2022高考物理二轮复习专题1力与运动第3讲力与曲线运动学案.docx
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1、第3讲力与曲线运动考情速览明规律高考命题点命题轨迹情境图运动的合成与分解及平抛运动2020卷1620(2)16题19(2)19题18(1)18题2019卷192018卷18圆周运动2020卷1620(1)16题16(2)16题17(2)14题2017卷142016卷16卷14万有引力与天体的运动2020卷15,卷15,卷1617(2)19题2019卷14,卷152018卷20,卷16,卷152017卷19,卷142016卷17,卷14万有引力定律与力学知识的综合应用2019卷2119(1)21题核心知识提素养“物理观念”构建1平抛运动(1)规律:vxv0,vygt,xv0t,ygt2.(2)推
2、论:做平抛(或类平抛)运动的物体任意时刻速度的反向延长线一定通过此时水平位移的中点;设在任意时刻瞬时速度与水平方向的夹角为,位移与水平方向的夹角为,则有tan 2tan.2竖直平面内圆周运动的两种临界问题(1)绳模型:物体能通过最高点的条件是v.(2)杆模型:物体能通过最高点的条件是v0.3解决天体运动问题的“万能关系式”4第一宇宙速度推导过程为:由mg得:v17.9 km/s.第一宇宙速度是人造地球卫星的最大环绕速度,也是人造地球卫星的最小发射速度“科学思维”展示1思想方法(1)合运动性质和轨迹的判断若加速度方向与初速度的方向在同一直线上,则为直线运动;若加速度方向与初速度的方向不在同一直线
3、上,则为曲线运动若加速度恒定则为匀变速运动,若加速度不恒定则为非匀变速运动(2)处理变轨问题的两类观点力学观点:从半径小的轨道变轨到半径大的轨道,卫星需要向运动的反方向喷气,加速离心;从半径大的轨道变轨到半径小的轨道,卫星需要向运动的方向喷气,减速近心能量观点:在半径小的轨道上运行时的机械能比在半径大的轨道上运行时的机械能小在同一轨道上运动卫星的机械能守恒,若动能增加则引力势能减小(3)双星问题各自所需的向心力由彼此间的万有引力提供,即m1r1,m2r2.两颗星的周期及角速度都相同,即T1T2,12.两颗星的运行半径与它们之间的距离关系为r1r2L.2模型建构(1)绳(杆)关联问题的速度分解方
4、法把物体的实际速度分解为垂直于绳(杆)和平行于绳(杆)两个分量沿绳(杆)方向的分速度大小相等(2)模型化思想的应用竖直面内圆周运动常考的两种临界模型最高点无支撑最高点有支撑图示最高点向心力mgF弹mmgF弹m恰好过最高点F弹0,mgm,v,即在最高点速度不能为零mgF弹,v0,即在最高点速度可为零命题热点巧突破考点一运动的合成与分解及平抛运动考向1运动的合成与分解典例探秘典例1 (多选)(2019全国卷,19,6分)如图a,在跳台滑雪比赛中,运动员在空中滑翔时身体的姿态会影响其下落的速度和滑翔的距离某运动员先后两次从同一跳台起跳,每次都从离开跳台开始计时,用v表示他在竖直方向的速度,其vt图像
5、如图b所示,t1和t2是他落在倾斜雪道上的时刻.则(BD)A第二次滑翔过程中在竖直方向上的位移比第一次的小B第二次滑翔过程中在水平方向上的位移比第一次的大C第二次滑翔过程中在竖直方向上的平均加速度比第一次的大D竖直方向速度大小为v1时,第二次滑翔在竖直方向上所受阻力比第一次的大【思路分析】根据题中关键信息,利用“化曲为直思想”把运动员的运动分解为水平方向的运动与竖直方向的运动,结合速度时间图像以及牛顿第二定律求解即可【解析】vt图像中图线与t轴包围的面积表示位移的大小,第二次滑翔过程中vt图线与t轴所围面积比第一次的大,表示在竖直方向上的位移比第一次的大,A错误;由图a知落在雪道上时的水平位移
6、与竖直位移成正比,再由A项分析知B正确;从起跳到落到雪道上,第一次滑翔过程中竖直方向的速度变化比第二次的大,时间比第二次的短,由a,可知第二次滑翔过程中在竖直方向上的平均加速度比第一次的小,C错误;vt图像的斜率表示加速度,竖直方向速度大小为v1时,第二次滑翔在竖直方向上的加速度比第一次的小,设在竖直方向上所受阻力为f,由mgfma,可得第二次滑翔在竖直方向上受到的阻力比第一次的大,D正确【核心考点】曲线运动,运动的合成与分解,速度时间图像,牛顿第二定律【规范审题】指定为竖直方向运动图像给出运动时间图(b)vt图像,由图像得出运动员两次滑翔过程中加速度及位移的关系.【情景解读】选取生活中的常见
7、情景,从实际情景中抽象出曲线运动模型考向预测1(2020福建厦门联考)在演示“做曲线运动的条件”的实验中,有一个在水平桌面上向右做直线运动的小钢球,第一次在其速度方向上放置条形磁铁,第二次在其速度方向上的一侧放置条形磁铁,如图所示,虚线表示小球的运动轨迹观察实验现象,以下叙述正确的是(D)A第一次实验中,小钢球的运动是匀变速直线运动B第二次实验中,小钢球的运动类似平抛运动,其轨迹是一条抛物线C该实验说明做曲线运动物体的速度方向沿轨迹的切线方向D该实验说明物体做曲线运动的条件是物体受到的合外力的方向与速度方向不在同一直线上【解析】第一次实验中,小钢球受到沿着速度方向的吸引力作用,做直线运动,并且
8、随着距离的减小吸引力变大,加速度变大,则小球的运动是非匀变速直线运动,选项A错误;第二次实验中,小钢球所受的磁铁的吸引力方向总是指向磁铁,是变力,故小球的运动不是类似平抛运动,其轨迹也不是一条抛物线,选项B错误;该实验说明物体做曲线运动的条件是物体受到的合外力的方向与速度方向不在同一直线上,但是不能说明做曲线运动物体的速度方向沿轨迹的切线方向,故选项C错误,D正确2(2020河北衡水模拟)两根光滑的杆互相垂直地固定竖直平面内上面分别穿有一个小球小球a、b间用一细直棒相连如图释放后两球都开始滑动当细直棒与竖直杆夹角为时,两小球实际速度大小之比vavb等于(C)Asin 1Bcos 1Ctan 1
9、Dcot 1【解析】将两球的速度分解,如图所示,则有:va,而vb,那么两小球实际速度之比vavbsin cos tan 1,故C正确,A、B、D错误考向2平抛运动的规律3(2020河南鹤壁段考)如图所示,位于同一高度的小球A、B分别以v1和v2的速度水平抛出,都落在了倾角为30的斜面上的C点,小球B恰好垂直打到斜面上,则v1、v2之比为(D)A11B21C23D32【解析】小球A做平抛运动,根据分位移公式,有:xv1t,竖直位移:ygt2,又有:tan 30,联立可得:v1gt,小球B恰好垂直打到斜面上,则有:tan 30,可得:v2gt,所以有:v1v232,故D符合题意4.(多选)(20
10、20江苏高考真题)如图所示,小球A、B分别从2l和l高度水平抛出后落地,上述过程中A、B的水平位移分别为l和2l.忽略空气阻力,则(AD)AA和B的位移大小相等BA的运动时间是B的2倍CA的初速度是B的DA的末速度比B的大【解析】位移为初位置到末位置的有向线段,如题图所示可得sAl,sBl,A和B的位移大小相等,A正确;平抛运动运动的时间由高度决定,即,tA,tB,则A的运动时间是B的倍,B错误;平抛运动,在水平方向上做匀速直线运动,则vxA,vxB,则A的初速度是B的倍,C错误;小球A、B在竖直方向上的速度分别为vyA2,vyB,所以可得vA,vB2,即vAvB,D正确故选AD5.(2020
11、新课标卷)如图,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,等于(B)A20B18C9.0D3.0【解析】由题意可知当在a点动能为E1时,有E1mv,根据平抛运动规律有hgt,hv1t1,当在a点时动能为E2时,有E2mv,根据平抛运动规律有hgt,3hv2t2,联立以上各式可解得18,故选B6(2020成都七中期中)如图所示斜面倾角为,且tan ,从斜面上O点与水平方向成45角以速度v0、
12、2v0分别抛出小球P、Q,小球P、Q刚要落在斜面上A、B两点时的速度分别为vP、vQ,设O、A间的距离为s1,O、B间的距离为s2,不计空气阻力,则(A)As24s1,vP、vQ方向相同Bs24s1,vP、vQ方向不同C2s1s24s1,vP、vQ方向相同D2s1s24s1,vP、vQ方向不同【解析】设抛出的速度为v,则水平分速度为vxvcos45v,竖直速度为vyvsin 45v,根据位移关系有tan ,解得t,则落点与抛出点的距离为sv2,则由题意可知初速度为v0、2v0分别抛出小球P、Q,则有s24s1,落到斜面上的速度方向与水平方向的夹角满足tan 0,即速度方向均为水平,所以vP、v
13、Q方向相同,故A正确,B、C、D错误规律总结处理平抛(类平抛)运动的四条注意事项(1)处理平抛运动(或类平抛运动)时,一般将运动沿初速度方向和垂直于初速度方向进行分解,先按分运动规律列式,再用运动的合成求合运动(2)对于在斜面上平抛又落到斜面上的问题,其竖直位移与水平位移之比等于斜面倾角的正切值(3)若平抛的物体垂直打在斜面上,则物体打在斜面上瞬间,其水平速度与竖直速度之比等于斜面倾角的正切值(4)做平抛运动的物体,其位移方向与速度方向一定不同考点二圆周运动考向1水平面内的圆周运动1(2020江苏江阴模拟)中国选手王峥在第七届世界军人运动会上获得链球项目的金牌如图所示,王峥双手握住柄环,站在投
14、掷圈后缘,经过预摆和34圈连续加速旋转及最后用力,将链球掷出整个过程可简化为加速圆周运动和斜抛运动,忽略空气阻力,则下列说法中正确的是(C)A链球圆周运动过程中,链球受到的拉力指向圆心B链球掷出瞬间速度方向沿该点圆周运动的径向C链球掷出后做匀变速运动D链球掷出后运动时间与速度的方向无关【解析】链球做加速圆周运动,故拉力和瞬时速度成锐角,既有拉力的分力指向圆心提供向心力,又有拉力的分力沿切向,提供切向加速度增大速度,故A错误;曲线运动的瞬时速度是轨迹的切线方向,故链球掷出瞬间速度方向应该沿圆周在这一点的切向,故B错误;链球掷出后只受重力而不计空气阻力,则合外力产生的加速度恒为g,速度会均匀改变,
15、故其做匀变速运动,C正确;链球掷出后做斜抛运动,运动时间由竖直分运动决定,而竖直分速度的大小与夹角有关,则链球掷出后运动时间与速度的方向有关,故D错误2(2020江苏七市调研)拨浪鼓最早出现在战国时期,宋代时小型拨浪鼓已成为儿童玩具四个拨浪鼓上分别系有长度不等的两根细绳,绳一端系着小球,另一端固定在关于手柄对称的鼓沿上,现使鼓绕竖直放置的手柄匀速转动,两小球在水平面内做周期相同的圆周运动下列各图中两球的位置关系可能正确的是(图中细绳与竖直方向的夹角)(C)【解析】小球做匀速圆周运动,角速度相同,受力分析如下图,令绳子为L.反向延长与拨浪鼓转轴交点为O,小球到O点的距离为L,鼓面半径为r.根据牛
16、顿第二定律得mgtan m2Lsin 整理得hLcos Lcos rcot 即绳子反向延长与拨浪鼓转轴交点O到小球转动平面的高度h固定,绳子长度L越大,偏转角越大,则绳子与拨浪鼓连接点A离小球圆周运动平面的距离hLcoshrcot ,绳子长度L越大,偏转角越大,h越大,故选C3(2020湖北荆州质检)如图所示,质量相等的A、B两个小球悬于同一悬点O,且在O点下方垂直距离h1 m处的同一水平面内做匀速圆周运动,悬线长L13 m,L22 m,则A、B两小球(C)A周期之比T1T223B角速度之比1232C线速度之比v1v2D向心加速度之比a1a283【解析】小球做圆周运动所需要的向心力由重力mg和
17、悬线拉力F的合力提供,设悬线与竖直方向的夹角为.对任意一球受力分析,由牛顿第二定律,在竖直方向有Fcos mg0在水平方向有Fsin mLsin 由得T2,分析题意可知,连接两小球的悬线的悬点距两小球运动平面的距离为hLcos ,相等,所以周期相等T1T211,角速度,则角速度之比1211,故A、B错误;根据合力提供向心力得mgtan m,解得vtan ,根据几何关系可知tan 1,tan2,故线速度之比v1v2,故C正确;向心加速度av,则向心加速度之比等于线速度之比为a1a2,故D错误4.(2020新课标卷)如图,一同学表演荡秋千已知秋千的两根绳长均为10 m,该同学和秋千踏板的总质量约为
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