内容正文:
曲线运动、运动合成与分解、关联速度
一、曲线运动:轨迹为曲线的运动。
1.速度方向:质点在某一点的速度方向沿曲线在这一点的切线方向,方向时刻改变。
2.运动性质:曲线运动一定是变速运动。
3.曲线运动的条件:合力与速度有夹角。
4.物体做曲线运动时,速度沿轨迹的切线方向,合力指向轨迹内侧。
5.速度的大小变化关系
F与v成锐角
F与v成钝角
F与v成直角
F做正功,v增大
F做负功,v减小
F不做功,v大小不变
6.匀变速曲线运动:加速度保持不变的曲线运动。
口诀:有曲必有力、力速两边。
例1、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( )
例2、风洞实验是进行空气动力学研究的重要方法。如图所示,将小球从A点以某一速度v0水平向左抛出,经过一段时间,小球运动到A点正下方的B点,O点是轨迹的最左端,风对小球的作用力水平向右,大小恒定,则小球速度最小时位于( )
A.A点
B.O点
C.轨迹AO之间的某一点
D.轨迹OB之间的某一点
二、运动的合成与分解
1.分解原则:一般根据运动的实际效果进行分解。合运动就是实际运动,合速度就是实际速度。
2.运算法则:位移、速度、加速度的合成或分解遵循平行四边形定则或三角形定则。
3.合运动与分运动的关系
等时性
合运动和分运动、分运动与分运动经历的时间相等,即同时开始、同时进行、同时停止。
独立性
各分运动相互独立,不受其他运动的影响。各分运动共同决定合运动的性质和轨迹。
等效性
各分运动叠加起来与合运动有完全相同的效果。
4.合运动轨迹和性质的判断方法:
标准:看合初速度方向与合加速度(或合外力)方向是否共线
(1)若合加速度的方向与合初速度的方向在同一直线上,则为直线运动,否则为曲线运动。
(2)若合加速度不变,则为匀变速运动;若合加速度(大小或方向)变化,则为非匀变速运动。
例3、如图所示,当汽车静止时,车内乘客看到窗外雨滴沿竖直方向OE匀速运动。现从t=0时汽车由静止开始做甲、乙两种匀加速启动,甲种状态启动后t1时刻,乘客看到雨滴从B处离开车窗,乙种状态启动后t2时刻,乘客看到雨滴从F处离开车窗,F为AB的中点。则t1∶t2为( )
A.2∶1 B.1∶
C.1∶ D.1∶(-1)
例4、如图所示,从上海飞往北京的波音737客机在上午10点10分到达首都国际机场。若飞机在水平分速度为60 m/s,竖直分速度为6 m/s时开始降落,降落过程中飞机在水平方向做加速度大小等于2 m/s2的匀减速直线运动,在竖直方向做加速度大小等于0.2 m/s2的匀减速直线运动,则飞机落地之前( )
A.飞机的运动轨迹为曲线
B.经20 s飞机水平方向的分速度与竖直方向的分速度大小相等
C.在第20 s内,飞机在水平方向的分位移与竖直方向的分位移大小相等
D.飞机在第20 s内,水平方向的平均速度为21 m/s
例5、(多选)和平区五大道的海棠花竞相绽放,绵延上千米的美景,吸引无数游人纷至沓来,成为春日津城最红打卡地。电视台摄制组为了拍到更广、更美的景色,采用了无人机拍摄的方法。现通过传感器将某台无人机上升向前拍摄的飞行过程转化为竖直向上的速度vy及水平方向速度vx与飞行时间t的关系图象,如图甲、乙所示。图乙中t2-t3段图象平行于t轴,则下列说法正确的是( )
A.无人机在t1时刻处于超重状态
B.无人机在0~t2这段时间内沿直线飞行
C.无人机在t2时刻上升至最高点
D.无人机在t2~t3时间内做匀变速运动
三、关联速度:本质还是运动的合成与分解,满足平行四边形定则
1.绳(杆)关联——沿绳(杆)的分速度大小相等。或(是速度与绳或杆的夹角)
四种常见的速度分解模型
2.面关联:垂直接触面方向的分速度大小相等。
例6、如图所示,不计所有接触面之间的摩擦,斜面固定,两物体质量分别为m1和m2,且m1<m2。若将m2从位置A由静止释放,当落到位置B时,m2的速度为v2,且绳子与竖直方向的夹角为θ。这时m1的速度大小v1等于( )
A.v2sin θ B.
C.v2cos θ D.
例7、如图所示,汽车用跨过定滑轮的轻绳提升物块A。汽车匀速向右运动,在物块A到达滑轮之前,关于物块A,下列说法正确的是( )
A.将竖直向上做匀速运动
B.将处于超重状态
C.将处于失重状态
D.将竖直向上先加速后减速
例8、(附)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.vsin θ
C. D.vcos θ
例9、(附)如图所示,水平地面上固定了一个倾角为θ的光滑斜面,一端拴有光滑小球B的轻杆在另一端通过铰链与斜面底部连接,小球B静置于斜面上。物块A从斜面顶部由静止释放,碰到B球后,继续紧贴斜面下滑,轻杆则绕铰链顺时针转动。当轻杆转动到与斜面夹角为θ时,物块A速度恰好为v,并依然与小球B紧密接触,则小球B此时的速度为( )
A.vcos θ B.
C.vsin θ D.2vsin θ
实战演练
1.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( )
A. B. C. D.
2.如图,趣味运动会的“聚力建高塔”活动中,两长度相等的细绳一端系在同一塔块上,两名同学分别握住绳的另一端,保持手在同一水平面以相同速率v相向运动。为使塔块沿竖直方向匀速下落,则v( )
A.一直减小
B.一直增大
C.先减小后增大
D.先增大后减小
3.如图所示,某人通过跨过定滑轮的绳子将小车拉上倾角为的光滑斜面,人拉动绳子的速度v恒定,下列说法正确的是( )
A.小车沿斜面上升的过程中,人对绳子拉力恒定
B.小车沿斜面上升的过程中,小车的动能先增大后减小
C.小车沿斜面上升h高的过程中,绳子拉力对小车做的功大于小车重力势能
的增加量
D.当绳子与斜面斜边的夹角为时,小车的速度为
4.如图所示,物块P置于光滑水平地面上,细杆O1A绕O1以恒定的角速度ω沿顺时针方向转动。A为细杆与物块的接触点,某时刻细杆与水平地面之间的夹角为θ,此时O1A长度为L。关于该时刻,下列说法正确的是( )
A.P的速度大小为
B.P的速度大小为ωLcos θ
C.P的速度大小为
D.P的速度大小为ωLsin θ
5.(附)如图所示,一足够长的细线一端连接穿过水平细杆的滑块A,另一端通过光滑滑轮连接重物B,此时两边细线竖直。某时刻,水平拉力F作用在滑块A上,使A向右移动。已知A、B的质量分别为m和2m,滑块A与细杆间的动摩擦因数为。则( )
A.若A做匀速运动,则B也做匀速运动
B.若B做匀速运动,则A做加速运动
C.若A缓慢向右运动,当细线与细杆间的夹角为30°时,拉力F有最小值
D.若A缓慢向右运动到细线与细杆间的夹角为30°时,拉力F一直在增大
答案
例1、D 例2、C 例3、A 例4、D 例5、AD 例6、C 例7、B 例8、C 例9、B
实战演练
1.D 2.B 3.C 4.C 5.D
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