内容正文:
高考总复习 物理
第四章 曲线运动 万有引力与宇宙航行
第1课时 曲线运动 运动的合成与分解
夯实 必备知识
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A
夯实 必备知识
提升 关键能力
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D
提升 关键能力
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B
提升 关键能力
提升 关键能力
提升 关键能力
提升 关键能力
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C
提升 关键能力
提升 关键能力
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D
提升 关键能力
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D
提升 关键能力
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A
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情境转化研析 破情境·建模型
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1.曲线运动
2.运动的合成与分解
教材原型► 粤教必修第二册P4“讨论与交流”——曲线运动条件
1.如图116所示是乒乓球的频闪照片,分析乒乓球为什么会做曲线运动,画出分析示意图.
模型对接► (2023·辽宁卷)某同学在练习投篮,篮球在空中的运动轨迹如图中虚线所示,篮球所受合力F的示意图可能正确的是( )
解析:篮球做曲线运动,所受合力指向运动轨迹的凹侧,A正确.
考点一 曲线运动的条件与轨迹分析
1.曲线运动的特点
条件
质点所受合力的方向跟它的速度方向不在同一直线上(v0≠0,F≠0)
特点
(1)轨迹是一条曲线
(2)某点的瞬时速度的方向,就是通过这一点的切线的方向
(3)曲线运动的速度方向时刻在改变,所以是变速运动,一定有加速度
实例
(1)合外力F始终指向运动轨迹的内(或凹)侧
(2)实例
2.合力方向与速率变化的关系
[例1] (2023·全国乙卷)小车在水平地面上沿轨道从左向右运动,动能一直增加.如果用带箭头的线段表示小车在轨道上相应位置处所受合力,下列四幅图可能正确的是( )
解析:小车做曲线运动,所受合外力指向曲线的凹侧,A、B错误;小车沿轨道从左向右运动,动能一直增加,故合外力与运动方向夹角为锐角,C错误,D正确.
1.(2025·广东广州高三统考)潜艇从海水的高密度区驶入低密度区.浮力急剧减小的过程称为“掉深”.如图甲所示,某潜艇在高密度区水平向右匀速航行,t=0时,该潜艇开始“掉深”,潜艇“掉深”后其竖直方向的速度vy随时间变化的图像如图乙所示,水平速度vx保持不变,若以水平向右为x轴正方向,竖直向下为y轴正方向,则潜艇“掉深”后的0~30 s内能大致表示其运动轨迹的图形是( )
解析:根据题意可知,潜艇在x轴方向上做匀速直线运动,y轴方向上先做匀加速直线运动,再做匀减速直线运动,则x-y运动轨迹的图形,在x轴上取相邻距离相等的几段距离所用时间相等,y轴上下降的距离先增大后减小,B正确.
考点二 运动的合成与分解
1.运动性质的判断
加速度(或合外力)
2.判断两个直线运动的合运动性质
(1)依据:看合初速度方向与合加速度方向是否共线.
(2)常见情境
两个互成角度的分运动
合运动的性质
两个匀速直线运动
匀速直线运动
一个匀速直线运动、一个匀变速直线运动
匀变速曲线运动
两个初速度为零的匀加速直线运动
匀加速直线运动
两个初速度不为零的匀变速直线运动
如果v合与a合共线,为匀变速直线运动
如果v合与a合不共线,为匀变速曲线运动
考向1 合运动与分运动的关系
[例2] 跳伞表演是人们普遍喜欢的观赏性体育项目,如图所示,当运动员从直升机上由静止跳下后,在下落过程中将会受到水平风力的影响,下列说法中正确的是( )
A.风力越大,运动员下落时间越长,运动员可完成的动作越多
B.风力越大,运动员着地时的竖直速度越大,有可能对运动员造成伤害
C.运动员下落时间与风力无关
D.运动员着地速度与风力无关
解析:运动员同时参与了两个分运动,竖直方向下落的运动和水平方向随风飘的运动,两个分运动同时发生,相互独立,水平方向的风力大小不影响竖直方向的运动,即落地时间和竖直方向的速度不变,A、B错误,C正确;水平风力越大,水平方向的速度越大,则落地时的合速度越大,D错误.
考向2 运动性质的判断
[例3] (2025·广东河源高三测试)快递公司推出了用无人机配送快递的方法.某次配送快递的无人机在飞行过程中,水平方向速度vx及竖直方向速度vy与飞行时间t的关系图像如图甲、乙所示.下列关于无人机运动的说法正确的是( )
A.0~t1时间内,无人机做曲线运动
B.t2时刻,无人机运动到最高点
C.t3~t4时间内,无人机做匀变速直线运动
D.t2时刻,无人机的速度大小为
解析:在0~t1时间内,无人机在水平方向做初速度为零的匀加速直线运动,在竖直方向也做初速度为零的匀加速直线运动,则合运动为匀加速直线运动,A错误;在0~t4时间内,无人机竖直方向速度一直为正,即一直向上运动,则在t2时刻,无人机还没有运动到最高点,B错误;在t3~t4时间内,无人机水平方向做速度为v0的匀速运动,竖直方向做匀减速运动,则合运动为匀变速曲线运动,C错误;在t2时刻,无人机的水平速度为v0、竖直速度为v2,则合速度大小为,D正确.
2.(2023·江苏卷)达·芬奇的手稿中描述了这样一个实验:一个罐子在空中沿水平直线向右做匀加速运动,沿途连续漏出沙子.若不计空气阻力,则下列图中能反映空中沙子排列的几何图形是( )
解析:罐子在空中沿水平直线向右做匀加速运动,在时间Δt内水平方向分位移的增加量为aΔt2,竖直方向在做自由落体运动,在时间Δt内竖直方向分位移的增加量为gΔt2,可见,水平方向位移增加量与竖直方向位移增加量比值一定,则连线的倾角是一定的,D正确.
考点三 绳(杆)端速度分解模型
1.绳(杆)端速度的分解方法
(1)把物体的实际速度分解为垂直于绳(或杆)和平行于绳(或杆)的两个分量.
(2)绳(或杆)两端的物体沿绳(或杆)方向的分速度大小相等.
2.常见情境
[例4] 如图所示,一辆牵引车沿水平面以v=5 m/s的速度匀速向左运动,牵引车连接轻绳跨过滑轮拉升重物,使重物沿竖直杆上升.某一时刻拴在车上的绳子与水平方向的夹角θ=37°,与跨过滑轮的绳子恰好相互垂直,此时重物的速度大小为( )
A.5 m/s B.4 m/s
C.3 m/s D.3.2 m/s
解析:将绳两端牵引车、重物的速度进行分解如图所示,对牵引车有cos θ=,对重物有cos θ=,则v cos 37°=v′cos 37°,得出v′=v=5 m/s,A正确.
3.如图所示,长为L的直杆一端可绕固定轴O无摩擦转动,另一端靠在以水平速度v匀速向左运动、表面光滑的竖直挡板上,当直杆与竖直方向夹角为θ时,直杆端点A的线速度为( )
A. B.v sin θ
C. D.v cos θ
解析:将直杆端点A的线速度进行分解,如图所示,由图中的几何关系可得v′=,C正确,A、B、D错误.
“构建模型” 突破小船过河情境
1.三种速度:船在静水中的速度v船、水的流速v水、船的实际速度v.
2.两类问题、三种情境
情况
图示
说明
渡河
时间
最短
当船头方向垂直于河岸时,渡河时间最短,最短时间tmin=
情况
图示
说明
渡河
位移
最短
如果v船>v水,当船头方向与上游河岸夹角θ满足v船cos θ=v水时,合速度垂直河岸,渡河位移最短,等于河宽d
如果v船<v水,当船头方向(即v船方向)与合速度方向垂直时,渡河位移最短,等于
[例5] 1935年5月,红军为突破“围剿”决定强渡大渡河.首支共产党员突击队冒着枪林弹雨依托仅有的一条小木船坚决强突.若河面宽300 m,水流速度3 m/s,木船相对静水速度1 m/s,则突击队渡河所需的最短时间为( )
A.75 s B.95 s
C.100 s D.300 s
小船渡河问题的分析思路
解析:河宽d=300 m,当木船船头垂直河岸时,渡河用时最短,渡河最短时间为tmin== s=300 s,D正确.
4.有一条两岸平直且平行的河流,河水流速恒定,大小为v1.一条小船在河上横渡,已知船在静水中的速度大小为v2,第一次过河时船头始终指向与河岸垂直的方向,第二次过河时行驶路线与河岸垂直.若v1、v2均不变,试求第一次过河与第二次过河所用时间的比值为( )
A. B.
C. D.
解析:根据题意,设河宽为d,第一次过河时船头始终指向与河岸垂直的方向,则渡河时间为t1=,第二次过河时行驶路线与河岸垂直,此时船的合速度为v=,渡河时间为t2=,则第一次过河与第二次过河所用时间的比值为=,A、B、D错误,C正确.
5.(多选)船在静水中的速度与时间的关系如图甲所示,河水的流速与船离河岸的距离的变化关系如图乙所示,则( )
A.船渡河的最短时间是60 s
B.要使船以最短时间渡河,船在行驶过程中,船头必须始终与河岸垂直
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是5 m/s
解析:当船头与河岸垂直时,渡河时间最短,由题图可知河宽为d=300 m,t==100 s,A错误,B正确;由于随水流方向的分速度不断变化,故合速度的大小和方向也不断变化,船做曲线运动,C错误;当河水的流速取最大值4 m/s时,合速度最大,船在河水中的最大速度是v= m/s=5 m/s,D正确.
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