高考物理专题突破讲义专题1第4课时运动的合成与分解.pdf
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1、第第 4 课时运动的合成与分解课时运动的合成与分解命题规律 1.命题角度:(1)曲线运动、运动的合成与分解;(2)抛体运动.2.常考题型:选择题、计算题高考题型高考题型 1曲线运动、运动的合成与分解曲线运动、运动的合成与分解考向一运动的合成与分解例 1(2021山西吕梁市高三一模)在光滑的水平面上建立 xOy 平面直角坐标系,一质点在水平面上从坐标原点开始运动,沿 x 方向和 y 方向的 xt 图像和 vyt 图像分别如图 1 所示,则 04 s 内()图 1A质点的运动轨迹为直线B质点的加速度恒为 1 m/s2C4 s 末质点的速度为 6 m/sD4 s 末质点离坐标原点的距离为 16 m答
2、案B解析质点在 x 方向做匀速直线运动,其速度为 vxxt2 m/s,在 y 方向做匀加速直线运动,其初速度、加速度分别为 vy00,avyt1 m/s2,所以质点的合初速度在 x 方向,合加速度在 y 方向,故质点做匀加速曲线运动,A 错误,B 正确;4 s 末质点在 y 方向的分速度为 vy44 m/s,故其合速度为 v vy42vx22 5 m/s,C 错误;4 s 末质点在 y 方向的位移为 y12vy4t8 m,所以 4 s 末质点离坐标原点的距离为 s y2x28 2 m,D 错误例 2(2018全国卷18)如图 2,abc 是竖直面内的光滑固定轨道,ab 水平,长度为 2R;bc
3、是半径为 R 的四分之一圆弧,与 ab 相切于 b 点一质量为 m 的小球,始终受到与重力大小相等的水平外力的作用,自 a 点处从静止开始向右运动重力加速度大小为 g.小球从 a 点开始运动到其轨迹最高点,机械能的增量为()图 2A2mgR B4mgR C5mgR D6mgR答案C解析小球从 a 运动到 c,根据动能定理得 F3RmgR12mv12,又 Fmg,故 v12 gR,小球离开 c 点在竖直方向做竖直上抛运动,水平方向做初速度为零的匀加速直线运动,且水平方向与竖直方向的加速度大小相等,都为 g,故小球从 c 点到最高点所用的时间 tv1g2Rg,水平位移 x12gt22R,根据功能关
4、系,小球从 a 点开始运动到轨迹最高点机械能的增量为力F 做的功,即 EF(2RRx)5mgR,选 C.考向二关联速度问题把物体的实际速度分解为垂直于绳(杆)和平行于绳(杆)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 3 所示图 3例 3如图 4 所示,套在竖直细杆上的轻环 A 由跨过光滑轻质定滑轮的不可伸长的轻绳与重物 B 相连,施加外力让 A 沿杆以速度 v 匀速上升,从图中 M 位置上升至与定滑轮的连线处于水平的 N 位置,已知 AO 与竖直杆成 角,MN 之间的距离为 L,则下列说法正确的是()图 4A刚开始时 B 的速度大小为vcos BA 运动到位置 N 时,B
5、 的速度为零CA 由 M 上升到 N 的过程中,B 下降的距离为 LD重物 B 下降过程,绳对 B 的拉力小于 B 的重力答案B解析对于 A,它的速度如图中标出的 v,这个速度看成是 A 的合速度,其分速度大小分别是 va、vb,其中 vb等于 B 的速率(同一根绳子,两端速度大小相同),故刚开始上升时 B 的速度大小为 vBvbvcos,故 A 错误;B 下降过程做减速运动,处于超重状态,绳对 B 的拉力大于 B 的重力,故 D 错误;当 A 运动到位置 N 时 90,此时 vB0,B 正确A 由 M上升到 N 的过程中,B 下降的距离为Lcos Ltan,C 错误考向三小船渡河问题例 4如
6、图 5 所示,某河流水流速度大小恒为 v1,A 处的下游 C 处有个漩涡,漩涡与河岸相切于 B 点,漩涡的半径为 r,AB 3r.为使小船从 A 点出发以恒定的速度安全到达对岸,小船航行时在静水中速度的最小值为()图 5A.12v1 B.33v1C.32v1 D.3v1答案C解析如图所示,当小船从 A 点沿与漩涡相切的虚线渡河,且在静水中的速度 v2与其在河流中的实际速度 v 垂直时,小船在静水中的速度最小,设为 v2,故有 v2v1sin,而 tan 2r3r33,解得 v232v1,故选 C.高考题型高考题型 2抛体运动抛体运动1抛体运动为 ag 的匀变速运动,基本思想是运动的分解平抛运动
7、可分解为水平方向的匀速直线运动和竖直方向的自由落体运动;斜抛运动可分解为水平方向的匀速直线运动和竖直方向的竖直上(下)抛运动2平抛运动、速度方向和位移方向的应用已知条件情景示例解题策略从斜面外平抛,垂直落在斜面上,如图所示,已知速度的方向垂直于斜面分解速度 tan v0vyv0gt已知速度方向从圆弧形轨道外平抛,恰好无碰撞地进入圆弧形轨道,如图所示,已知速度方向沿该点圆弧的切线方向分解速度 tan vyv0gtv0从斜面上平抛又落到斜面上,如图所示,已知位移的方向沿斜面向下分解位移tan yx12gt2v0tgt2v0已知位移方向在斜面外平抛,落在斜面上位移最小,如图所示,已知位移方向垂直斜面
8、分解位移tan xyv0t12gt22v0gt3.平抛运动的两个推论(1)设做平抛运动的物体在任意时刻的速度方向与水平方向的夹角为,位移方向与水平方向的夹角为,则有 tan 2tan,如图 6 甲所示(2)做平抛运动的物体任意时刻的瞬时速度的反向延长线一定通过此时水平位移的中点,如图乙所示图 64斜抛运动至最高点时速度水平,可采用逆向思维法,看作平抛运动考向一平抛运动例 5(2020全国卷16)如图 7,在摩托车越野赛途中的水平路段前方有一个坑,该坑沿摩托车前进方向的水平宽度为 3h,其左边缘 a 点比右边缘 b 点高 0.5h.若摩托车经过 a 点时的动能为 E1,它会落到坑内 c 点c 与
9、 a 的水平距离和高度差均为 h;若经过 a 点时的动能为 E2,该摩托车恰能越过坑到达 b 点.E2E1等于()图 7A20 B18 C9.0 D3.0答案B解析摩托车从 a 点做平抛运动到 c 点,水平方向:hv1t1,竖直方向:h12gt12,可解得 v1gh2,动能 E112mv12mgh4;摩托车从 a 点做平抛运动到 b 点,水平方向:3hv2t2,竖直方向:0.5h12gt22,解得 v23 gh,动能 E212mv2292mgh,故E2E118,B 正确例 6(2018全国卷17)在一斜面顶端,将甲、乙两个小球分别以 v 和v2的速度沿同一方向水平抛出,两球都落在该斜面上甲球落
10、至斜面时的速率是乙球落至斜面时速率的()A2 倍 B4 倍 C6 倍 D8 倍答案A解析如图所示,可知:xvt,xtan 12gt2vygt2tan v则落至斜面的速率 v落 v2vy2v 14tan2,即 v落v,甲、乙两球抛出速度为 v 和v2,则可得落至斜面时速率之比为 21.考向二斜抛运动例 7(2021江苏省第二次适应性考试)如图 8 所示,篮球在 1.6 m 的高度掷出,在 2.5 m 的高度垂直击中篮板,反弹后恰好落在掷出点的正下方不计空气阻力,取重力加速度 g10 m/s2.求该篮球图 8(1)从击中篮板反弹后到落回地面的时间 t;(2)击中篮板前后的动能之比答案(1)0.7
11、s(2)259解析(1)篮球反弹后做平抛运动,在竖直方向上做自由落体运动,则有 h12gt2解得 t2hg代入数据解得 t0.7 s(2)掷出到击中篮板的运动过程等效为逆向的平抛运动,设篮球质量为 m,平抛运动的初速度为 v,则在水平方向上做匀速直线运动,有 xvt篮球做平抛运动的初动能为 Ek12mv2,解得 Ekmgx24h,则击中篮板前后的动能之比Ek1Ek2h2h2h1,其中 h11.6 m,h22.5 m代入数据得Ek1Ek2259.例 8(2020山东卷16)单板滑雪 U 形池比赛是冬奥会比赛项目,其场地可以简化为如图 9 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
12、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 vM10 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 g10 m/s2,sin 72.80.96,cos 72.80.30.求:图 9(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.答案(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
13、运动的合成与分解规律得v1vMsin 72.8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mgcos 17.2ma1由运动学公式得 dv122a1联立式,代入数据得d4.8 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律得 v2vMcos 72.8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mgsin 17.2ma2设腾空时间为 t,由运动学公式得t2v1a1Lv2t12a2t2联立式,代入数据得 L12 m.1(2021江苏无锡市市北高级中学高三期末)如图 10 所示,
14、从匀速运动的水平传送带边缘,垂直弹入一底面涂有墨汁的棋子,棋子在传送带表面滑行一段时间后随传送带一起运动以传送带的运动方向为 x 轴,棋子初速度方向为 y 轴,以出发点为坐标原点,棋子在传送带上留下的墨迹为()图 10答案A解析研究墨迹,也就是研究棋子相对于传送带的相对运动分析可知,在传送带这个参考系中,合速度的方向和摩擦力的方向在一条直线上,所以运动轨迹应该是一条过坐标原点的倾斜直线,又因为棋子相对于传送带往后运动,故 A 正确,B、C、D 错误2.(2021山东青岛市一模)如图 11 所示,在投掷游戏中,甲同学从 A 点将某个小玩具水平抛出,小玩具沿轨迹落到了地面上的 D 点;乙同学从位于
15、 A 点正下方地面上的 B 点斜向上将另一个同样的小玩具抛出,玩具沿轨迹也恰好落到了 D 点,C 点为轨迹最高点,A、C 高度相同,不计空气阻力,下列说法正确的是()图 11A两过程的水平速度相同B两过程中玩具在空中的运动时间相等C沿轨迹落到 D 点时小玩具落地速度大D两个过程中重力的冲量相等答案C解析轨迹小玩具能到达 C 点,从 C 到 D 在竖直方向做自由落体运动,而轨迹在竖直方向直接做自由落体运动,根据竖直方向的运动情况可知轨迹小玩具运动的时间为轨迹的两倍,设轨迹运动的时间为 t1,轨迹运动的时间为 t2,则有 t22t1,且两次在水平方向运动的位移相等,而时间之比为 12,故水平速度之
16、比为 21,故 A、B 错误;由于两次击中 D 点时水平速度不相等,轨迹的水平速度大,竖直速度相等,则轨迹落地合速度大,即沿轨迹落到 D 点时小玩具落地速度大,故 C 正确;两个过程中重力相等,由于时间不相等,则两个过程中重力的冲量不相等,故 D 错误3(2021山东烟台市高三期末)某同学参加学校的跳远比赛,其运动轨迹可以简化为如图 12所示,该同学以速率 v 沿与水平地面成某一角度方向跳出,运动过程中离开地面的最大高度为 H9v250g,若该同学可视为质点,不计空气阻力,重力加速度为 g,则该同学本次跳远的成绩为()图 12A.24v225g B.12v225gC.18v225g D.9v2
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