物理_第五章《曲线运动》经典题.doc
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1、物理 第五章曲线运动经典题曲线运动【例1】关于曲线运动,下列说法中正确的是( )A曲线运动一定是变速运动 B变速运动一定是曲线运动C曲线运动可能是匀变速运动 D变加速运动一定是曲线运动【解析】曲线运动的速度方向沿曲线的切线方向,一定是变化的,所以曲线运动一定是变速运动。变速运动可能是速度的方向不变而大小变化,则可能是直线运动。当物体受到的合力是大小、方向不变的恒力时,物体做匀变速运动,但力的方向可能与速度方向不在一条直线上,这时物体做匀变速曲线运动。做变加速运动的物体受到的合力可能大小不变,但方向始终与速度方向在一条直线上,这时物体做变速直线运动。正确选项为A、C。DABC图18v0【例2】如
2、图18所示,小钢球以初速度v0在光滑水平面上运动,受到磁铁的侧向作用而沿图示的曲线运动到D点,由此可知( )A磁铁在A处,靠近小钢球的一定是N极B磁铁在B处,靠近小钢球的一定是S极C磁铁在C处,靠近小钢球的一定是N极D磁铁在B处,靠近小钢球的磁极极性无法确定【解析】小钢球受磁铁的吸引而做曲线运动,运动方向只会向所受吸引力的方向偏转,因而磁铁位置只可能能在B处,不可能在A处或C处。又磁铁的N极或S极对小钢球都有吸引力,故靠近小钢球的磁极极性无法确定。正确选项为D。【例3】质点在三个恒力F1、F2、F3的共同作用下保持平衡状态,若突然撤去F1,而保持F2、F3不变,则质点( )A一定做匀变速运动
3、B一定做直线运动C一定做非匀变速运动 D一定做曲线运动【解析】质点在恒力作用下产生恒定的加速度,加速度恒定的运动一定是匀变速运动。由题意可知,当突然撤去F1而保持F2、F3不变时,质点受到的合力大小为F1,方向与F1相反,故一定做匀变速运动。在撤去F1之前,质点保持平衡,有两种可能:一是质点处于静止状态,则撤去F1后,它一定做匀变速直线运动;其二是质点处于匀速直线运动状态,则撤去F1后,质点可能做直线运动(条件是F1的方向和速度方向在一条直线上),也可能做曲线运动(条件是F1的方向和速度方向不在一条直线上)。正确选项为A。P4P1P2P3Oxy【例4】如图19所示为一空间探测器的示意图,P1、
4、P2、P3、P4是四个喷气发动机,P1、P3的连线与空间一固定坐标系的x轴平行,P2、P4的连线与空间一固定坐标系的y轴平行。每台发动机开动时,都能向探测器提供推力,但不会使探测器转动。开始时,探测器以恒定速度v0向x方向平移。(1)单独分别开动P1、P2、P3、P4,探测器将分别做什么运动?开动P2与开动P4,探测器的运动有何不同?(2)同时开动P2和P3,探测器将做什么运动?图19(3)若四个发动机能产生相同大小的推力,同时开动时探测器将做什么运动?【解析】(1)单独开动P1时,力沿x方向,故探测器沿x方向做匀减速直线运动,单独开动P3时,力沿x方向,探测器沿x方向做匀加速直线运动;单独开
5、动P2或P4时,力沿y方向或y方向,探测器做匀变速曲线运动。但开动P2时,探测器在坐标系中第一象限做匀变速曲线运动,而单独开动P4时,探测器是在第四象限做匀变速曲线运动。bBAac图110(2)同时开动P2和P3,探测器受到沿y方向和x方向的力的作用,一边加速同时向y方向偏转,在第一象限内做匀变速曲线运动。(3)同时开动四个发动机,合外力为0,探测器仍沿x方向以速度v0做匀速直线运动。【例5】如图110所示,物体在恒力F作用下沿曲线从点A运动到点B,这时突然使它所受的力反向,但大小不变,即由F变为F。在此力的作用下,物体以后的运动情况,下列说法中正确的是( )A物体不可能沿曲线Ba运动 B物体
6、不可能沿直线Bb运动C物体不可能沿曲线Bc运动 D物体不可能沿原曲线BA返回【解析】物体沿曲线从点A运动到点B(点B除外)的过程中,其所受恒力F的方向必定指向曲线的内侧。当运动到B点时,因恒力反向,由曲线运动的特点,物体运动的曲线轨迹必定向合力方向弯曲,可知物体以后只可能沿Bc运动。正确选项为A、B、D。图111BCD【例6】电动自行车绕图111所示的400m标准跑道运动,车上的车速表指针一直指在36km/h处不动。则下列说法中正确的是( )A电动车的速度一直保持不变B电动车沿弯道BCD运动过程中,车一直具有加速度C电动车绕跑道一周需40s,此40s内电动车的平均速度等于0D电动车在弯道上运动
7、时,合外力方向不可能沿切线方向【解析】速度是矢量,不仅有大小,还有方向。电动车运动过程中车速表指针一直指在36km/h处不动,只能说明其速度大小保持不变,而运动过程中速度的方向在发生变化。而经过弯道时,速度方向始终沿弯道的切线方向,在不断发生变化,也就具有加速度,方向指向弯道的内侧。此加速度由电动车所受合外力提供,由牛顿第二定律可以推断,此合外力方向也必指向弯道内侧,而不可能沿切线方向。电动车绕跑道一周过程中位移为零,由平均速度概念可知,此过程中平均速度为零。正确选项为B、C、D。运动的合成与分解【例1】关于运动的合成,下列说法中正确的是( )A合运动的速度一定比分运动的速度大B两个匀速直线运
8、动的合运动不一定是匀速直线运动C两个匀变速直线运动的合运动不一定是匀变速直线运动D合运动的两个分运动的时间不一定相等【解析】根据速度合成的平行四边形定则可知,合速度的大小是在两分速度的和与两分速度的差之间,故合速度不一定比分速度大。两个匀速直线运动的合运动一定是匀速直线运动。两个匀变速直线运动的合运动是否是匀变速直线运动,决定于两初速度的合速度方向是否与合加速度方向在一直线上。如果在一直线上,合运动是匀变速直线运动;反之,是匀变速曲线运动。根据运动的同时性,合运动的两个分运动是同时的。正确选项为C。【例2】无风时气球匀速竖直上升的速度是4m/s,现自西向东的风速大小为3m/s,则(1)气球相对
9、地面运动的速度大小为_,方向_。(2)若风速增大,则气球在某一时间内上升的高度与风速增大前相比将_。(填“增大”、“减小”、“保持不变”)图28Ov1v2v【解析】(1)在地面上的人看来,气球的运动同时参与了两个运动,即竖直向上的运动和自西向东的水平运动。如图28所示,根据平行四边形定则,其合速度大小为vm/s5m/s设合速度方向与水平方向夹角为,则tan,arctan1.3353即合速度的方向为向东偏上53。(2)如果一个物体同时参与两个运动,这两个分运动是“相互独立、同时进行”的,各自遵守各自的规律。由风引起的水平方向的分运动不会影响气球竖直方向的分运动,气球上升的高度与风速无关,在任一段
10、时间内上升的高度不变。【例3】小河宽为d,河水中各点水流速度与各点到较近的河岸边的距离成正比,v水kx,k,x是各点到河岸的距离。小船船头垂直于河岸渡河,小船划水速度为v0,则下列说法中正确的是( )A小船渡河时的轨迹是直线B小船到达距河岸处,船的渡河速度为v0C小船渡河时的轨迹是直线D小船到达距河岸处,船的渡河速度为v0【解析】小船同时参与了两个分运动,即小船垂直河岸的匀速直线运动(速度为v0)和随水流方向的运动(速度为v水kx,k),其实际运动的轨迹即合运动的轨迹。由于随水流方向的运动速度在发生变化,故合运动的加速度方向始终指向下游,与速度方向不在同一直线上,所以小船实际运动轨迹是曲线。小
11、船距岸处时,v水kxv0,v水与船划水速度垂直,所以船渡河速度为v0。小船距河岸处时,也就是离较近的对岸处,所以此时速度仍为v0。正确选项为BC。4111122223333444OOvy/(ms-1)t/st/svx/(ms-1)图29【例4】质量m=0.2kg的物体在光滑水平面上运动,其分速度vx和vy随时间变化的图线如图29所示,求:(1)物体所受的合力;(2)物体的初速度。【解析】(1)根据匀变速直线运动规律,可求得物体在x轴上的分运动的加速度大小为m/s2=1m/s2,方向沿x轴的负方向。又物体在y轴上的分运动的加速度为0,故物体的合加速度大小为a=1m/s2。合加速度方向亦沿x轴的负
12、方向。根据牛顿第二定律,可得物体所受的合力大小为F=ma=0.21N=0.2N合力方向亦沿x轴的负方向。(2)由分速度vx和vy随时间变化的图线,可得两分运动的初速度大小为vx0=4m/s,vy0=4m/s方向均沿坐标轴的正方向,故物体的初速度大小为m/sm/s初速度方向与两坐标轴的正方向均成45角。【例6】已知某船在静水中的速率为v14m/s,现让船渡过某条河,假设这条河的两岸是理想的平行线,河宽为d100m,河水的流动速度为v23m/s,方向与河岸平行。试分析:(1)欲使船以最短时间渡过河去,航向怎样?最短时间是多少?到达对岸的位置怎样?船发生的位移是多大?(2)欲使船渡河过程中的航行距离
13、最短,船的航向又应怎样?渡河所用时间是多少?图210vv1v2【解析】(1)根据运动的独立性和等时性,当船在垂直河岸方向上的分速度v最大时,渡河所用时间最短,设船头指向上游且与上游河岸夹角为,其合速度v与分运动速度v1、v2的矢量关系如图210所示。河水流速v2平行于河岸,不影响渡河快慢,船在垂直河岸方向上的分速度vv1sin,则船渡河所用时间为t。显然,当sin1即90时,v最大,t最小,此时船身垂直于河岸,船头始终指向正对岸,但船实际的航向斜向下游,如图2-11所示。图211vv1v2A渡河的最短时间tmins25s。船的位移为svttmin25m125m。船渡过河时已在正对岸的下游A处,
14、其顺水漂流的位移为图2-12v合v1v2xv2tminm75m。(2)由于v1v2,故船的合速度与河岸垂直时,船的渡河距离最短。设此时船速v1的方向(船头的指向)斜向上游,且与河岸成角,如图2-12所示,则cos,4124船的实际速度为v合m/sm/s。故渡河时间tss38s。抛体运动的规律图45hAv0【例1】如图45所示,一高度为h0.2m的水平面在A点处与一倾角为30的斜面连接,一小球以v05m/s的速度在水平面上向右运动。求小球从A点运动到地面所需的时间(平面与斜面均光滑。g取10m/s2)。某同学对此题的解法为:小球沿斜面运动,则v0tgsint2。由此可求得落地的时间t。【解析】不
15、同意上述解法,小球应在A点离开平面做平抛运动,而不是沿斜面下滑。正确的解法是:假如小球直接落至地面,则小球在空中运动的时间为t落地点与A点的水平距离xv0t50.2m=1m。斜面底宽lhcot0.2m0.35m。因为xl,所以小球离开A点后确实不会落到斜面上,而是直接落至地面,因此落地时间即为平抛运动时间0.2s。【例2】飞机在2km的高空以360km/h的速度沿水平航线匀速飞行,飞机在地面上观察者的正上方空投一包裹。(g取10m/s2,不计空气阻力)(1)试比较飞行员和地面观察者所见的包裹的运动轨迹。(2)包裹落地处离地面观察者多远?离飞机的水平距离多大?(3)求包裹着地时的速度大小和方向。
16、【解析】(1)飞机上的飞行员以正在飞行的飞机为参照物,从飞机上投下去的包裹由于惯性,在水平方向上仍以360km/h的速度沿原来的方向飞行,但由于离开了飞机,在竖直方向上同时进行自由落体运动,所以飞机上的飞行员只是看到包裹在飞机的正下方下落,包裹的轨迹是竖直直线;地面上的观察者是以地面为参照物的,他看见包裹做平抛运动,包裹的轨迹为抛物线。(2)抛体在空中的时间取决于竖直方向的运动,故t20s包裹在完成竖直方向2km运动的同时,在水平方向的位移是xv0t2000m即包裹落地位置距观察者的水平距离为2000m。空中的包裹在水平方向与飞机是同方向同速度的运动,即水平方向上它们的运动情况完全相同,所以,
17、落地时包裹与飞机的水平距离为零。(3)包裹着地时,对地面速度可分解为水平方向和竖直方向的两个分速度,vxv0100m/s,vygt1020m/s200m/s故包裹着地速度的大小为vtm/s100m/s224m/s。而tan2故着地速度与水平方向的夹角为arctan2。【例3】一水平放置的水管,距地面高h1.8m,管内横截面积S2.0cm2,有水从管口处以不变的速度v2.0m/s源源不断地沿水平方向射出。设出口处横截面积上各处水的速度都相同,并假设水流在空中不散开,g取10m/s2,不计空气阻力,求水流稳定后在空中有多少立方米的水?【解析】水由出口处射出到落地所用的时间为t单位时间内喷出的水量为
18、QSv空中水的总量为VQt由以上三式联立可得图46AOvVSvm 32.4m3。【例4】如图46所示,高为h的车厢在平直轨道上匀减速向右行驶,加速度大小为a,车厢顶部A点处有油滴滴下落到车厢地板上,车厢地板上的O点位于A点的正下方,则油滴的落地点必在O点的_(填“左”或“右”)方,离O点的距离为_。【解析】因为油滴自车厢顶部A点脱落后,由于惯性在水平方向具有与车厢相同的初速度,因此油滴做平抛运动,水平方向做匀速直线运动x1vtAOAx1x2xO图47竖直方向做自由落体运动hgt2又因为车厢在水平方向做匀减速直线运动,所以车厢(O点)的位移为x2vtat2。如图47所示,xx1x2,所以油滴落地
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- 曲线运动 物理 第五 经典
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