内容正文:
专题01 曲线运动与抛体运动(原卷版)
【考点分析】
【知识点梳理】曲线运动的定义及条件(轨迹、合外力、速度方向互判);运动的合成与分解(红蜡块的运动、小船渡河、关联速度问题);平抛运动的定义及基本规律(平抛运动的定义、平抛运动速度的计算、平抛运动位移的计算);平抛运动推论及应用(速度偏转角与位移偏转角、速度反向延长线的特点);平抛运动与面结合(斜面结合的平抛运动、曲面结合的平抛运动);类平抛运动(斜面上的平抛运动、斜抛运动的逆向分析);斜抛运动(斜抛运动的定义及规律、斜抛运动的运动时间、最高点及射程)
【公式梳理】
物理概念、规律
公式
备注
平抛运动
沿:x方向做匀速直线运动;
沿y方向做自由落体运动
曲线运动的条件及轨迹
1.(23-24高一下·浙江温州·期末)一物体置于水平粗糙圆盘上,圆盘从静止开始加速转动。整个过程中,物体的运动轨迹如图所示,对于物体经过a、b、c、d点时的速度方向,图中标注正确的是( )
A.a点 B.b点
C.c点 D.d点
2.(23-24高一下·浙江宁波·期末)“福建舰”在海面上行驶时进行“转向”操作,沿圆周曲线由M向N匀速率转弯。则在转向中航母所受的合力F方向,正确的是( )
A. B. C. D.
3.(23-24高一下·浙江丽水·期末)香蕉球是一项令人惊叹的足球技术,球能在空中绕过防守人员进入球门,图中所示时刻空气对香蕉球的作用力可能是( )
A.a方向 B.b方向 C.c方向 D.d方向
4.(23-24高一下·浙江嘉兴·期末)如图所示,小球绕悬点O在竖直平面内的M、N两点间做往复运动,M、N两点等高,小球可视为质点。小球从N点运动到M点过程中,经过F点时的瞬时加速度方向( )
A.a、b、c三个方向均不可能 B.可能沿着a方向
C.一定沿着b方向 D.可能沿着c方向
平抛运动的规律及应用
5.(23-24高一下·浙江丽水·期末)一小球沿着光滑平面以0.5m/s的初速度滑入一中空光滑圆筒内,圆筒侧边与平面相切。已知圆筒半径为5cm、高为5cm,底端到地面的距离为15cm,则( )
A.筒壁对小球的弹力做正功
B.小球离开圆筒后做平抛运动
C.小球在桶内运动的时间为0.2s
D.小球离开筒的点到最后的落点的距离为
6.(23-24高一下·浙江衢州·期末)飞盘是一种投掷盘形器具的运动。盘呈圆形、有卷边,用手指和手腕发力,使之旋转,在空中飘飞。如图小帅同学从离水平地面1.25m的高处,将飞盘以某一初速度水平投出,落地时间可能是( )
A.2.1s B.0.5s C.0.4s D.0.3s
7.(23-24高一下·浙江温州·期末)某校游园活动中利用粘球靶设计了趣味游戏,如图1所示为倾斜放置的长方形粘球靶,球击中靶上不同区域即可获得不同积分。现研究小球从O点沿某一指定方向水平射出,小球运动所在的竖直面如图2所示,AB为粘球靶在该竖直面内的截线。O、A、B点的高度分别为、、,A、B两点间的水平距离,O、A两点间的水平距离,空气阻力可忽略。若小球能击中粘球靶的AB段,求:
(1)小球的最大初速度;
(2)小球在空中运动的最长时间t;
(3)第(2)问中球击中靶时的速度大小。
8.(23-24高一下·浙江宁波·期末)如图所示,一质量为m的铅球被抛出,铅球的速度先减小后增大,已知铅球的最小速度为v,已知重力加速度为g,不计空气阻力,铅球在空中运动过程中下列说法正确的是( )
A.铅球在相同时间内速度的变化量相同
B.铅球速度从v增大到2v用时
C.铅球速度大小为2v时,速度与水平方向的夹角为
D.铅球速度大小为v时重力的功率为mgv
9.(23-24高一下·浙江温州·期末)如图所示,某运动员将篮球从A点斜向上抛出,篮球垂直撞在竖直篮板上的O点,反向弹回后正好落在了A点正下方的B点。若将篮球看作质点且不计空气阻力。下列说法正确的是( )
A.篮球上升阶段与下降阶段运动时间相同
B.篮球撞击O点前后的瞬时速度大小相同
C.篮球从O点运动到B点过程加速度逐渐增大
D.篮球上升阶段与下降阶段速度变化量的方向相同
10.(23-24高一下·浙江杭州·期末)如图所示,从一根内壁光滑的空心竖直钢管A的上端边缘,紧贴钢管管壁方向向管内水平抛入一钢球,球一直沿管壁做曲线运动直至落地。若换一根等高但内径更大的内壁光滑的空心竖直管B,用同样的方法抛入此钢球,下列说法正确的是( )
A.球在两管中的运动时间一样长 B.两球都做匀变速曲线运动
C.水平抛入的初速度大小不可能相同 D.小钢球落地时的速度第二种情况更大
类平抛运动及斜抛运动
11.(23-24高一下·浙江丽水·期末)如图,一运动员站在水平地面上射箭时,保持人拉弓的力及出射点位置不变,箭与水平方向夹角为θ(0°<θ<90°),忽略空气阻力和发射点到地面的距离,则( )
A.增大θ一定可以增大射箭的最远距离
B.减小θ将增大箭支的最高高度
C.增大θ将减小箭支运动过程中的最小速度
D.改变θ并不影响箭支落地时速度的方向
12.(23-24高一下·浙江金华·期末)由于空气阻力的影响,炮弹的实际飞行轨迹不是抛物线,而是“弹道曲线”,如图中实线所示,设阻力大小与速度成正比,阻力方向与速度方向相反。图中虚线为不考虑空气阻力情况下炮弹的理想运动轨迹,为弹道曲线上的五点,其中点为发射点,点为落地点,点为轨迹的最高点,为运动过程中经过的距地面高度相等的两点。下列说法正确的是( )
A.炮弹到达点时,炮弹的速度为零
B.炮弹到达点时,炮弹的加速度方向竖直向下
C.炮弹经过点的速度大于经过点的速度
D.空气阻力对炮弹先做负功再做正功
13.(23-24高一下·浙江丽水·期末)一小丑每隔0.2s从同一位置斜向上方抛出一枚小球,抛出时小球竖直方向的速度大小为8m/s,以抛出点所在的水平面为参考平面,下列说法正确的是( )
A.抛出的小球能够达到的最大高度为2.4m
B.小球从被抛出到回到参考面所用时间为0.8s
C.参考平面上方(不含参考面)最多同时存在8个小球
D.小球高度为1.6m时,小球的动能为初动能的一半
14.(22-23高一下·浙江温州·期末)(多选)从地面上的O点以相同的速率,朝不同方向同时抛出三个小球A、B、C,它们在空中的运动轨迹如图所示(在同一竖直平面内),忽略空气阻力,下列说法正确的是( )
A.运动过程中,它们的加速度相同 B.落地时,它们的速度大小相等
C.A球的射高最大,所以最迟落地 D.B球的射程最远,所以最迟落地
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专题01 曲线运动与抛体运动(解析版)
【考点分析】
【知识点梳理】曲线运动的定义及条件(轨迹、合外力、速度方向互判);运动的合成与分解(红蜡块的运动、小船渡河、关联速度问题);平抛运动的定义及基本规律(平抛运动的定义、平抛运动速度的计算、平抛运动位移的计算);平抛运动推论及应用(速度偏转角与位移偏转角、速度反向延长线的特点);平抛运动与面结合(斜面结合的平抛运动、曲面结合的平抛运动);类平抛运动(斜面上的平抛运动、斜抛运动的逆向分析);斜抛运动(斜抛运动的定义及规律、斜抛运动的运动时间、最高点及射程)
【公式梳理】
物理概念、规律
公式
备注
平抛运动
沿:x方向做匀速直线运动;
沿y方向做自由落体运动
曲线运动的条件及轨迹
1.(23-24高一下·浙江温州·期末)一物体置于水平粗糙圆盘上,圆盘从静止开始加速转动。整个过程中,物体的运动轨迹如图所示,对于物体经过a、b、c、d点时的速度方向,图中标注正确的是( )
A.a点 B.b点 C.c点 D.d点
【答案】B
【详解】圆盘从静止开始加速转动,当物块受到的摩擦力不足以提供所需的向心力时,物体做离心运动,即圆心的距离逐渐增大,由图中轨迹可知,圆盘应顺时针转动,根据曲线运动的速度方向沿该点的切线方向可知,图中标注正确的是b点。
故选B。
2.(23-24高一下·浙江宁波·期末)“福建舰”在海面上行驶时进行“转向”操作,沿圆周曲线由M向N匀速率转弯。则在转向中航母所受的合力F方向,正确的是( )
A. B. C. D.
【答案】A
【详解】依题意,航母做匀速圆周运动,合力提供向心力,指向轨迹圆的圆心。
故选A。
3.(23-24高一下·浙江丽水·期末)香蕉球是一项令人惊叹的足球技术,球能在空中绕过防守人员进入球门,图中所示时刻空气对香蕉球的作用力可能是( )
A.a方向 B.b方向
C.c方向 D.d方向
【答案】A
【详解】足球受到重力与空气的作用力,根据曲线运动的规律,合力方向总是指向轨迹内侧,可知,图中所示时刻空气对香蕉球的作用力可能是a方向。
故选A。
4.(23-24高一下·浙江嘉兴·期末)如图所示,小球绕悬点O在竖直平面内的M、N两点间做往复运动,M、N两点等高,小球可视为质点。小球从N点运动到M点过程中,经过F点时的瞬时加速度方向( )
A.a、b、c三个方向均不可能 B.可能沿着a方向
C.一定沿着b方向 D.可能沿着c方向
【答案】A
【详解】小球从N点运动到M点过程中经过F点时小球做减速运动,则小球受合外力方向与速度夹角大于90°且指向轨迹的凹侧,而在F点的速度方向与c所示的方向相反,则合力方向应该在b和c之间的某位置,即经过F点时的瞬时加速度方向在b和c之间的某位置。
故选A。
平抛运动的规律及应用
5.(23-24高一下·浙江丽水·期末)一小球沿着光滑平面以0.5m/s的初速度滑入一中空光滑圆筒内,圆筒侧边与平面相切。已知圆筒半径为5cm、高为5cm,底端到地面的距离为15cm,则( )
A.筒壁对小球的弹力做正功
B.小球离开圆筒后做平抛运动
C.小球在桶内运动的时间为0.2s
D.小球离开筒的点到最后的落点的距离为
【答案】D
【详解】A.筒壁对小球的弹力与小球速度垂直,故不做功,故A错误;
B.小球离开圆筒后,已经下降了5cm,故竖直方向上已经具有一定的速度,故做斜抛运动,故B错误;
C.小球在桶内运动可以分解为水平方向上的圆周运动和竖直方向上的自由落体运动,而小球在桶内运动的时间取决于竖直方向上的运动,则,故C错误;
D.小球从平面到离开开始分析,有,解得,则小球离开筒的点到最后的落点的时间为,小球离开筒的点到最后的落点的水平方向上距离为,小球离开筒的点到最后的落点的距离为,故D正确;
故选D。
6.(23-24高一下·浙江衢州·期末)飞盘是一种投掷盘形器具的运动。盘呈圆形、有卷边,用手指和手腕发力,使之旋转,在空中飘飞。如图小帅同学从离水平地面1.25m的高处,将飞盘以某一初速度水平投出,落地时间可能是( )
A.2.1s B.0.5s C.0.4s D.0.3s
【答案】A
【详解】若竖直方向做自由落体运动,则有,可得,由于盘形器具在空中飘飞受到一定的空气阻力,所以实际下落时间大于。
故选A。
7.(23-24高一下·浙江温州·期末)某校游园活动中利用粘球靶设计了趣味游戏,如图1所示为倾斜放置的长方形粘球靶,球击中靶上不同区域即可获得不同积分。现研究小球从O点沿某一指定方向水平射出,小球运动所在的竖直面如图2所示,AB为粘球靶在该竖直面内的截线。O、A、B点的高度分别为、、,A、B两点间的水平距离,O、A两点间的水平距离,空气阻力可忽略。若小球能击中粘球靶的AB段,求:
(1)小球的最大初速度;
(2)小球在空中运动的最长时间t;
(3)第(2)问中球击中靶时的速度大小。
【答案】(1)8m/s;(2)0.3s;(3)
【详解】(1)击中B点,初速度最大,则
解得
(2)击中A点,下落时间最长,则
解得
(3)根据水平方向的运动规律有
竖直速度为
解得
8.(23-24高一下·浙江宁波·期末)如图所示,一质量为m的铅球被抛出,铅球的速度先减小后增大,已知铅球的最小速度为v,已知重力加速度为g,不计空气阻力,铅球在空中运动过程中下列说法正确的是( )
A.铅球在相同时间内速度的变化量相同
B.铅球速度从v增大到2v用时
C.铅球速度大小为2v时,速度与水平方向的夹角为
D.铅球速度大小为v时重力的功率为mgv
【答案】A
【详解】A.铅球在空中运动时加速度为g,则根据,可知,在相同时间内速度的变化量相同,选项A正确;
B.铅球的最小速度为v,则水平速度为v,则铅球速度从v增大到2v用时竖直速度,用时间为,选项B错误;
C.铅球速度大小为2v时,速度与水平方向的夹角为,则,选项C错误;
D.铅球速度大小为v时,竖直速度为零,则重力的功率为零,选项D错误。
故选A。
9.(23-24高一下·浙江温州·期末)如图所示,某运动员将篮球从A点斜向上抛出,篮球垂直撞在竖直篮板上的O点,反向弹回后正好落在了A点正下方的B点。若将篮球看作质点且不计空气阻力。下列说法正确的是( )
A.篮球上升阶段与下降阶段运动时间相同
B.篮球撞击O点前后的瞬时速度大小相同
C.篮球从O点运动到B点过程加速度逐渐增大
D.篮球上升阶段与下降阶段速度变化量的方向相同
【答案】D
【详解】A.根据平抛运动规律有,解得,篮球上升阶段运动时间小于下降阶段运动时间,故A错误;
B.根据水平方向的运动规律可知,由于下降时间长,水平位移相同,可知篮球撞击O点前后的瞬时速度变小,故B错误;
C.篮球只受重力作用,加速度恒定不变,故C错误;
D.篮球上升阶段与下降阶段只受重力,加速度方向相同,故速度变化量的方向都是向下的,故D正确;
故选D。
10.(23-24高一下·浙江杭州·期末)如图所示,从一根内壁光滑的空心竖直钢管A的上端边缘,紧贴钢管管壁方向向管内水平抛入一钢球,球一直沿管壁做曲线运动直至落地。若换一根等高但内径更大的内壁光滑的空心竖直管B,用同样的方法抛入此钢球,下列说法正确的是( )
A.球在两管中的运动时间一样长 B.两球都做匀变速曲线运动
C.水平抛入的初速度大小不可能相同 D.小钢球落地时的速度第二种情况更大
【答案】A
【详解】A.钢球在钢管内的运动可分解为水平面内的匀速圆周运动和竖直方向的自由落体运动,则竖直方向上有,解得,由于A管与B管高度相同,可知球在两管中的运动时间一样长,故A正确;
B.两球在钢管内的运动可分解为水平面内的匀速圆周运动和竖直方向的自由落体运动。在竖直方向的加速度为重力加速度不变;在水平方向加速度为向心加速度,大小不变方向改变,所以两球的合加速度方向改变,所以两球做的都不是匀变速曲线运动,故B错误;
C.两球在钢管内的运动可分解为水平面内的匀速圆周运动,钢管的支持力提供向心力,与速度大小无关,所以水平抛入的初速度大小可能相同也可能不同,故C错误;
D.两球在落地时,在竖直方向,在水平面内的匀速圆周运动,所以小钢球落地时的速度,因为球在两管中的运动时间一样长,所以两球在竖直方向的分速度相同;但两球抛出时初速度大小关系未知,所以两球落地时的速度大小无法比较,故D错误。
故选A。
类平抛运动及斜抛运动
11.(23-24高一下·浙江丽水·期末)如图,一运动员站在水平地面上射箭时,保持人拉弓的力及出射点位置不变,箭与水平方向夹角为θ(0°<θ<90°),忽略空气阻力和发射点到地面的距离,则( )
A.增大θ一定可以增大射箭的最远距离
B.减小θ将增大箭支的最高高度
C.增大θ将减小箭支运动过程中的最小速度
D.改变θ并不影响箭支落地时速度的方向
【答案】C
【详解】A.设箭的初速度为v。则,,解得,因此当时,箭射出的距离最远,因此A错误;
B.箭支的最高高度为,故减小θ将降低箭支的最高高度,故B错误;
C.箭支运动过程中的最小速度就是箭支的水平分速度,即,增大θ将减小箭支运动过程中的最小速度,故C正确;
D.箭支落地时速度的方向与水平方向的夹角仍是,故改变θ会影响箭支落地时速度的方向,故D错误;
故选C。
12.(23-24高一下·浙江金华·期末)由于空气阻力的影响,炮弹的实际飞行轨迹不是抛物线,而是“弹道曲线”,如图中实线所示,设阻力大小与速度成正比,阻力方向与速度方向相反。图中虚线为不考虑空气阻力情况下炮弹的理想运动轨迹,为弹道曲线上的五点,其中点为发射点,点为落地点,点为轨迹的最高点,为运动过程中经过的距地面高度相等的两点。下列说法正确的是( )
A.炮弹到达点时,炮弹的速度为零
B.炮弹到达点时,炮弹的加速度方向竖直向下
C.炮弹经过点的速度大于经过点的速度
D.空气阻力对炮弹先做负功再做正功
【答案】C
【详解】A.炮弹到达点时,竖直方向上的速度为零,水平方向上的速度不为零,故A错误;
B.若在最高点炮弹只受重力作用,则炮弹的加速度方向竖直向下,而在实线中,炮弹在最高点不仅受重力作用,还受空气阻力(水平方向上的阻力与水平速度方向相反)作用,故合力不是竖直向下,则加速度不是竖直向下,故B错误;
CD.由于空气阻力一直做负功,根据动能定理可知炮弹经过a点时的速度大于经过c点时的速度,故C正确,D错误。
故选C。
13.(23-24高一下·浙江丽水·期末)一小丑每隔0.2s从同一位置斜向上方抛出一枚小球,抛出时小球竖直方向的速度大小为8m/s,以抛出点所在的水平面为参考平面,下列说法正确的是( )
A.抛出的小球能够达到的最大高度为2.4m
B.小球从被抛出到回到参考面所用时间为0.8s
C.参考平面上方(不含参考面)最多同时存在8个小球
D.小球高度为1.6m时,小球的动能为初动能的一半
【答案】C
【详解】A.竖直方向上是加速度为g的匀减速直线运动,则,故A错误;
B.小球从被抛出到回到参考面所用时间为,故B错误;
C.根据,故参考平面上方(不含参考面)最多同时存在8个小球,故C正确;
D.假设小球水平方向速度为0,则小球的初动能为,小球高度为1.6m时,小球的动能为,解得,但是小球还具有水平方向上的速度,因此小球的动能不一定为初动能的一半,故D错误;
故选C。
14.(22-23高一下·浙江温州·期末)(多选)从地面上的O点以相同的速率,朝不同方向同时抛出三个小球A、B、C,它们在空中的运动轨迹如图所示(在同一竖直平面内),忽略空气阻力,下列说法正确的是( )
A.运动过程中,它们的加速度相同
B.落地时,它们的速度大小相等
C.A球的射高最大,所以最迟落地
D.B球的射程最远,所以最迟落地
【答案】ABC
【详解】A.球体在空中做斜抛运动,加速度相同,均为重力加速度,故A正确;
B.小球在运动过程中做斜抛运动,下落位置与抛出位置在同一高度,根据斜抛运动的对称性可知,落地时,它们的速度大小相等,故B正确;
C.小球在竖直方向做竖直上抛运动根据对称性,向上运动的时间等于向下运动的时间,可知,解得,由于A球高度最大,其运动时间最长,所以最迟落地,故C正确;
D.根据图像可知,B球射程最远,但是其射高小于A球,结合上述可知,B落地时间小于A球落地时间,B球不是最迟落地,故D错误。
故选ABC。
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