是直線運(yùn)動還是曲線運(yùn)動，具體分以下幾種情況： 兩個互成角度的分運(yùn)動 合運(yùn)動的性質(zhì) 兩個勻速直線運(yùn)動 勻速直線運(yùn)動 一個勻速直線運(yùn)動、 一個勻變速直線運(yùn)動 勻變速曲線運(yùn)動 兩個初速度為零的 勻加速直線運(yùn)動 勻加速直線運(yùn)動 兩個初速度不為零 的勻變速直線運(yùn)動 如果v合與a合共線，為勻變速直線運(yùn)動 如果v合與a合不共線，為勻變速曲線運(yùn)動 [典題例析] 如圖4－1－4甲所示，在一端封閉、長約1 m的玻璃管內(nèi)注滿清水，水中放置一個蠟塊，將玻璃管的開口端用膠塞塞緊。然后將這個玻璃管倒置，在蠟塊沿玻璃管上升的同時(shí)，將玻璃管水平向右移動。假設(shè)從某時(shí)刻開始計(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通過的水平位移依次是2.5 cm、7.5 cm、12.5 cm、17.5 cm。圖乙中，y表示蠟塊豎直方向的位移，x表示蠟塊隨玻璃管運(yùn)動的水平位移，t＝0時(shí)蠟塊位于坐標(biāo)原點(diǎn)。 圖4－1－4 (1)請?jiān)趫D乙中畫出蠟塊4 s內(nèi)的運(yùn)動軌跡； (2)求出玻璃管向右平移的加速度； (3)求t＝2 s時(shí)蠟塊的速度v。 [思路點(diǎn)撥] (1) 蠟塊在前2 s內(nèi)，水平位移和豎直位移是多少？ (2)用什么方法來求水平方向的加速度？ (3)如何求2 s末的速度？ 提示：(1)10 cm 20 cm (2)根據(jù)水平方向上連續(xù)相等時(shí)間內(nèi)的位移之差是一恒量求出加速度的大小。 (3)蠟塊在豎直方向上做勻速直線運(yùn)動，在水平方向上做勻加速直線運(yùn)動，分別求出2 s末水平方向和豎直方向上的分速度，根據(jù)平行四邊形定則求出速度的大小。 [解析] (1)蠟塊在豎直方向做勻速直線運(yùn)動，在水平方向向右做勻加速直線運(yùn)動，根據(jù)題中的數(shù)據(jù)畫出的軌跡如圖所示： (2)由于玻璃管向右為勻加速平移，根據(jù)Δx＝at2可求得加速度，由題中數(shù)據(jù)可得：Δx＝5.0 cm，相鄰時(shí)間間隔為1 s，則a＝＝510－2 m/s2。 (3)由運(yùn)動的獨(dú)立性可知，豎直方向的速度為 vy＝＝0.1 m/s。 水平方向做勻加速直線運(yùn)動，2 s時(shí)蠟塊的水平方向的速度為vx＝at＝0.1 m/s 則2 s時(shí)蠟塊的速度：v＝ m/s＝ m/s。 [答案] (1)見解析圖 (2)510－2 m/s2 (3) m/s 合運(yùn)動與分運(yùn)動的關(guān)系 (1)等時(shí)性：合運(yùn)動所需時(shí)間和對應(yīng)的每個分運(yùn)動所需時(shí)間相等。 (2)等效性：合運(yùn)動和分運(yùn)動是等效替代關(guān)系，不能并存。 (3)獨(dú)立性：一個物體可以同時(shí)參與幾個不同的分運(yùn)動，各個分運(yùn)動獨(dú)立進(jìn)行，互不影響。 [針對訓(xùn)練] 1．(多選)如圖4－1－5所示，吊車以v1的速度沿水平直線向右勻速行駛，同時(shí)以v2的速度勻速收攏繩索提升物體，下列表述正確的是( ) 圖4－1－5 A．物體的實(shí)際運(yùn)動速度為v1＋v2 B．物體的實(shí)際運(yùn)動速度為 C．物體相對地面做曲線運(yùn)動 D．繩索保持豎直狀態(tài) 解析：選BD 物體在兩個方向均做勻速運(yùn)動，因此合外力F＝0，繩索應(yīng)在豎直方向，實(shí)際速度為，因此選項(xiàng)B、D正確。 2．(xx汕頭模擬)無風(fēng)時(shí)氣球勻速豎直上升，速度為3 m/s。現(xiàn)吹水平方向的風(fēng)，使氣球獲得4 m/s的水平速度，氣球經(jīng)一定時(shí)間到達(dá)某一高度h，則( ) A．氣球?qū)嶋H速度的大小為7 m/s B．氣球的運(yùn)動軌跡是曲線 C．若氣球獲得5 m/s的水平速度，氣球到達(dá)高度h的路程變長 D．若氣球獲得5 m/s的水平速度，氣球到達(dá)高度h的時(shí)間變短 解析：選C 由題意可知，水平速度為4 m/s，而豎直速度為3 m/s，根據(jù)合成的法則，則有實(shí)際速度的大小為5 m/s，故A錯誤；水平方向與豎直方向，均做勻速直線運(yùn)動，則合運(yùn)動也是勻速直線運(yùn)動，故B錯誤；若氣球獲得5 m/s的水平速度，但豎直方向的運(yùn)動時(shí)間不變，而水平位移變大，則氣球到達(dá)高度h的路程變長，故C正確，D錯誤。 [必備知識] 小船同時(shí)參與相對靜水的運(yùn)動和順?biāo)鞯倪\(yùn)動，設(shè)船在靜水中的速度為v1，河水流速為v2。 1．過河時(shí)間最短：船頭正對河岸時(shí)，渡河時(shí)間最短，tmin＝(d為河寬)。 2．過河路徑最短(v2下載提示(請認(rèn)真閱讀)
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