习题课2 曲线运动复习与总结
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高一下学期期末复习《曲线运动》知识点总结1. 曲线运动的速度和加速度(1)速度v :①方向沿该点的 方向,且时刻改变; ②大小:可以恒定。
(2)加速度a :①方向:指向曲线的 侧,与速度方向夹角可能为 角(加速)、直角(匀速率)、可能为钝角(减速);②大小:可以恒定(匀变速曲线运动,如 运动)、可以变化(变加速曲线运动,如 运动),但a≠0。
判断下列说法是否正确.(1)变速运动一定是曲线运动.( )(2)做曲线运动的物体速度大小一定发生变化.( ) (3)做曲线运动的物体加速度可以为零.( ) (4)做曲线运动的物体加速度可以不变.( ) (5)曲线运动可能是匀变速运动.( )(5)匀变速曲线运动在相同时间内速度变化量相同.( ) 2.小船渡河的三个最值、三个方向、三种方法最短时间最短航程最小速度v 船>v 水v 船<v 水min t =min l =minl = ,cos v v θ=船水v 船min =【划重点】(1)小船渡河中有三个方向——水流方向(分运动)、船头(分运动)、航线(合运动);(2)位移和速度要一一对应,合位移对应合速度、分位移对应分速度;(3)小船渡河的时间由河的宽度d 和船沿垂直河岸的分速度v 船决定,与水流速度无关; (4)三种解题方法:平行四边形定则法、三角形法和正交分解法。
3. 绳杆速度关联——四步v =v 物v 物′=v 物v 物 =v 物′v 物 =v 物′4. 接触连接体速度关联——垂直接触面速度相等5. 平抛运动的分运动θv 船v 水dθ(v 船v 水dv 船v 水d)θv 船minv 水 v 船危险区6.平抛运动的基本规律(1)水平方向:做匀速直线运动,速度v x = ,位移x = . (2)竖直方向:做自由落体运动,速度v y = ,位移y = . (3)合速度:v =v 2x +v 2y ,方向与水平方向的夹角为θ,则tan θ=v yv x = .(4)合位移:s =x 2+y 2,方向与水平方向的夹角为α,tan α=yx= .7.平抛运动物理量的决定因素(1)飞行时间:由t =2hg 知,时间取决于 ,与初速度v 0无关. (2)水平射程:x =v 0t =v 02hg,即水平射程由 和 共同决定,与其他因素无关.(3)落地速度:v t =v 2x +v 2y =v 20+2gh ,以θ表示落地速度与x 轴正方向的夹角,有tan θ=v yv x = ,所以落地速度也只与初速度v 0和下落高度h 有关. 8.两个重要推论①做平抛(或类平抛)运动的物体任一时刻的瞬时速度的反向延长线一定通过此时水平位移的 ,如图中A 点和B 点所示.②做平抛(或类平抛)运动的物体在任意时刻任一位置处,设其速度方向与水平方向的夹角为α,位移方向与水平方向的夹角为θ,则tan α= tan θ. 9.判断下列说法是否正确.(1)平抛运动的轨迹是抛物线,速度方向时刻变化,加速度方向也可能时刻变化.( ) (2)无论初速度是斜向上方还是斜向下方的斜抛运动都是匀变速曲线运动.( ) (3)做平抛运动的物体质量越大,水平位移越大.( )(4)做平抛运动的物体初速度越大,落地时竖直方向的速度越大.( ) (5)从同一高度水平抛出的物体,不计空气阻力,初速度大的落地速度大.( ) 10.易错易混——速度变化量与速率变化量不同:①速度变化量v ∆= ,对于匀变速直线或曲线运动,加速度恒定,在相等时间内,速度变化量相等。
曲线运动复习与巩固【学习目标】1.知道物体做曲线运动的条件及特点,会用牛顿定律对曲线运动条件做出分析。
2.了解合运动、分运动及其关系,特点。
知道运动的合成和分解,理解合成和分解遵循平行四边形法则。
3.知道什么是抛体运动,理解平抛运动的特点和规律,熟练掌握分析平抛运动的方法。
了解斜抛运动及其特点。
4.了解线速度、角速度、周期、频率、转速等概念。
理解向心力及向心加速度。
5.能结合生活中的圆周运动实例熟练应用向心力和向心加速度处理问题。
能正确处理竖直平面内的圆周运动。
6.知道什么是离心现象,了解其应用及危害。
会分析相关现象的受力特点。
【知识网络】【要点梳理】知识点一、曲线运动(1)曲线运动的速度方向曲线运动的速度方向是曲线切线方向,其方向时刻在变化,所以曲线运动是变速运动,一定具有加速度。
(2)曲线运动的处理方法曲线运动大都可以看成为几个简单的运动的合运动,将其分解为简单的运动后,再按需要进行合成,便可以达到解决问题的目的。
(3)一些特别关注的问题①加速曲线运动、减速曲线运动和匀速率曲线运动的区别加速曲线运动:速度方向与合外力(或加速度)的方向夹锐角减速曲线运动:速度方向与合外力(或加速度)的方向夹钝角匀速率曲线运动:速度方向与合外力(或加速度)的方向成直角注意:匀速率曲线运动并不一定是圆周运动,即合外力的方向总是跟速度方向垂直,物体不一定做圆周运动。
②运动的合成和分解与力的合成和分解一样,是基于一种重要的物理思想:等效的思想。
也就是说,将各个分运动合成后的合运动,必须与实际运动完全一样。
③运动的合成与分解是解决问题的手段具体运动分解的方式要由解决问题方便而定,不是固定不变的。
④各个分运动的独立性是基于力的独立作用原理也就是说,哪个方向上的受力情况和初始条件,决定哪个方向上的运动情况。
知识点二、抛体运动(1)抛体运动的性质所有的抛体运动都是匀变速运动,加速度是重力加速度。
其中的平抛运动和斜抛运动是匀变速曲线运动。
曲线运动知识点复习及习题知识点复习:一、 曲线运动1、在曲线运动中,质点在某一时刻(某一位置)的速度方向是在曲线上这一点的切线方向。
2、物体做直线或曲线运动的条件:(已知当物体受到合外力F 作用下,在F 方向上便产生加速度a )(1)若F (或a )的方向与物体速度v 的方向相同,则物体做直线运动;(2)若F (或a )的方向与物体速度v 的方向不同,则物体做曲线运动。
3、物体做曲线运动时合外力的方向总是指向轨迹的凹的一边。
4、平抛运动:将物体用一定的初速度沿水平方向抛出,不计空气阻力,物体只在重力作用下所做的运动。
两分运动说明:(1)在水平方向上由于不受力,将做匀速直线运动;(2)在竖直方向上物体的初速度为零,且只受到重力作用,物体做自由落体运动。
5、以抛点为坐标原点,水平方向为x 轴(正方向和初速度的方向相同),竖直方向为y 轴,正方向向下,则物体在任意时刻t 的位置坐标为:2021,gt y t v x == 6、①水平分速度:0v v x =②竖直分速度:gt v y = ③t 秒末的合速度::22y x v v v +=④任意时刻的运动方向可用该点速度方向与x 轴的正方向的夹角θ表示:x yv v =θtan二、圆周运动1、匀速圆周运动:质点沿圆周运动,在相等的时间里通过的圆弧长度相同。
2、描述匀速圆周运动快慢的物理量(1)线速度v :质点通过的弧长和通过该弧长所用时间的比值,即v =s/t ,单位m/s ;属于瞬时速度,既有大小,也有方向。
方向为在圆周各点的切线方向上*匀速圆周运动是一种非匀速曲线运动,因而线速度的方向在时刻改变。
(2)角速度ω:ω=φ/t(φ指转过的角度,转一圈φ为π2),单位 rad/s 或1/s ;对某一确定的匀速圆周运动而言,角速度是恒定的(3)周期T ,频率f =1/T (4)线速度、角速度及周期之间的关系: r v Tr v T ωππω===,2,2 3、向心力:r m F 2ω=,或者r v m F 2=,r T m F 2)2(π= 向心力就是做匀速圆周运动的物体受到一个指向圆心的合力,向心力只改变运动物体的速度方向,不改变速度大小。
《曲线运动》归纳总结知识要点一、曲线运动1、定义运动轨迹为曲线的运动。
2、物体做曲线运动的方向做曲线运动的物体,速度方向始终在轨迹的切线方向上,即某一点的瞬时速度的方向,就是通过该点的曲线的切线方向。
3、曲线运动的性质由于运动的速度方向总沿轨迹的切线方向,又由于曲线运动的轨迹是曲线,所以曲线运动的速度方向时刻变化。
即使其速度大小保持恒定,由于其方向不断变化,所以说:曲线运动一定是变速运动。
由于曲线运动速度一定是变化的,至少其方向总是不断变化的,所以,做曲线运动的物体的加速度必不为零,所受到的合外力必不为零。
4、物体做曲线运动的条件物体做一般曲线运动的条件物体所受合外力(加速度)的方向与物体的速度方向不在一条直线上。
总之,做曲线运动的物体所受的合外力一定指向曲线的凹侧。
5、分类(1)匀变速曲线运动:物体在恒力作用下所做的曲线运动,如平抛运动。
(2)非匀变速曲线运动:物体在变力(大小变、方向变或两者均变)作用下所做的曲线运动,如圆周运动。
二、运动的合成与分解1、运动的合成从已知的分运动来求合运动,叫做运动的合成,包括位移、速度和加速度的合成,由于它们都是矢量,所以遵循平行四边形定则。
运动合成重点是判断合运动和分运动,一般地,物体的实际运动就是合运动。
2、运动的分解求一个已知运动的分运动,叫运动的分解,解题时应按实际“效果”分解,或正交分解。
3、合运动与分运动的关系(1)运动的等效性(合运动和分运动是等效替代关系,不能并存);(2)等时性:合运动所需时间和对应的每个分运动时间相等(3)独立性:一个物体可以同时参与几个不同的分运动,物体在任何一个方向的运动,都按其本身的规律进行,不会因为其它方向的运动是否存在而受到影响。
(4)运动的矢量性(加速度、速度、位移都是矢量,其合成和分解遵循平行四边形定则。
)4、运动的性质和轨迹(1)物体运动的性质由加速度决定(加速度为零时物体静止或做匀速运动;加速度恒定时物体做匀变速运动;加速度变化时物体做变加速运动)。
曲线运动知识点总结曲线运动是高中物理中较为重要的一部分内容,它涉及到物体运动轨迹不是直线的情况。
下面我们来详细总结一下曲线运动的相关知识点。
一、曲线运动的定义与特点曲线运动是指物体运动的轨迹为曲线的运动。
其特点主要有:1、轨迹是曲线:这是曲线运动最直观的表现。
2、速度方向不断变化:因为曲线的走向在不断改变,所以速度方向也必然随之变化。
3、一定存在加速度:速度方向的改变意味着速度发生了变化,而速度变化就一定有加速度。
二、曲线运动的条件当物体所受合外力的方向与它的速度方向不在同一条直线上时,物体将做曲线运动。
合外力的作用是改变速度的方向,使其偏离原来的直线轨迹。
三、运动的合成与分解1、合运动与分运动的关系等时性:合运动与分运动经历的时间相等。
独立性:一个物体同时参与几个分运动,各分运动独立进行,互不影响。
等效性:合运动是各分运动的叠加,具有相同的效果。
2、运动的合成与分解遵循平行四边形定则:已知分运动求合运动叫运动的合成;已知合运动求分运动叫运动的分解。
四、平抛运动1、定义:将物体以一定的初速度沿水平方向抛出,物体只在重力作用下所做的运动。
2、特点水平方向:做匀速直线运动,速度大小不变,方向不变。
竖直方向:做自由落体运动,加速度为重力加速度 g。
3、平抛运动的规律水平方向:x = v₀t竖直方向:y = 1/2gt²合速度:v =√(v₀²+(gt)²)合位移:s =√(x²+ y²)4、平抛运动的飞行时间 t =√(2h/g),只与下落高度 h 有关,与初速度 v₀无关。
五、匀速圆周运动1、定义:质点沿圆周运动,如果在相等的时间里通过的圆弧长度相等,这种运动就叫做匀速圆周运动。
2、特点线速度大小不变,方向时刻改变。
角速度不变。
周期和频率不变。
3、描述匀速圆周运动的物理量线速度 v:v = s/t =2πr/T角速度ω:ω =θ/t =2π/T周期 T:物体运动一周所用的时间。
必修二知识点第一章曲线运动(一)曲线运动的位移研究物体的运动时,坐标系的选取十分重要.在这里选择平面直角坐标系.以抛出点为坐标原点,以抛出时物体的初速度v0方向为x轴的正方向,以竖直方向向下为y轴的正方向,如下图所示.当物体运动到A点时,它相对于抛出点O的位移是OA,用l表示. 由于这类问题中位移矢量的方向在不断变化,运算起来很不方便,因此要尽量用它在坐标轴方向的分矢量来表示它. 由于两个分矢量的方向是确定的,所以只用A点的坐标(x A、y A)就能表示它,于是使问题简化.(二)曲线运动的速度1、曲线运动速度方向:做曲线运动的物体,在某点的速度方向,沿曲线在这一点的切线方向.2.对曲线运动速度方向的理解如图所示, AB割线的长度跟质点由A运动到B的时间之比,即v=ΔxAB,等于AB过程中平均速度的大小,其平均速度的方向由A指向B.当B Δt非常非常接近A时,AB割线变成了过A点的切线,同时Δt变为极短的时间,故AB间的平均速度近似等于A点的瞬时速度,因此质点在A点的瞬时速度方向与过A点的切线方向一致.(三)曲线运动的特点1、曲线运动是变速运动:做曲线运动的物体速度方向时刻在发生变化,所以曲线运动是变速运动.(曲线运动是变速运动,但变速运动不一定是曲线运动)2、做曲线运动的物体一定具有加速度曲线运动中速度的方向(轨迹上各点的切线方向)时刻在发生变化,即物体的运动状态时刻在发生变化,而力是改变物体运动状态的原因,因此,做曲线运动的物体所受合力一定不为零,也就一定具有加速度.(说明:曲线运动是变速运动,只是说明物体具有加速度,但加速度不一定是变化的,例如,抛物运动都是匀变速曲线运动.)(四)物体做曲线运动的条件:物体所受的合外力的方向与速度方向不在同一直线上,也就是加速度方向与速度方向不在同一直线上.(只要物体的合外力是恒力,它一定做匀变速运动,可能是直线运动,也可能是曲线运动)当物体受到的合外力方向与速度方向的夹角为锐角时,物体做曲线运动的速率将增大;当物体受到的合外力方向与速度方向的夹角为钝角时,物体做曲线运动的速率将减小;当物体受到的合外力方向与速度的方向垂直时,该力只改变速度方向,不改变速度的大小.(五)曲线运动的轨迹做曲线运动的物体,其轨迹向合外力所指一方弯曲,若已知物体的运动轨迹,可判断出物体所受合力的大致方向.速度和加速度在轨迹两侧,轨迹向力的方向弯曲,但不会达到力的方向.(六)运动的合成与分解的方法1、合运动与分运动的定义如果物体同时参与了几个运动,那么物体实际发生的运动就是合运动,那几个运动就是分运动.物体的实际运动一定是合运动,实际运动的位移、速度、加速度就是它的合位移、合速度、合加速度,而分运动的位移、速度、加速度是它的分位移、分速度、分加速度.2、合运动与分运动的关系3、合运动与分运动的求法运动的合成与分解的方法: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,由于它们都是矢量,遵循平行四边形定则(或进行正交分解).(1)如果两个分运动都在同一条直线上,需选取正方向,与正方向同向的量取“+”,与正方向反向的量取“-”,则矢量运算简化为代数运算.(2)如果两个分运动互成角度,则遵循平行四边形定则(如图所示).(3)两个相互垂直的分运动的合成:如果两个分运动都是直线运动,且互成角度为90°,其分位移为s1、s2,分速度为v1、v2,分加速度为a1、a2,则其合位移s、合速度v和合加速度a,可以运用解直角三角形的方法求得,如图所示.合位移大小和方向为s=s21+s22,tanθ=s 1 s 2 .合速度大小和方向为v=v21+v22,tanφ=v 1 v 2 .合加速度的大小和方向为:a=a21+a22,tanα=a 1 a 2 .(4)运动的分解方法:理论上讲一个合运动可以分解成无数组分运动,但在解决实际问题时不可以随心所欲地随便分解.实际进行运动的分解时,需注意以下几个问题:①确认合运动,就是物体实际表现出来的运动.②明确实际运动是同时参与了哪两个分运动的结果,找到两个参与的分运动.③正交分解法是运动分解最常用的方法,选择哪两个互相垂直的方向进行分解是求解问题的关键.特别提醒a合运动一定是物体的实际运动(一般是相对于地面的).b不是同一时间内发生的运动、不是同一物体参与的运动不能进行合成.c对速度进行分解时,不能随意分解,应该建立在对物体的运动效果进行分析的基础上.d合速度与分速度的关系当两个分速度v1、v2大小一定时,合速度的大小可能为:|v1-v2|≤v≤v1+v2,故合速度可能比分速度大,也可能比分速度小,还有可能跟分速度大小相等.4、运动的合成与分解是研究曲线运动规律最基本的方法,它的指导思想就是化曲为直,化变化为不变,化复杂为简单的等效处理观点.在实际问题中应注意对合运动与分运动的判断.合运动就是物体相对于观察者所做的实际运动,只有深刻挖掘物体运动的实际效果,才能正确分解物体的运动.(七)如图所示,用v1表示船速,v2表示水速.我们讨论几个关于渡河的问题.当v 1垂直河岸时(即船头垂直河岸),渡河时间最短1v d t =,船渡河的位移θsin d s =。
一、 曲线运动⒈速度的方向:质点在某一点的瞬时速度,沿曲线在这一点的 切线 方向。
⒉运动的性质:作曲线运动的物体,速度的方向时刻在改变,所以曲线运动一定是 变速 运动,也就是具有 加速度 。
⒊质点做曲线运动的条件:物体所受 合力 跟物体 运动 方向不在一条直线上,物体就做曲线运动。
⒋曲线运动的轨迹:做曲线运动的物体,其轨迹向 合力 所指一方弯曲,若已知物体的运动轨迹,可判断出物体所受合外力的大致方向。
【练习1】一质点做曲线运动从M 点到N 点,当它通过P 点时,其速度和所受合外力的方向关系可能正确的是( A )二、 描述圆周运动的物理量⒈线速度⑴物理意义:线速度用来描述物体在圆弧上运动的快慢程度。
⑵定义:圆周运动的物体通过的弧长l ∆与所用时间t ∆的比值。
定义式为 =v t /∆∆l⑶方向:沿圆周上该点的 切线方向 ⑷大小:=v w R = (与角速度w 、周期T 的关系) ⒉角速度⑴物理意义:角速度反映了物体绕圆心转动的快慢。
⑵定义:做圆周运动的物体,围绕圆心转过的角度θ∆与所用时间t ∆的比值,定义式 =ω t /∆∆θ ⑶大小:=ω = (与转速n 、周期T 的关系),单位: 3.周期和转速: ⑴物理意义:都是用来描述圆周运动转动快慢的。
⑵周期T :表示的是物体沿圆周运动一周所需要的时间,单位是 ;转速n :表示的是物体在单位时间内转过的圈数。
三、 匀速圆周运动1、特征:匀速圆周运动中,角速度ω、周期T 、转速n 、速率都是恒定不变的;线速度v 、加速度a 、合外力是不断变化的。
(角速度ω、周期T 、转速n 、速率、线速度v a 、合外力)2、两个结论⑴凡是直接用皮带传动(包括链条传动、齿轮咬合、摩擦传动)的两个轮子,两轮边缘上各点 大小相等;⑵凡是同一个轮轴上(各个轮都绕同一根轴同步转动)的各点 相等(轴上的点除外)(共轴转动)。
四、 向心力⒈定义:质点做圆周运动时,受到的总是沿着半径方向指向 的力,是 力。
习题课2曲线运动总复习运动的合成与分解1.合运动与分运动的确定物体的实际运动是合运动.当把一个实际运动分解,在确定它的分运动时,两个分运动要有实际意义.2.运动合成的规律(1)合运动与分运动具有等时性;(2)各分运动具有各自的独立性.3.判断合运动性质的方法对于运动的合成,通过图示研究非常简便.具体做法是:将速度和加速度分别合成,如图所示.(1)直线运动与曲线运动的判定:通过观察合速度与合加速度的方向是否共线进行判定:共线则为直线运动,不共线则为曲线运动.(2)判定是否为匀变速运动:看合加速度是否恒定(即大小和方向是否恒定).4.关于绳(杆)末端速度的分解若绳(杆)末端的速度方向不沿绳(杆),则将其速度沿绳(杆)方向和垂直于绳(杆)方向分解,沿绳(杆)方向的分速度相等.(原创题)如图所示为内燃机的活塞、曲轴、连杆结构示意图,已知:曲轴OA =R ,连杆AB =3R ,活塞C 只能沿虚线OC 运动.图示位置时,曲轴转动的角速度为ω,且OA ⊥AB .求此时活塞C 的速度大小.[解析] 由圆周运动知识得:v A =ω·R ,方向沿AB 方向.活塞的速度v C 分解如图,则 v C 1=v A =ω·R ,由几何关系得:v C 1v C =AB OB =3RR 2+(3R )2,解得:v C =103ωR .[答案] 103ωR1.对于两个分运动的合运动,下列说法中正确的是( ) A .合运动的速度一定大于两个分运动的速度 B .合运动的速度一定大于某一个分运动的速度 C .合运动的方向就是物体实际运动的方向D .由两个分运动速度的大小就可以确定合运动速度的大小解析:选C.根据平行四边形定则,合运动速度的大小和方向可由对角线表示,而邻边表示两个分运动的速度. 由几何关系知,两邻边和对角线的长短关系因两邻边的夹角不同而不同,当两邻边长短不变,而夹角改变时,对角线的长短也将发生改变,即合运动速度也将变化,故选项A 、B 、D 错误,选项C 正确.解决平抛运动问题的三条途径1.利用平抛运动的时间特点解题平抛运动可分解成水平方向的匀速直线运动和竖直方向的自由落体运动,只要抛出的时间相同,下落的高度和竖直分速度就相同.2.利用平抛运动的偏转角解题(1)做平抛运动的物体在任一时刻、任一位置,其速度方向与水平方向的夹角θ、位移与水平方向的夹角α,满足tan θ=2tan α.(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心,即x ′=12x .3.利用平抛运动的轨迹解题平抛运动的轨迹是一条抛物线,已知抛物线上的任意一段,就可求出水平初速度和抛出点,其他物理量也就迎刃而解了.设右图为某小球做平抛运动的一段轨迹,在轨迹上任取两点A 和B ,E 为AB 的中间时刻(只需CD =DB ).设t AE =t EB =T由竖直方向上的匀变速直线运动得FC -AF =gT 2,所以T =Δyg =FC -AF g由水平方向上的匀速直线运动得v 0=EF T =EF g FC -AF.(改编题)如图所示,斜面高h =5 m ,底面长a =8 m ,底面宽b =6 m .现将小球由斜面的A 点水平抛出,恰好落到C 点,求:(1)小球抛出时的速度v 0的大小;(2)小球到C 点时的速度与水平方向的夹角.(取g =10 m/s 2) [解析] (1)小球平抛运动的时间:由h =12gt 2得:t =2hg =2×510s =1 s.小球的水平位移:x =a 2+b 2=82+62 m =10 m水平初速度为:v 0=x t =101m/s =10 m/s.(2)小球到C 点时的竖直速度 v y =gt =10×1 m/s =10 m/s. 设与水平方向间的夹角为θ则:tan θ=v y v 0=1010=1θ=45°.[答案] (1)10 m/s (2)45°2.在高度为h 的同一位置向水平方向同时抛出两个小球A 和B ,若A 球的初速度v A大于B 球的初速度v B ,则下列说法中正确的是( )A .A 球比B 球先落地B .在飞行过程中的任一段时间内,A 球的水平位移总是大于B 球的水平位移C .若两球在飞行中遇到一堵墙,A 球击中墙的高度大于B 球击中墙的高度D .在空中飞行的任意时刻,A 球总在B 球的水平正前方,且A 球的速率总是大于B 球的速率解析:选BCD.平抛运动可以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.由题意知,A 、B 两小球在竖直方向同时由同一位置开始做自由落体运动,因此在飞行过程中,它们总在同一高度.而在水平方向上,A 球以较大的速度、B 球以较小的速度同时由同一位置开始向同一方向做匀速直线运动,在飞行过程中,A 球总在B 球的水平正前方,故选项A 错,B 、D 正确;因v A >v B ,抛出后A 球先于B 球遇到墙,即从抛出到遇到墙A 球运动时间短,B 球用时长,那么A 球下落的高度小,故选项C 正确.圆周运动中的临界问题1.水平面内的圆周运动的临界问题在水平面上做圆周运动的物体,当角速度ω变化时,物体有远离或向着圆心运动(半径有变化)的趋势.这时,要根据物体的受力情况,判断物体所受的某个力是否存在以及这个力存在时方向朝哪(特别是一些接触力,如静摩擦力、绳的拉力等).2.竖直平面内的圆周运动的临界问题竖直平面内的圆周运动,往往是典型的变速圆周运动.对于物体在竖直平面内的变速圆周运动问题,中学阶段只分析通过最高点和最低点的情况.在解答竖直面内的圆周运动问题时,对球在最高点的临界情况,要注意两类模型的区别:绳和杆,绳只能提供拉力,而杆既能提供拉力又能提供支持力.有一水平放置的圆盘,上面放有一劲度系数为k的轻质弹簧,如图所示,弹簧的一端固定于轴O上,另一端挂一质量为m的物体A,物体与圆盘面间的动摩擦因数为μ,开始时弹簧未发生形变,长度为R.(1)圆盘的转速n0多大时,物体A开始滑动?(2)分析转速达到2n0时,弹簧的伸长量Δx是多少?[思路点拨]若圆盘转速较小,则静摩擦力提供向心力,当圆盘转速较大时,弹力与摩擦力的合力提供向心力.[解析](1)A刚开始滑动时,A所受最大静摩擦力提供向心力,则有μmg=mω20R①又因为ω0=2πn0②由①②得n0=12πμg R,即当n0=12πμgR时,物体A开始滑动.(2)转速增加到2n0时,有μmg+kΔx=mω21r,ω1=2π·2n0,r=R+Δx,整理得Δx=3μmgRkR-4μmg.[答案](1)12πμgR(2)3μmgRkR-4μmg[借题发挥]处理临界问题常用的方法(1)极限法:把物理问题(或过程)推向极端,从而使临界现象显现,达到尽快求解的目的.(2)假设法:有些物理过程中没有明显出现临界问题的线索,但在变化过程中可能出现临界问题.(时间:60分钟,满分:100分)一、单项选择题(本题共6小题,每小题6分,共36分.在每小题给出的四个选项中,只有一个选项正确.)1.下列关于曲线运动的说法中,正确的是()A .做曲线运动的物体的加速度一定是变化的B .做曲线运动的物体其速度大小一定是变化的C .做匀速圆周运动的物体,所受的合力不一定时刻指向圆心D .骑自行车冲到圆弧形桥顶时,人对自行车座的压力减小,这是失重造成的解析:选D.曲线运动的加速度不一定变化,如平抛运动,选项A 错误.曲线运动的速度大小可以不变,如匀速圆周运动,选项B 错误.做匀速圆周运动的物体,所受合力一定指向圆心,选项C 错误.自行车行驶至桥顶时,加速度方向向下,处于失重状态,选项D 正确.2.若河水的流速大小与水到河岸的距离有关,河中心水的流速最大,河岸边缘处水的流速最小.现假设河的宽度为120 m .河中心水的流速大小为4 m/s ,船在静水中的速度大小为3 m/s ,要使船以最短时间渡河,则( )A .船渡河的最短时间是24 sB .在行驶过程中,船头始终与河岸垂直C .船在河水中航行的轨迹是一条直线D .船在河水中的最大速度为7 m/s解析:选B.当船头的指向(即船相对于静水的航行方向)始终垂直于河岸时,渡河时间最短,且t min =1203s =40 s ,选项A 错误,选项B 正确;因河水的流速随距岸边距离的变化而变化,而小船的实际航速、航向都在变化,航向变化引起船的运动轨迹不在一条直线上,选项C 错误;船在静水中的速度一定,则水流速度最大时,船速最大,由运动的合成可知,选项D 错误.3.如图所示,一偏心轮绕垂直纸面的轴O 匀速转动,a 和b 是轮边缘上的两个点,则偏心轮转动过程中a 、b 两点( )A .角速度大小相同B .线速度大小相同C .周期大小不同D .转速大小不同解析:选A.同轴转动,角速度大小相等,周期、转速都相等,选项A 正确,C 、D 错误;角速度大小相等,但转动半径不同,根据v =ωr 可知,线速度大小不同,选项B 错误.本题答案为A.4.如图所示,质量为m 的物体从半径为R 的半球形碗边向碗底滑动,滑到最低点时的速度为v .若物体滑到最低点时受到的摩擦力是F f ,则物体与碗的动摩擦因数为( )A.F f mgB.F f mg +mv 2RC.F f mg -m v 2RD.F fmv 2R解析:选B.设在最低点时,碗对物体的支持力为F N ,则F N -mg =m v 2R,解得F N =mg+m v 2R .由F f =μF N 解得μ=F f mg +mv 2R,选项B 正确.5.如图所示,半径为R 的半圆形圆弧槽固定在水平面上,在圆弧槽的边缘A 点有一小球(可视为质点,图中未画出),今让小球对着圆弧槽的圆心O 以初速度v 0做平抛运动,从抛出到击中槽面所用时间为Rg(g 为重力加速度),则平抛的初速度可能是( )A .v 0=2±32gRB .v 0=3±22gRC .v 0=3±32gRD .v 0=2±22gR解析:选A.小球做平抛运动,下落的高度y =12gt 2=R 2,水平位移x =R ±R 2-(R /2)2=2±32R ,所以小球做平抛运动的初速度v 0=x t =2±32gR ,选项A 正确.6.质量为m 的飞机以恒定速率v 在空中水平盘旋(如图所示),其做匀速圆周运动的半径为R ,重力加速度为g ,则此时空气对飞机的作用力大小为( )A .m v 2RB .mgC .m g 2+v 4R 2D .m g 2-v 4R2解析:选C.飞机在空中水平盘旋时在水平面内做匀速圆周运动,受到重力和空气的作用力两个力的作用,其合力提供向心力F n =m v 2R.飞机受力示意图如图所示,根据勾股定理得F =(mg )2+F 2n =m g 2+v 4R2.二、多项选择题(本题共4小题,每小题6分,共24分.在每小题给出的四个选项中,有多项符合题目要求,全部选对的得6分,选对但不全的得3分,有选错的得0分.)7.西班牙某小镇举行了西红柿狂欢节,其间若一名儿童站在自家的平房顶上,向距离他L 处的对面的竖直高墙上投掷西红柿,第一次水平抛出的速度是v 0,第二次水平抛出的速度是2v 0,则比较前后两次被抛出的西红柿在碰到墙时,有( )A .运动时间之比是2∶1B .下落的高度之比是2∶1C .下落的高度之比是4∶1D .运动的加速度之比是1∶1解析:选ACD.由平抛运动的规律得t 1∶t 2=L v 0∶L2v 0=2∶1,故选项A 正确.h 1∶h 2=⎝⎛⎭⎫12gt 21∶⎝⎛⎭⎫12gt 22=4∶1,选项B 错误,C 正确.由平抛运动的性质知,选项D 正确. 8.中央电视台《今日说法》曾报道了一起发生在某路上的离奇交通事故.家住公路拐弯处的张先生和李先生家在三个月内遭遇了七次大卡车侧翻在自家门口的场面,第八次有辆卡车冲进李先生家,造成三死一伤和房屋严重损毁的血腥惨案.经公安部门和交通部门协力调查,画出的现场示意图如图所示.交警根据图示作出以下判断,你认为正确的是( )A .由图可知汽车在拐弯时发生侧翻是因为车做离心运动B .由图可知汽车在拐弯时发生侧翻是因为车做向心运动C .公路在设计上可能内(东)高外(西)低D .公路在设计上可能外(西)高内(东)低解析:选AC.由题意知汽车在转弯时路面不能提供足够的向心力,车将做离心运动,该处的设计可能是外低内高,故选项A 、C 正确.9.如图所示,人在岸上拉船,已知船的质量为m ,水的阻力恒为F f ,当轻绳与水平面的夹角为θ时,船的速度为v ,此时人的拉力大小为F ,则此时( )A .人拉绳行走的速度为v cos θB .人拉绳行走的速度为vcos θC .船的加速度为F cos θ-F fmD .船的加速度为F -F fm解析:选AC.船的速度产生了两个效果:一是滑轮与船间的绳缩短,二是绳绕滑轮顺时针转动,因此将船的速度进行分解如图所示,人拉绳行走的速度v 人=v cos θ,选项A 正确,选项B 错误;绳对船的拉力等于人拉绳的力,即绳的拉力大小为F ,与水平方向成θ角,因此F cosθ-F f =ma ,得a =F cos θ-F fm,选项C 正确,选项D 错误.10.如图所示,长l =0.5 m 的轻质细杆,一端固定有一个质量为m =3 kg 的小球,另一端由电动机带动,使杆绕O 点在竖直平面内做匀速圆周运动,小球的速率为v =2 m/s.取g =10 m/s 2,下列说法正确的是( )A .小球通过最高点时,对杆的拉力大小是24 NB .小球通过最高点时,对杆的压力大小是6 NC .小球通过最低点时,对杆的拉力大小是24 ND .小球通过最低点时,对杆的拉力大小是54 N解析:选BD.设小球在最高点时受杆的弹力向上,则mg -F N =m v 2l ,得F N =mg -m v 2l=6 N ,由牛顿第三定律知小球对杆的压力大小是6 N ,A 错误,B 正确;小球通过最低点时F N -mg =m v 2l ,得F N =mg +m v 2l=54 N ,由牛顿第三定律知小球对杆的拉力大小是54 N ,C错误,D 正确.三、非选择题(本题共3小题,共40分.解答时应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤,只写出最后答案的不能得分,有数值计算的题,答案中必须明确写出数值和单位.)11.(10分)未来在一个未知星球上用如图甲所示装置研究平抛运动的规律.悬点O 正下方P 点处有水平放置的炽热电热丝,当悬线摆至电热丝处时能轻易被烧断,小球由于惯性向前飞出做平抛运动.现对小球采用频闪数码照相机连续拍摄.在有坐标纸的背景屏前,拍下了小球在平抛运动过程中的多张照片,经合成后,照片如图乙所示.a 、b 、c 、d 为连续四次拍下的小球位置,已知照相机连续拍照的时间间隔是0.10 s ,照片大小如图中坐标所示,又知该照片的长度与实际背景屏的长度之比为1∶4,则:(1)由已知信息,可知a 点________(选填“是”或“不是”)小球的抛出点; (2)由已知信息,可以推算出该星球表面的重力加速度为________m/s 2; (3)由已知信息可以算出小球平抛的初速度是________m/s ; (4)由已知信息可以算出小球在b 点时的速度是______m/s. 解析:(1)由初速度为零的匀加速直线运动经过相邻的相等的时间内通过位移之比为1∶3∶5可知a 点为抛出点;(2)由ab 、bc 、cd 水平距离相同可知,a 到b 、b 到c 、c 到d 运动时间相同,设为T ,在竖直方向有Δh =gT 2,T =0.10 s ,可求出g =8 m/s 2;(3)由两位置间的时间间隔为0.10 s ,实际水平距离为8 cm ,x =v x t ,得水平速度为0.8 m/s ; (4)b 点竖直分速度为ac 间的竖直平均速度,根据速度的合成求b 点的合速度,v yb =4×4×1×10-22×0.10m/s =0.8 m/s ,所以v b =v 2x +v 2yb=425 m/s. 答案:(1)是 (2)8 (3)0.8 (4)42512.(14分)(2015·高考重庆卷改编)同学们参照伽利略时期演示平抛运动的方法制作了如图所示的实验装置,图中水平放置的底板上竖直地固定有M 板和N 板.M 板上部有一半径为R 的14圆弧形的粗糙轨道,P 为最高点,Q 为最低点,Q 点处的切线水平,距底板高为H ,N 板上固定有三个圆环.将质量为m 的小球从P 处静止释放,小球运动至Q 飞出后无阻碍地通过各圆环中心,落到底板上距Q 水平距离为L 处.不考虑空气阻力,重力加速度为g .求:(1)距Q 水平距离为L2的圆环中心到底板的高度;(2)小球运动到Q 点时速度的大小以及对轨道压力的大小和方向.解析:(1)设小球在Q 点的速度为v 0,由平抛运动规律有H =12gt 21,L =v 0t 1,得v 0=L g2H.从Q 点到距Q 点水平距离为L 2的圆环中心的竖直高度为h ,则L 2=v 0t 2,得h =12gt 22=14H .该位置距底板的高度:Δh =H -h =34H .(2)由(1)问知小球运动到Q 点时的速度大小v 0=L g2H.设小球在Q 点受的支持力为F ,由牛顿第二定律F -mg =m v 20R,得F =mg ⎝⎛⎭⎫1+L 22HR ,由牛顿第三定律可知,小球对轨道的压力F ′=F ,方向竖直向下.答案:见解析 13.(16分)如图所示,半径为R ,内径很小的光滑半圆管竖直放置.质量为m 的小球以某一速度进入管内,通过最高点A 时,对管壁的作用力为12mg .求:小球落地点距轨道最低点B的距离的可能值.解析:小球通过最高点A 时,对管壁的作用力为12mg ,有两种可能:一是对下管壁的压力为12mg ,二是对上管壁的压力为12mg .小球对下管壁的压力为12mg 时的受力如图.由牛顿第二定律得:mg -F N1=mv 21R又F N1=12mg解得:v 1= gR2小球对上管壁的压力为12mg 时的受力如图.由牛顿第二定律得:mg +F N2=mv 22R又F N2=12mg解得:v 2=3gR2小球从A 到落地的时间由12gt 2=2R 得:t =2Rg小球落点到B 点的距离可能值:x 1=v 1t =gR 2·2Rg =2Rx 2=v 2t =3gR 2·2Rg=6R .答案:2R 或6R。