考点15 曲线运动 运动的合成与分解——备战2022年高考物理考点一遍过.docx

一、曲线运动1曲线运动（1）速度的方向：质点在某一点的速度方向，沿曲线在这一点的切线方向。（2）运动的性质：做曲线运动的物体，速度的方向时刻在改变，所以曲线运动一定是变速运动。（3）曲线运动的条件：物体所受合外力的方向跟它的速度方向不在同一条直线上或它的加速度方向与速度方向不在同一条直线上。2物体做曲线运动的条件及轨迹分析（1）条件因为速度时刻在变，所以一定存在加速度；物体受到的合外力与初速度不共线。（2）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合外力方向与速度方向之间，速度方向与轨迹相切，合外力方向指向曲线的“凹”侧。（3）速率变化情况判断当合外力方向与速度方向的夹角为锐角时，物体的速率增大；当合外力方向与速度方向的夹角为钝角时，物体的速率减小；当合外力方向与速度方向垂直时，物体的速率不变。3做曲线运动的规律小结：（1）合外力或加速度指向轨迹的“凹”（内）侧。（2）曲线的轨迹不会出现急折，只能平滑变化，且与速度方向相切。二、运动的合成与分解1基本概念（1）运动的合成：已知分运动求合运动。（2）运动的分解：已知合运动求分运动。2分解原则：根据运动的实际效果分解，也可采用正交分解。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定则。4合运动与分运动的关系（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。5运动的合成及性质（1）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，由于它们均是矢量，故合成与分解都遵循平行四边形定则。（2）合运动的性质判断（3）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：两个互成角度的分运动合运动的性质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果v合与a合共线，为匀变速直线运动如果v合与a合不共线，为匀变速曲线运动6合运动与分运动的关系（1）运动的独立性一个物体同时参与两个（或多个）运动，其中的任何一个运动并不会受其他分运动的干扰，而保持其运动性质不变，这就是运动的独立性原理。虽然各分运动互不干扰，但是它们共同决定合运动的性质和轨迹。（2）运动的等时性各个分运动与合运动总是同时开始，同时结束，经历时间相等（不同时的运动不能合成）。（3）运动的等效性各分运动叠加起来与合运动有相同的效果。7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，由于它们均是矢量，故合成与分解都遵守平行四边形定则。8运动的合成与分解两个典型模型（1）小船渡河模型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”。模型特点：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。三种速度：v船（船在静水中的速度）、v水（水的流速）、v合（船的实际速度）。两个极值A过河时间最短：v船v水，tmin=（d为河宽）。B过河位移最小：v合v水（前提v船>v水），如图甲所示，此时xmin=d船头指向上游与河岸夹角为。cos =；v船v合（前提v船<v水），如图乙所示。过河最小位移为xmin=（2）绳（杆）端速度分解模型模型特点沿绳（或杆）方向的速度分量大小相等。思路与方法合运动绳拉物体的实际运动速度v分运动方法：v1与v2的合成遵循平行四边形定则。9小船过河模型（1）分析思路（2）解决这类问题的关键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。运动分解的基本方法，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。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。求最短渡河位移时，根据船速v船与水流速度v水的大小情况用三角形法则求极值的方法处理。10对绳端速度合成与分解的方法：（1）物体的实际运动一定是合运动。（2）绳端速度可分解为沿绳方向的速度和垂直于绳方向的速度。（2020·北京景山学校高一期末）如图所示，水平桌面上一小铁球沿直线运动若在铁球运动的正前方A处或旁边B处放一块磁铁，下列关于小球运动的说法正确的是()A磁铁放在A处时，小铁球做匀速直线运动B磁铁放在A处时，小铁球做匀加速直线运动C磁铁放在B处时，小铁球做匀速圆周运动D磁铁放在B处时，小铁球做变加速曲线运动【参考答案】D【详细解析】磁铁放在A处时，合力向前，加速度向前，物体加速运动，故A错误；磁铁放在A处时，合力向前，加速度向前，物体加速运动，但磁力大小与距离有关，故加速度是变化的，不是匀加速运动，故B错误；磁铁放在B处时，合力与速度不共线，故小钢球向右侧偏转，但不是圆周运动，故C错误；磁铁放在B处时，合力与速度不共线，故小钢球向右侧偏转；磁力大小与距离有关，所以加速度是变化的，即小球做变加速曲线运动，故D正确所以D正确，ABC错误1（2020·江苏省高一期中）如图所示的曲线为运动员抛出的铅球运动下落轨迹(铅球视为质点)，A、B、C为曲线上的三点，关于铅球在B点的速度方向，下列说法正确的是( )A沿AB的方向B沿BD的方向C沿BC的方向D沿BE的方向【答案】B【解析】曲线运动的速度方向沿轨迹上该点的切线方向铅球做平抛运动轨迹由A到C，B点的速度方向沿切线方向，即BD方向，故B正确,ACD错误。故选B。（2020·天津耀华中学高三月考）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 【参考答案】B【详细解析】设河岸宽度为d，船的静水速度vc；去程时t1回程时t2又k，得vcA ，与结论不相符，选项A错误； B，与结论相符，选项B正确； C，与结论不相符，选项C错误；D ，与结论不相符，选项D错误；故选B。1（2020·内蒙古自治区高一期中）如图所示，当小车A以恒定的速度v向左运动时，则对于B物体来说，下列说法正确的是()A匀加速上升B匀速上升CB物体受到的拉力大于B物体受到的重力DB物体受到的拉力等于B物体受到的重力【答案】C【解析】AB绳子与水平方向的夹角为，如图所示：根据平行四边形定则有，沿绳子方向的速度v=vcos沿绳子方向的速度等于B物体的速度，在运动的过程中，角减小，则v增加，所以物体加速上升（并不是匀加速），故AB错误；CD物体的加速度方向向上，根据牛顿第二定律，知绳子的拉力大于B物体的重力，故C正确，D错误。故选C。1（2020·浙江省高三）如图所示，一个做匀变速曲线运动的物体的轨迹示意图，运动至时速度大小为，经一段时间后物体运动至点，速度大小仍为，但相对点时的速度方向改变了，则在此过程中（）A物体的运动轨迹可能是某个圆的一段圆弧B物体的速度可能先增大后减小C物体的速度不可能小于D点的加速度方向与速度垂直2（2020·北京高一期末）如图所示，虚线MN为一小球在水平面上由M到N的运动轨迹，P是运动轨迹上的一点四位同学分别画出了带有箭头的线段甲、乙、丙和丁来描述小球经过P点时所受合力的方向其中可能正确的是A甲B乙C丙D丁3（2020·长春市第二十九中学高一期中）狗拉雪橇沿位于水平面内的圆弧形道路匀速行驶，下列给出的四个关于雪橇受到的牵引力及摩擦力的示意图（图中为圆心）正确的是（）ABCD4（2020·山东省高三）如图所示，物体M套在光滑水平直杆上，定滑轮上边缘与水平杆间的竖直距离为h。系在物体M上的细线跨过定滑轮与物体N相连，开始时定滑轮左侧连接物体M的细线与水平方向的夹角为，将物体N由静止释放，其下落过程中不会落到地面。已知细线无弹性且不计与滑轮间的摩擦，不计空气阻力，则下列说法正确的是（）A物体N下落过程中机械能守恒B物体N下落过程中细线的弹力不会一直大于物体N的重力C物体N下落过程中，其重力势能转化为物体M的动能D物体M运动到左侧滑轮正下方时速度最大5如图所示的曲线是某个质点在恒力作用下的一段运动轨迹质点从M点出发经P点到达N点，已知弧长MP大于弧长PN，质点由M点运动到P点与从P点运动到N点的时间相等下列说法中正确的是A质点从M点到N过程中速度大小保持不变B质点在这两段时间内的速度变化量大小相等，方向相同C质点在这两段时间内的速度变化量大小不相等，但方向相同D质点在MN间的运动不是匀变速运动6（2019·云南省云天化中学高一期末）在距河面高度h20 m的岸上有人用长绳拴住一条小船，开始时绳与水面的夹角为30°，人以恒定的速率v3 m/s拉绳，使小船靠岸，那么A5 s时绳与水面的夹角为60°B5 s时小船前进了15 mC5 s时小船的速率为5 m/sD若小船质量为20 kg，则5 s内物体的动能变化量为130 J7（2019·湖南高二期末）如图所示，在光滑水平面内建立一直角坐标系xOy，一质量m=1 kg的小球以1 m/s的初速度沿x轴正向做匀速直线运动。小球经过坐标原点O时（此时t=0），撤去沿y轴负方向，大小F=1 N的恒力，保持其他力不变。在t=0时刻之后，关于小球的运动，下列说法正确的是A做匀变速曲线运动B在任意相等的时间内，小球的速度变化相同C经过x、y坐标相同位置时所用的时间为1 sD在t=1 s时，小球的动能为1 J8（2020·山东省高考真题）单板滑雪U型池比赛是冬奥会比赛项目，其场地可以简化为如图甲所示的模型： U形滑道由两个半径相同的四分之一圆柱面轨道和一个中央的平面直轨道连接而成，轨道倾角为17.2°。某次练习过程中，运动员以vM=10 m/s的速度从轨道边缘上的M点沿轨道的竖直切面ABCD滑出轨道，速度方向与轨道边缘线AD的夹角=72.8°，腾空后沿轨道边缘的N点进入轨道。图乙为腾空过程左视图。该运动员可视为质点，不计空气阻力，取重力加速度的大小g=10 m/s2， sin72.8°=0.96，cos72.8°=0.30。求：(1)运动员腾空过程中离开AD的距离的最大值d；(2)M、N之间的距离L。9（2018·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落地点在抛出点东侧D落地点在抛出点西侧10（2015·全国新课标卷）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3.1×103 m/s，某次发射卫星飞经赤道上空时的速度为1.55×103 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，1.9×103 m/s B东偏南方向，1.9×103 m/sC西偏北方向，2.7×103 m/s D东偏南方向，2.7×103 m/s11（2015·广东卷）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v1 C【解析】A由题意，物体做匀变速曲线运动，则加速度的大小与方向都不变，所以运动的轨迹是一段抛物线，不是圆弧，A错误；B由题意，质点运动到B点时速度方向相对A点时的速度方向改变了，速度沿B点轨迹的切线方向，则知加速度方向垂直于AB的连线向下，合外力也向下，质点做匀变速曲线运动，质点由A到B过程中，合外力先和速度成钝角然后成锐角，速度先减小再增大，B错误；C物体的加速度方向垂直于AB的连线向下，根据题意可知速度方向改变45°，则A点的速度方向与AB连线方向夹角为45°，如图所示所以在物体运动过程中的最小速度为，C正确；D物体在B点速度沿B点轨迹的切线方向，而加速度方向垂直于AB的连线向下，可知二者之间的夹角小于，D正确。故选C。2D【解析】某一时刻对应某一位置，此时的速度方向沿曲线上该点的切线方向，因此丙为P点的速度方向，而力应指向曲线的内侧，由图可知道，只有丁符合条件故选D。3C【解析】滑动摩擦力的方向是与相对运动方向相反且与接触面相切的，雪橇做匀速圆周运动，合力应该指向圆心，可知C正确，ABD错误。故选C。4BD【解析】A物体N下落过程，细绳的拉力要对物体N做功，则机械能不守恒，选项A错误；B两物体的速度关系，开始时物体N的速度为零，当物块M运动到左侧滑轮正下方时，物块N的速度又变为零，可知物体N下落过程中，速度先增加后减小，先失重后超重，则物体N下落过程中细线的弹力不会一直大于物体N的重力，选项B正确；C物体N下落过程中，其重力势能转化为物体M和物体N的动能之和，选项C错误；D由于物体M向右运动到左侧滑轮正下方的过程中，绳子的拉力一直对物体M做正功，则动能增加，运动到左侧滑轮正下方时速度最大，选项D正确。故选BD。5B【解析】从M到N过程中，根据，可知，速度大小变化，故A错误；因加速度不变，则质点在这两段时间内的速度变化量大小相等，方向相同，故B正确，C错误；在MN间的运动是匀变速曲线运动，故D错误。6CD【解析】由几何关系可知，开始时河面上的绳长为；此时船离岸的距离x1=20m；5 s后，绳子向左移动了vt=15 m，则河面上绳长为40 m15 m=25 m；则此时小船离河边的距离为：x2=15m，5 s时绳与水面的夹角为，则有：，解得：=53°，故A错误；5 s时刻小船前进的距离为：x=20 m15 m=19.6 m，故B错误；船的速度为合速度，由绳收缩的速度及绳摆动的速度合成得出，则由几何关系可知，cos=0.6，则船速v船=5m/s，故C正确；开始时船的速度，5 s内船的动能变化量，选项D正确。7ABD【解析】撤去沿y轴负方向，大小F=1 N的恒力，保持其他力不变，可知小球所受的合力沿y轴正向且合力恒定，小球的加速度恒定不变，且与初速度垂直，可知小球做匀变速曲线运动，选项A正确；因加速度不变，则根据v=at可知在任意相等的时间内，小球的速度变化相同，选项B正确；小球沿y轴正向的加速度为，则，x方向：x=v0t，则当x=y时解得t=2 s，选项C错误；在t=1 s时，vy=at=1 m/s，则此时小球的速度，则小球的动能为，选项D正确.8(1)4.8 m；(2)12 m【解析】(1)在M点，设运动员在ABCD面内垂直AD方向的分速度为v1，由运动的合成与分解规律得 设运动员在ABCD面内垂直AD方向的分加速度为a1，由牛顿第二定律得mgcos17.2°=ma1 由运动学公式得 联立式，代入数据得d=4.8 m (2)在M点，设运动员在ABCD面内平行AD方向的分速度为v2，由运动的合成与分解规得v2=vMcos72.8° 设运动员在ABCD面内平行AD方向的分加速度为a2，由牛顿第二定律得mgsin17.2°=ma2 设腾空时间为t，由运动学公式得 联立式，代入数据得L=12 m 9D【解析】上升过程水平方向向西加速，在最高点竖直方向上速度为零，水平方向上有向西的水平速度，且有竖直向下的加速度，故AB错；下降过程向西减速，按照对称性落至地面时水平速度为0，整个过程都在向西运动，所以落点在抛出点的西侧，故C错，D正确。10B【解析】如下图所示，由余弦定理，可知，方向：东偏南方向，故B正确，ACD错误。11D【解析】若以帆板为参照物，求帆船的运动，即求帆船相对帆板运动情况，根据伽利略变换可知，此时帆船相对帆板的速度=，画出其对应矢量示意图如下图所示，根据图中几何关系解得：=，方向为北偏东45°，故选项D正确。