55-第四章曲线运动万有引力
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必修2第四章曲线运动·万有引力与航天第一节曲线运动·运动的合成与分解(时间:45分钟必做题满分:100分选做题:10分)一、选择题(本题共8小题,每小题8分,共64分.在每小题给出的四个选项中,第1~5题只有一项符合题目要求,第6~8题有多项符合题目要求.全部选对的得8分,选对但不全的得5分,有选错的得0分)1. (2013·上海理工大附中模拟)如图所示,人沿平直的河岸以速度v行走,且通过不可伸长的绳拖船,船沿绳的方向行进,此过程中绳始终与水面平行.当绳与河岸的夹角为α时,船的速率为()A.v sin αB.vsinαC.v cos αD.vcosα解析:将人的运动分解为沿绳方向的分运动(分速度为v1)和与绳垂直方向的分运动(分速度为v2),如图所示.船的速率等于沿绳方向的分速度v1=v cos α,选项C正确.答案:C2.一物体由静止开始自由下落,一小段时间后突然受一恒定水平向右的风力的影响,但着地前一段时间内突然停止,则其运动的轨迹可能是()解析:开始一段时间内物体自由下落,轨迹为竖直向下的直线;受水平向右的恒力后,合力的方向斜向右下方,轨迹弯向右方,速度方向不会发生突变,因此轨迹不会出现折线;恒力停止作用后时,物体有斜向右下的速度,在重力作用下,轨迹向右下弯曲,如选项C中图所示.答案:C3.某次军事演习中,红方飞机甲正从北向南水平匀速飞行,飞行员发现其正前方距离x处有一架蓝方飞机乙正从东向西水平匀速飞行,随即水平发射炮弹,炮弹的发射方向与飞机的飞行方向成θ角,经过时间t炮弹击中飞机乙.已知飞机甲的速度为v1,乙的速度为v2,甲在地面上静止时发射炮弹的速度为v0.忽略炮弹竖直方向的位移和所受的空气阻力.则下列说法中正确的是()A.tan θ=v2v1B.cos θ=v2v0C.t=√02221D.t=xv1解析:由题意知炮弹相对飞机甲的速度为v0,将炮弹的速度沿南北方向和东西方向分解,有x=(v0cos θ+v1)t,v0sin θ=v2,解得sin θ=v2v0,t=√02221.答案:C4.小船横渡一条河,船本身提供的速度大小方向都不变.已知小船的运动轨迹如图所示,则河水的流速()A.越接近B岸水速越大B.越接近B岸水速越小C.由A到B水速先增后减D.水流速度恒定解析:小船的运动可以看成船在静水中的运动和随水运动的合运动,其速度的合成如图所示.由题中图可知,合速度与水速的夹角增大,由tan θ=v船v水可知,越接近B岸水速越小.答案:B5.某河流中水流的速度是2m/s,小船相对于静水的速度为1m/s,让小船船头正对河岸渡河,恰好行驶到河对岸的B点.现使小船船头指向上游某方向渡河,则小船()A.到达河对岸的位置一定在B点的右侧B.到达河对岸的位置一定在B点的左侧C.仍可能到达B点,但渡河的时间比先前长D.仍可能到达B点,但渡河的时间比先前短解析:画出船的速度分解图如图所示,当船头指向上游的a、b、c方向时,船的合速度的方向使船可能到达河对岸的位置在B点的左侧、B点或右侧,选项A、B错误;渡河时间等于河的宽度与船相对静水的速度沿垂直河岸方向上的分量的比值,因而比原先长,选项C正确.答案:C6.一小船在河中xOy平面内运动的轨迹如图所示,下列判断正确的是()A.若小船在x方向上始终匀速,则在y方向上先加速后减速B.若小船在x方向上始终匀速,则在y方向上先减速后加速C.若小船在y方向上始终匀速,则在x方向上先减速后加速D.若小船在y方向上始终匀速,则在x方向上先加速后减速解析:小船在O点的速度有沿正x轴和正y轴方向的分量,根据“轨迹弯向力指的那一侧”和小船在x方向上始终匀速可知,小船开始受到沿负y轴方向的力,然后受到正y轴方向的力,则小船在y方向上先减速后加速,选项A错,B对;若小船在y方向上始终匀速,则小船开始受到沿正x 轴方向的力,然后受到负x轴方向的力,则小船在x方向上先加速后减速,选项C错,D对.答案:BD7.在一次抗洪抢险工作中,一架直升机A用长H=50m的悬索(重力可以忽略不计)系住伤员B,直升机A和伤员B一起在水平方向上以v0=10m/s的速度匀速运动的同时,悬索在竖直方向匀速上拉,如图所示,在将伤员拉到直升机舱内前,AB之间的竖直距离以l=50-5t(单位:m)的规律变化,则()A.伤员经过50s时间被拉到直升机内B.伤员经过10s时间被拉到直升机内C.伤员的运动速度大小为5m/sD.伤员的运动速度大小为5√5m/s解析:竖直方向上,伤员的位移为x=H-l=5t,这表明伤员做速度v B=5m/s的匀速运动;当x=50 m时,伤员被拉到直升机内,所用时间t=10s,选项B正确;水平方向上,伤员做速度v0=10m/s的匀速运动,因此,伤员的速度为v=√v02+v B2=√102+52m/s=5√5m/s,选项C错误,D正确.答案:BD8.(2013·山师大附中高三模拟)一小船在静水中的速度为3m/s,它在一条河宽150 m,流速为4m/s的河流中渡河,则下列说法正确的是()A.小船可以到达对岸任一位置B.小船渡河时间不少于50sC.小船以最短时间渡河时,它沿水流方向的位移大小为200mD.小船以最短位移渡河时,位移大小为150m解析:由于船在静水中的速度小于水速,因此船的合速度方向不可能垂直于河岸,最短位移大于150m,所以不可能到达对岸任一位置,选项A、D错误;船的运动可以分解为船对水和随水的两个分运动,由于船对水的速度大小不变,所以当船头垂直于岸的方向航行时,对水的位移最短,则渡河时间最短为t=1503s=50 s,沿水流方向的位移大小为s=4×50m=200 m,选项B、C正确.答案:BC二、论述·计算题(本题共2小题,共36分)9.(18分)如图所示,质量m=2.0kg 的物体在水平外力的作用下在水平面上运动,已知物体运动过程中的坐标与时间的关系为{x=3.0tmy=0.2t2m,g取10 m/s2.根据以上条件,求:(1)t=10s时刻物体的位置坐标.(2)t=10s时刻物体的速度和加速度的大小与方向.解析:(1)由于物体运动过程中的坐标与时间关系为{x=3.0tmy=0.2t2m,代入时间t=10 s,可得: x=3.0t m=3.0×10m=30my=0.2t2m=0.2×102m=20m即t=10s时刻物体的位置坐标为(30,20).(2)由物体运动过程中的坐标与时间的关系式{x=3.0tm y=0.2t2m比较物体在两个方向的运动学公式{x=v0ty=12at2可求得:v0=3.0m/s,a=0.4m/s2当t=10s时,v y=at=0.4×10m/s=4.0m/s v=√v02+v y2=√3.02+4.02m/s=5.0m/s.tan α=v yv x =43,即速度方向与x轴正方向夹角为53°.物体在x轴方向做匀速运动,在y轴方向做匀加速运动,a=0.4m/s2,沿y轴正方向.答案:(1)(30,20)(2)5.0m/s,与x轴正方向夹角为53°0.4m/s2,沿y轴正方向10.(18分)(2013·江苏泰兴高三期中)风洞实验室能产生大小和方向均可改变的风力.如图所示,在风洞实验室中有足够大的光滑水平面,在水平面上建立xOy直角坐标系.质量m=0.5kg的小球以初速度v0=0.40m/s从O点沿x轴正方向运动,在0~2.0s内受到一个沿y轴正方向、大小F1=0.20N的风力作用;小球运动2.0 s后风力方向变为y轴负方向、大小变为F2=0.10N(图中未画出).试求:(1)2.0s末小球在y方向的速度大小和2.0s内运动的位移大小.(2)风力F2作用多长时间,小球的速度变为与初速度相同.(3)小球回到x轴上时的速度的大小(结果可以保留根式).解析:(1)设在0~2.0s内小球在y方向上运动的加速度为a1,则F=ma12.0s末小球在y方向的速度v1=a1t1代入数据解得v1=0.8m/s沿x轴方向运动的位移x1=v0t1沿y轴方向运动的位移y1=12a1t12所以2.0s内运动的位移s1=√x12+y12代入数据解得s1=0.8√2m=1.1m(2)设2.0s后小球运动的加速度为a2,F2的作用时间为t2时小球的速度变为与初速度相同.则F2=ma2v1=a2t2代入数据解得t2=4.0s(3)小球在t2=4.0s内沿y轴方向的位移为y2=12a2t22=12×0.2×42m=1.6 m,小球沿y轴方向的总位移为y=y1+y2=2.4m,小球回到x轴上时沿负y轴的速度为v y=√2a2y,合速度为v=√v02+v y2,代入数据解得v=√1.12m/s答案:(1)0.8m/s1.1m(2)4.0s(3)√1.12m/s三、选做题(10分)11.如图所示,一个长直轻杆两端分别固定一个小球A和B,两球的质量均为m,两球半径忽略不计,杆AB的长度为l,现将杆AB竖直靠放在竖直墙上,轻轻推动小球B,使小球B在水平地面上由静止向右运动,求当A球沿墙下滑距离为l2时,A、B两球的速度v A和v B.(不计一切摩擦)解析:A、B两球速度的分解情况如图所示,由题意知,θ=30°,由运动的合成与分解得v A sin θ=v B cos θ①又A、B组成的系统机械能守恒,所以mg l2=12mv A2+12mv B2.②由①②解得v A=12√3gl,v B=12√gl.答案:12√3gl12√gl。
曲线运动万有引力物理高中公式曲线运动万有引力物理高中公式1)平抛运动1.水平方向速度:Vx=Vo2.竖直方向速度:Vy=gt3.水平方向位移:x=Vot4.竖直方向位移:y=gt2/25.运动时间t=(2y/g)1/2(通常又表示为(2h/g)1/2)6.合速度Vt=(Vx2+Vy2)1/2=[Vo2+(gt)2]1/2合速度方向与水平夹角β:tgβ=Vy/Vx=gt/V07.合位移:s=(x2+y2)1/2,位移方向与水平夹角α:tgα=y/x=gt/2Vo8.水平方向加速度:ax=0;竖直方向加速度:ay=g2)匀速圆周运动1.线速度V=s/t=2πr/T2.角速度ω=Φ/t=2π/T=2πf3.向心加速度a=V2/r=ω2r=(2π/T)2r4.向心力F心=mV2/r=mω2r=mr(2π/T)2=mωv=F合5.周期与频率:T=1/f6.角速度与线速度的关系:V=ωr7.角速度与转速的关系ω=2πn(此处频率与转速意义相同)3)万有引力1.开普勒第三定律:T2/R3=K(=4π2/GM){R:轨道半径,T:周期,K:常量(与行星质量无关,取决于中心天体的质量)}2.万有引力定律:F=Gm1m2/r2 (G=6.67×10-11N?m2/kg2,方向在它们的连线上)3.天体上的重力和重力加速度:GMm/R2=mg;g=GM/R2 {R:天体半径(m),M:天体质量(kg)}4.卫星绕行速度、角速度、周期:V=(GM/r)1/2;ω=(GM/r3)1/2;T=2π(r3/GM)1/2{M:中心天体质量}5.第一(二、三)宇宙速度V1=(g地r地)1/2=(GM/r地)1/2=7.9km/s;V2=11.2km/s;V3=16.7km/s6.地球同步卫星GMm/(r地+h)2=m4π2(r地+h)/T2{h≈36000km,h:距地球表面的高度,r地:地球的半径}高考物理选择题秒杀技巧一、比较排除法通过分析、推理和计算,将不符合题意的选项一一排除,最终留下的就是符合题意的选项。
第四讲曲线运动万有引力一、 曲线运动:1、 曲线运动中速度的方向是时刻改变的,所以是变速运动2、 速度的方向是在曲线的这一点的切线方向。
3、 曲线运动的条件:与运动物体所受合力的方向不在同一直线上; 二、 运动的合成和分解:遵守平行四边形定则。
三、 平抛运动:初速度水平只受重力。
性质:匀变速曲线运动平抛运动可分解:水平方向的匀速直线运动和竖直方向的自由落体运动。
V x V o1. 平抛速度求解:V y gtI 2 2t 秒末的合速度v t v x v y五、应用:1、汽车过拱桥汽车在拱桥上以速度 v 前进,桥面的圆弧半径为 R ,求汽车过桥的最高点 F1v t 的方向tanV y V xx V o t2 •平抛运动的位移:注意:平抛运动的时间与初速度无关,l2h只由高度决定t V g 四、匀速圆周运动:速度方向时刻改变,大小不变 1、线速度:v s ,方向在圆周该点的切线方向上。
t 角速度: —,rad/s t r t 周期T :做匀速圆周运动的物体运动一周所用的时间。
关系: 2 〒,…2r ,方向总与运动方向垂直,不改变速度大小向心加速度a22V rr方向总与运动方向垂直。
2 2vvF 向G F 1 m 所以及 F j G m 一 rr2 .火车转弯a •两轨一样高:外轨对轮缘的挤压提供向心力 . b.实际的转弯处 外轨略高于内轨:向心力由重力G 和支持里F N 来提供.六、万有引力定律1. 地心说的内容: 地球是宇宙的中心,其他星球都围绕地球做匀速圆周运动,而地球不动2. 日心说的内容:太阳是宇宙的中心, 其他行星都围绕地球做匀速圆周运动,而太阳不动。
日心说是波兰科学家天文学家哥白尼创立的。
3. 开普勒三定律:开普勒德国人第一定律:所有的行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆_ 太阳处在所有椭圆的一个焦点上。
第三定律:所有行星的轨道的半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等。
R 3即刍 k (K 是个常数,由中心天体的质量决定)T 2rO i m 2 ii224、万有引力定律: F G-^ , G 6.67 10 N m 2/kg 2。
第四章曲线运动万有引力
[高考走向]
本章内容在高考题中常有出现,题型多为选择和填空题。
考查重点是对概念和规律的理解和运
用。
内容主要集中在平抛运动和天体、人造卫星的运动规律等方面,且均有一定难度。
本章的圆周运动经常与电磁场、洛仑兹力等内容结合起来考查。
[知识点拔]
1.本章的理论核心是运动合成和分解的平行四边形法则,因为运动中的速度和位移都是矢量,如平抛运动的轨迹为曲线(抛物线),可以把它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这两个分运动(直线运动)来解决。
又如船渡河的运动,可以看为船自身的划行和随河水漂流两个分运动的合成等。
2.各分运动具有独立性,即一个分运动不受另一分运动的影响,分运动和合运动具有等时性。
3.天体的运行轨道为椭圆,但我们在解决这类问题时,常简化为匀速圆周运动来处理,其向心力都是来自天体之间的万有引力。
[典型例题]
[例1]某人在静水中划行速度V1=1.8m/s,若他在水速V2=3m/s的河中匀速划行。
求:
(1)他怎样划行才能使他在最短时间内到达对岸?
(2)若要使船的实际划行轨迹最短,他应该怎样划行?
分析:船参与了自身划行和随水河流两个分运动,若要使小船的划行时间最短,只要小船垂直河岸方向的速度最大即可,据此可求出小船的划行方向。
至于船的划行轨迹最短的路线,并非为垂直河岸横渡,这是因为V水>V船无法满足为使小船横渡时向上的速度分量来平衡水流速度。
根据水速和划行速度的合速度方向可确定轨迹最短措行方向。
解:(1)如图所示,设船头朝上与河岸之间的夹角为θ,
将V1分解为平行于河岸的速度V∥和垂直河岸的速度V⊥,显
然D=V⊥t=V1sinθt即 t=D/(V1sinθ)
当θ=90º时,t最小,故当船头朝垂直河岸方
向划和时过河时间最短。
(2)船实际轨迹在合速度的方向上,从V1与V2的合
成矢量图上可以看出,当V1⊥V2时实际轨迹最
短,此时有sinα=V1/V2=1.8/3=0.6
∴α=37º
即划行速度与上游河岸夹角为53时,航程最短。
[例2]试证明地球同步卫星只能位于赤道上方某一高度一定
的轨道上。
证明:假设卫星在不是赤道上方的某一轨道上跟着地球的自转同步
地作匀速圆运动,卫星的向心力为地球对它引力的一个分力F1,而另一
个分力F2的作用将使其运行轨道靠赤道,故此,只有在赤道上空,同步
卫星才可在稳定的轨道上运行。
卫星在赤道上空时,有G·[Mm/(R+h)2]
=mω2(R+h) ∴ h=-R=定值其中M、R分别为地球的质
量和半径,ω为地球自转角速度。
[例3]两伞展开后,其边缘到伞柄的半径为r,边缘离地面的高度为h,现以角速度ω使伞绕柄作匀速转动,雨滴自伞的边缘被甩出后落在地上形成一个圆周,试计算该圆周的半径R。
分析:伞匀速转动时,边缘处的两滴具有线速度ωr,所以被甩出的两滴将作初速v=ωr的平抛运动,其平面图如图所示。
解:雨滴平抛落地的时间为t=
雨滴平抛在初速度方向的位移为S=Vt=
据勾股定理,雨滴被甩出后落在地上形成的圆周半径为:
R=
说明:将空间关系转化为平面关系是解题应注意培养的一种能力。
[知识过关]
1.一艘小船从何岸的A处出发渡河,小船保持与河岸垂直的方向行驶,经过10min到达正对岸下游120m 的C处,如图1所示,如果小船保持原来的船速斜向上游与河岸成α角方向行驶,则经过12.5min恰好到达正对岸的B处,求河宽。
2.如图2所示,在倾角为θ的斜面顶端,水平抛出一钢球落在余面底端,已知抛物点到落点斜边L,求抛出的初速度。
3.如图3所示,细绳一端系着质量M=0.6kg的物体,静止在水平面上,另一端光滑小孔吊着质量m=0.3kg的物体,M的中点与圆孔距离为0.2m,并知M与水平面的最大静摩擦力为2N,现使此平面绕中心轴线转动,求使m处于静止状态的角速度ω的取值范围。
(g取10m/s2)
4.火星质量是地球质量的1/10,火星半径是地球半径的1/2,地球的第一宇宙速度是7.9kg/s,求火星的第一宇宙速度。
图一图二图三。