内容正文:
第四章 抛体运动与圆周运动
第1讲 曲线运动 运动的合成与分解
[学习目标] 1.理解物体做曲线运动的条件,掌握曲线运动的特点。2.会用运动的合成与分解处理小船渡河、关联速度等问题。3.理解运动的合成与分解是处理曲线运动的一种重要思想方法。
考点一 曲线运动的条件和特点
考点二 运动的合成与分解
内容索引
考点三 小船渡河问题
考点四 关联速度模型
考点一 曲线运动的条件和特点
一
5
盘点 核心知识
1.速度的方向:质点在某一点的速度方向,沿曲线在这一点的 。
2.运动的性质:做曲线运动的物体,由于速度的方向时刻改变,所以曲线运动一定是 运动。
3.物体做曲线运动的条件:物体所受 的方向与它的速度方向不在同一条直线上或它的加速度方向与速度方向不在同一条直线上。
4.合力方向与速率变化的关系
切线方向
变速
合力
[判断正误]
1.速度发生变化的运动,一定是曲线运动。( )
2.做曲线运动的物体的位移一定小于路程。( )
3.做曲线运动的物体受到的合力一定是变力。( )
4.做曲线运动的物体所受合力方向与速度方向有时可以在同一直线上。( )
×
√
×
×
提升 关键能力
考向1 曲线运动的条件及特点
[典例1] (2026·广东广州白云中学期中)如图所示为航展飞行表演中的精彩镜头,喷出的烟雾将飞机的运动轨迹显现出来,关于这些飞机的运动,以下说法正确的是( )
A.飞机所受合外力可能是零
B.飞机所受合外力沿飞机运动方向
C.飞机所受合外力一定是变力
D.飞机的运动速度不变
C
[解析] 飞机做曲线运动,则所受合外力方向与速度方向不共线,故B错误;题图中飞机轨迹为螺旋线,所受合外力不断变化,不可能是零,故A错误,C正确;飞机的运动速度方向不断变化,则速度不断变化,故D错误。
考向2 合力方向与速率变化的关系
[典例2] (多选)(2026·广东深圳模拟)如图,光滑水平面上的物体受五个沿水平面的恒力F1、F2、F3、F4、F5作用,以速率v0沿水平面做匀速直线运动,速度方向与恒力F5的方向相反,与F1的方向垂直。若撤去其中某个力(其他力不变),则在以后的运动中,下列说法正确的是( )
A.若撤去的是F1,则物体可能做匀速圆周运动
B.若撤去的是F2,则经过一段时间后物体的速率可能再次变为v0
C.若撤去的是F4,则经过一段时间后物体的速率可能再次变为v0
D.无论撤去这五个力中的哪一个,物体都做匀变速运动
BD
[解析] 撤去F1后,合力与F1等大反向,因为合力为恒力,且合力方向与初速度方向垂直,所以物体做类平抛运动,故A错误;撤去F2后,合力与F2等大反向,合力对物体先做负功后做正功,当合力做功为零时,速率再次为v0,故B正确;撤去F4后,合力与F4等大反向,合力一直做正功,故速率不可能再次变为v0,故C错误;无论撤去这五个力中的哪一个,物体的合力均为恒力,故物体做匀变速运动,故D正确。
二
考点二 运动的合成与分解
12
盘点 核心知识
1.基本概念
(1)运动的合成:由 求合运动的过程。
(2)运动的分解:由 求分运动的过程。
2.遵循的规律:位移、速度、加速度都是矢量,故它们的合成与分解都遵从 定则。
分运动
合运动
平行四边形
3.合运动与分运动的关系
(1)等时性:合运动和分运动经历的 相等,即同时开始、同时进行、同时停止。
(2)独立性:一个物体同时参与几个分运动,各分运动 ,不受其他运动的影响。
(3)等效性:各分运动的规律叠加起来与合运动的规律有完全相同的
。
时间
独立进行
效果
4.运动性质的判断
[判断正误]
1.合运动的速度一定比分运动的速度大。( )
2.只要两个分运动为直线运动,合运动一定是直线运动。( )
3.曲线运动一定不是匀变速运动。( )
×
×
×
提升 关键能力
考向1 合运动与分运动的关系
[典例3] (2026·广东九师联盟联考)一辆汽车在确认安全的情况下进行变道超车,轨迹如图所示,从A点经过P点后到达B点,假设超车过程中汽车速率不变,下列说法正确的是( )
A.汽车在沿着车道方向分速度不变
B.汽车在垂直于车道方向分速度先减小后增大
C.汽车在行驶到P点时受到的合力方向不可能沿着图中F2的方向
D.汽车在行驶到P点时受到的合力方向可能沿着图中F1的方向
C
[解析] 如图所示,根据运动的分解可知v1=v0cos θ,v2=v0sin θ,可知汽车在沿着车道方向分速度先减小,后增大,汽车在垂直于车道方向分速度先增大,后减小,故A、B错误;变道过程中,汽车的速率不变,则合力方向应与速度垂直,故汽车在行驶到P点时受到的合力方向不可能沿着图中F1、F2的方向,故C正确,D错误。
考向2 两互成角度的直线运动的合运动性质的判断
[典例4] (2026·广东东莞模拟)随着科技的进步,农村和偏远山区也已经开始用无人机配送快递,如图甲所示。无人机在0~5 s内的飞行过程中,其水平、竖直方向的分速度vx、vy与时间t的关系图像分别如图乙、丙所示,规定竖直方向向上为正方向。下列说法正确的是( )
A.0~2 s内,无人机做匀加速直线运动
B.2~4 s内,无人机做匀减速直线运动
C.t=4 s时,无人机运动到最高点
D.0~5 s内,无人机的位移大小为9 m
C
[解析] 0~2 s内,无人机在水平方向做匀加速直线运动,在竖直方向也做匀加速直线运动,但初速度沿水平方向,合加速度与速度方向有夹角,因此,无人机做匀加速曲线运动,故选项A错误;2~4 s内,无人机在水平方向做匀速直线运动,竖直方向做匀减速直线运动,则合运动为匀变速曲线运动,故选项B错误;0~4 s内,竖直方向速度一直为正,即一直向上运动,则t=4 s时刻,竖直方向速度为0,无人机运动到最高点,故选项C正确;0~5 s内,无人机的水平位移为9 m,竖直位移为1.75 m,则合位移s=≈9.2 m,故选项D错误。
三
考点三 小船渡河问题
21
盘点 核心知识
1.船的实际运动:水流的运动和船相对静水的运动的合运动。
2.三种速度:船在静水中的速度v船、水的流速v水、船的实际速度v。
3.两类问题、三种情景
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
提升 关键能力
考向1 渡河时间问题
[典例5] (2026·广东江门联考)水上救援是保障群众安全的重要工作。如图所示,某救援队利用摩托艇将人员进行转移,已知水的流速恒为v1,水流的方向平行于河岸,摩托艇的速度恒为v2,河宽为d。该救援队由河岸的P点出发,将被困人员转移到河对岸,PQ连线与河岸垂直,则下列说法正确的是( )
A.如果v1>v2,摩托艇可能到达Q
B.摩托艇运动到河对岸时的速度一定大于v2
C.摩托艇渡河的最短时间为
D.若摩托艇能到达Q,则渡河时间为
C
[解析] 如果v1>v2,摩托艇的合速度方向不可能垂直于河岸,所以摩托艇不可能到达Q,故A错误;若满足v2>v1,则摩托艇的合速度方向可以垂直于河岸,当摩托艇以垂直河岸的合速度到达对岸时,摩托艇的合速度大小为v合=<v2,故B错误;当摩托艇以速度v2垂直于河岸渡河时,渡河时间最短,则有tmin=,故C正确;若摩托艇能到达Q,则摩托艇的合速度方向垂直于河岸,此时合速度大小为v合=,渡河时间为 t==>,故D错误。
考向2 最短位移渡河问题
[典例6] 小船渡河,设河水流速及船在静水中的速度均恒定,河两岸平行。当船头指向正对岸航行时,渡河过程中所通过的路程是河宽的 倍。若该船要以最短位移过河,则其最短位移是河宽的( )
A.1.5倍 B.倍
C.2倍 D.倍
C
[解析] 当船头指向正对岸航行时,如图所示,
由于渡河过程中所通过的路程是河宽的 倍,所以==,
又+=,
解得v水=2v船,
所以小船不能到达正对岸。
若该船要以最短位移过河,如图所示,
小船的合速度与船在静水中的速度垂直时过河位移最短,则
sin θ===,
解得s'=2d。
故选C。
考向3 渡河中最小速度问题
[典例7] (2026·广东肇庆模拟)如图所示,水速为v,消防武警驾驶冲锋舟,若冲锋舟以最小速度和最短时间两种方案,沿与平直河岸成30°角的线路把被困群众从A处送到对岸安全地B处,则两种方案中冲锋舟最小速度v1和最短时间的冲锋舟速度v2之比为( )
A.1∶2 B.1∶
C.2∶ D.∶2
D
[解析] 冲锋舟最小速度v1垂直于AB连线,且v1=vsin 30°,最短时间的冲锋舟速度v2垂直于平直河岸,且v2=vtan 30°,可知=cos 30°=,故选项D正确。
三
考点四 关联速度模型
30
盘点 核心知识
1.模型分析
把物体的实际速度分解为垂直于绳(杆)和平行于绳(杆)的两个分量,根据沿绳(杆)方向的分速度大小相等求解。
(1)合速度:绳(杆)拉物体的实际运动速度v。
(2)分速度
(3)方法:v∥与v⊥的合成遵从平行四边形定则。
∥
2.常见的模型(如表所示)
情景图示 分解图示 定量结论
vB=vAcos θ
vAcos θ=v0
情景图示 分解图示 定量结论
vAcos α=vBcos β
(注:A沿斜面下滑) vBsin α=vAcos α
提升 关键能力
[典例8] (2025·黑吉辽蒙卷)如图,在趣味运动会的“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
B
[解析] 设塔块的速度为v1,绳与竖直方向的夹角为θ,将速度分解,如图所示,则v1cos θ=vsin θ,解得v=,塔块沿竖直方向匀速下落的过程中,θ减小,tan θ一直减小,故v一直增大,B正确。
[典例9] 甲、乙两光滑小球(均可视为质点)用铰链与轻直杆连接,乙球处于光滑水平地面上,甲球套在光滑的竖直杆上,初始时轻杆竖直,杆长为4 m。施加微小扰动,使得乙球沿水平地面向右滑动,当乙球距离起点3 m时,甲球的速度为v1,乙球的速度为v2,如图所示。下列说法正确的是( )
A.v1∶v2=∶3
B.v1∶v2=3∶7
C.甲球即将落地时,乙球的速度与甲球的速度大小相等
D.甲球即将落地时,乙球的速度达到最大
B
[解析] 设乙球距离起点3 m时,轻杆与竖直方向的夹角为θ,
则v1在沿杆方向的分量为v1杆=v1cos θ,
v2在沿杆方向的分量为v2杆=v2sin θ,
而v1杆=v2杆,由题意有cos θ=,sin θ=,
解得此时甲、乙两球的速度大小之比为=,选项A错误,B正确;当甲球即将落地时,有θ=90°,此时甲球的速度达到最大,而乙球的速度为零,选项C、D错误。
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