专题复习力与曲线运动_4
北京四中
审稿：李井军责编:周建勋
专题复习－力与曲线运动
知识点能力点回顾
复习策略：
曲线运动、曲线运动的条件及其应用历来是高考的重点、难点和热点，它不仅涉及力学中的一般的曲线运动、平抛运动、圆周运动，还常常涉及天体运动问题，带电粒子在电场、磁场或复合场中的运动问题，动力学问题，功能问题，动量和冲量问题。本章知识多以现实生活中的问题（如体育竞技，军事上的射击，交通运输等）和空间技术（如航空航天）等立意命题，体现了应用所学知识对自然现象进行系统的分析和多角度、多层次的描述，突出综合应用知识的能力。本章高考几乎年年有题年年新，那么“新”在什么地方呢？“新”主要表现在：情景新、立意新、知识新、学科渗透新，新题虽然难度往往不大，但面孔生疏。难题和新题都要有丰厚的基础知识、丰富的解题经验和灵活的解题能力。不过万变不离其宗，在每一章节都有典型的习题，在题型的解题方法和规律上下功夫，在复习的过程中有意识注意各题型之间的区别、联系和渗透，就能够做到“任凭风浪起，稳坐钓鱼台”。
知识要求：
一、物体做曲线运动的条件和特点
1.当物体所受合外力（或加速度）的方向与物体的速度方向不在一条直线上时物体将做曲线运动
2. 曲线运动的特点：
①在曲线运动中，运动质点在某一点的瞬时速度方向，就是通过这一点的曲线的切线方向。
②曲线运动是变速运动，这是因为曲线运动的速度方向是不断变化的。
③做曲线运动的质点，其所受的合外力一定不为零，一定具有加速度。
3.物体的实际运动往往是由几个独立的分运动合成的，由已知的分运动求跟它们等效的合运动叫做运动的合成；由已知的合运动求跟它等效的分运动叫做运动的分解。
运动的合成与分解基本关系：
①分运动的独立性；
②运动的等效性（合运动和分运动是等效替代关系，不能并存）；
③运动的等时性；
④运动的矢量性（加速度、速度、位移都是矢量，其合成和分解遵循平行四边形定则）。
二、恒力作用下的匀变速曲线运动
1.恒力作用下的曲线运动，物体的加速度大小和方向都恒定不变，是匀变速运动。物体有初速度，而且初速度的方向与物体的加速度方向不在同一条直线上。
2.最典型的匀变速曲线运动有三类形式：
（1）只受重力作用的平抛（和斜抛）物体的运动；
（2）带电粒子以某一初速度，垂直电场方向射入匀强电场中，只受电场力作用的运动（类平抛运动）；
（3)物体所受各种外力的合力恒定，而且具有的初速度方向与合外力方向成一夹角的运动。
3.恒力作用下的曲线运动，物体的速度大小和方向时刻都在变，恒力做功，物体具有的各种形式的能量在不断转化；研究速度变化规律、恒力做功的特点、各种不同形式的能相互转化的过程是我们的主要目标和任务。
4.恒力作用下的曲线运动，是沿初速度方向的匀速直线运动与恒力方向上初速度为零的匀加速直线运动的合运动。这种观点是研究匀变速曲线运动的理论基础，这种观点是力的独立作用原理的体现，这种观点也是研究匀变速曲线运动的基本方法和出发点。
三、圆周运动
1.圆周运动是变速运动，因物体的运动方向（即速度方向）在不断变化。圆周运动不可能是匀变速运动，因为即使是等速率的匀速圆周运动，其加速度方向也是时刻变化的。
2.最典型的圆周运动有：（1）天体（包括人造天体）在万有引力作用下的运动；（2）核外电于在库仑力作用下绕原子核的运动；（3）带电粒子在垂直匀强磁场的平面里在磁场力作用下的运动；（4）带电物体在各种外力（重力、弹力、摩擦力、电场力、磁场力等）作用下的圆周运动。
3.匀速圆周运动只是速度方向改变，而速度大小不变。做匀速圆周运动的物体，它所受的所有力的合力提供向心力，其方向一定指向圆心。非匀速圆周运动的物体所受的合外力，沿着半径指向圆心的分力，提供向心力，
产生向心加速度；合力沿切线方向的分力，产生切向加速度，其效果是改变速度的大小。
4.做匀速圆周运动的物体，其动能不变，合外力所做的功为零；但其动量时刻都在变，合外力在某段时间内的冲量不等于零。做非匀速圆周运动的物体，其动能、动量都变化，合外力所做的功不为零，合外力的冲量也不为零。
能力要求：
一、平抛运动的求解方法
1.常规解法是运动的分解
（1）水平方向和竖直方向的两个分运动是相互独立的，其中每个分运动都不会因另一分运动的存在而受到影响。
（2
）水平方向和竖直方向的两个分运动及其合运动具有等时性。由
t=
时间t只取决于物体抛出时离地的高度h，而与抛出时的初速度v0无关。
2.特殊的解题方法是选择一个适当的参考系。选择一个做自由落体运动的物体为参考系，平抛物体相对于这个参考系，是水平匀速直线运动。选择一个相同初速度的水平匀速直线运动物体为参考系，平抛物体相对于这个参考系是做自由落体运动。这种方法在解判断题时是方便的。
3.类平抛运动
（1）平抛运动是典型的匀变速曲线运动，应掌握这一问题的处理思路、方法，并迁移到讨论类平抛（如带电粒子在匀强电场中的偏转等）问题上来，这一问题也是高考的热点。
物体所做的运动不是真正的平抛运动，而是类平抛运动，即该运动可看成是某一方向的匀速直线运动和垂直此方向的匀加速直线运动，这类运动在电场中会涉及，处理方法与平抛运动类似。
类平抛运动的解题方法与平抛运动解题方法一样，但要分清其加速度如何。
（2）所有的抛体运动，都做加速度相同的匀变速运动，其运动规律有着必然的联系。
二、匀速圆周运动的分析方法
对于匀速圆周运动的问题，一般可按如下步骤进行分析：
（1）确定做匀速圆周运动的物体作为研究对象。
（2）明确运动情况，包括搞清运动速率v，轨迹半径R及轨迹圆心O的位置等。只有明确了上述几点后，才能知道运动物体在运动过程中所需的向心力大小( mv2/R )和向心力方向（指向圆心）。
（3）分析受力情况，对物体实际受力情况做出正确的分析，画出受力图，确定指向圆心的合外力F（即提供向心力）。
（4）选用公式
2
2
2
2
v
F m mR mR
R T
π
ω??
=== ?
??解得结果。
三、圆周运动中向心力的特点
（1）匀速圆周运动：由于匀速圆周运动仅是速度方向变化而速度大小不变，故只存在向心加速度，物体受到外力的合力就是向心力。可见，合外力大小不变，方向始终与速度方向垂直且指向圆心，是物体做匀速圆周运动的条件。
（2）变速圆周运动：速度大小发生变化，向心加速度和向心力都会相应变化。求物体在某一点受到的向心力时，应使用该点的瞬时速度，在变速圆周运动中，合外力不仅大小随时间改变，其方向也不沿半径指向圆心。合外力沿半径方向的分力（或所有外力沿半径方向的分力的矢量和）提供向心力，使物体产生向心加速度，改变速度的方向；合外力沿轨道切线方向的分力，使物体产生切向加速度，改变速度的大小。
（3）当物体所受的合外力F小于所需要提供的向心力mv2/R时，物体做离心运动。
四、竖直面内完成圆周运动的临界条件
要完成圆周运动，对图甲和图戊在最高点：
2
v
mg m
R
=
，所以
v=
并要会分析，
v
v<
时受力情况。
对图甲、图乙、图丁，在最高点：v=0，并要会分析v ＞0时，受力情况及图丁
v >
五、若除重力外，还受其他恒定的外力，可将该力与重力等效为新的重力mg ’，进行分析，并要注意相应的最高点的变化。
特别提示：
1.匀变速曲线运动和非匀变速曲线运动的区别：加速度方向与初速度方向不共线是曲线运动的共同特点。加速度矢量恒定，则物体做匀速曲线运动：加速度矢量变化，则物体做非匀速曲线运动。平抛、斜抛运动属匀变速曲线运动（g 恒定），一切圆周运动均为非匀变速曲线运动（a 方向一定变）。
2.皮带轮传动系统中各点v 线、a 向、ω大小关系：在同一个圆盘上各点（或同一个球体上各点）ω相等，a 向与r 成正比；在同一圆周上或同一皮带轮上各点v 线相等，a 向与r 成反比。
3.解答圆周的运动动力学问题，首先必须明确研究对象运动的轨道平面和圆心的位置，以便确定向心力的方向和半径的大小。例如地球绕地轴自转，非赤道平面上的点做圆周运动的圆心不是地球球心，而是圆平面与地轴的交点。再如：带电粒子在匀强磁场中的圆周运动必须据特殊点作出有关半径和圆心，并据几何关系求出半径的大小。其次必须明确向心力是按效果来命名的力，它不是受力分析中的新的力，而是一个力或某几个力的合力。最后对圆周运动过程中的临界问题应加以分析，轻杆、轻绳、光滑轨道等名词均属隐含条件。
4.若是恒力作用下的曲线运动，要注意运动的分解，一般地把运动分解为恒力作用下的直线运动和与恒力垂直方向上的匀速直线运动，分解后分方向求出加速度、速度、位移等，要注意分运动的独立性与同时性的应用。 例题精讲
例题1.如图2-1所示，两个相对斜面的倾角分别为37°和53°，在斜面顶点把两个小球以同样大小的初速度分别向左、向右水平抛出，小球都落在斜面上。若不计空气阻力，则A 、B 两个小球的运动时间之比为（ ）
A.1:1
B.4:3
C.16:9
D.9：16 解析：由平抛运动的位移规律可知：
t v x 0=
221gt y =
∵x y /tan =θ ∴g v t /tan 20θ=
∴16953tan 37tan =??=B
A t t 故D 选项正确。
点评：灵活运用平抛运动的位移规律解题，是基本方法之一。应用时必须明确各量的物理意义，不能盲目套用公式。
例题2. 从空中同一地点沿水平方向同时抛出两个小球，它们的初速度方向
相反、大小分别为
0201v v 和，求经过多长时间两小球速度方向间
的夹角为90°？ 解析：经过时间t ，两小球水平分速度
01v 、02v 不变，竖直
分速度都等于
gt ，如图2-2所示，t 时刻小球1的速度x v 与1轴正向夹角1a 为
011/tan v gt a =
小球2的速度x v 与2轴正向夹角2a 为
022/tan v gt a -=
由图可知
212π
+
=a a
联立上述三式得
g
v v t /0201=
点评：弄清平抛运动的性质与平抛运动的速度变化规律是解决本题的关键。
例题3.如图2-3所示，一带电粒子以竖直向上的初速度
0v ，自
A 处进入电场
强度为E 、方向水平向右的匀强电场，它受到的电场力恰与重力大小相等。当粒子到达图中B 处时，速度大小仍为
0v ，但方向变为水平向右，那么A 、B 之间的电势差等于多少？从A 到B 经历的时间为多长？
解析：带电粒子从A →B 的过程中，竖直分速度减小，水平分速度增大，表明带电粒子的重力不可忽略，且带
正电荷，受电场力向右。依题意有 Eq mg =
根据动能定理： )(0动能不变，=-mgh q U AB
在竖直方向上做竖直上抛运动，则
gt v gh v ==-02
0,20 解得：
g v t g v h 0
,22
==。 ∴
g Ev gq Eqv g v q mg q mgh UAB 2222
02020
=
=?== 点评：当带电粒子在电场中的运动不是类平抛运动，而是较复杂的曲线运动时，可以把复杂的曲线运动分解
到两个互相正交的简单的分运动来求解。
例题4.如图2-4所示，让一价氢离子、一价氦离子和二价氦离子的混合物由静止经过同一加速电场加速，然后在同一偏转电场里偏转，它们是否会分成三股？请说明理由。
解析：设带电粒子质量为m 、电量为q ，经过加速电场加速后，再进入偏转电场中发生偏转，最后射出。设加速电压为U 1，偏转电压为U 2，偏转电极长为L ，两极
m q
U v 12=
。
间距离为d ，带电粒子由静止经加速电压加速，则U1q=2
21mv
，
带电粒子进入偏转电场中发生偏转，则水平方向上：vt L =，
竖直方向上：
d U L U dmv qL U t dm q U at y 1222
22222422121==??==。 可见带电粒子射出时，沿竖直方向的偏移量
y 与带电粒子的质量m 和电量q 无关。而一价氢离子、一价氦离
子和二价氦离子，它们仅质量或电量不相同，都经过相同的加速和偏转电场，故它们射出偏转电场时偏移量相同，
因而不会分成三股，而是会聚为一束粒子射出。
点评：带电粒子在电场中具有加速作用和偏转作用。分析问题时，注意运动学、动力学、功和能等有关规律的综合运用。
例题5.如下图所示，一对杂技演员（都视为质点）乘秋千（秋千绳处于水平位置）从A 点由静止出发绕O 点下摆，当摆到最低点B 时，女演员在极短时间内将男演员沿水平方向推出，然后自己刚好能回到高处A.求男演员落地点C 与O 点的水平距离s 。已知男演员质量m1和女演员质量m2之比m1/m2＝2,秋千的质量不计，秋千的摆长为R, C 点与A 点的水平高度差为5R 。
解析：设分离前男女演员在秋千最低点B 的速度为v0，由机械能守恒定律得：
2
01
2v 1212(m +m )gR=(m +m )
设刚分离时男演员速度的大小为v1 ,方向与v0相同；女演员速度的大小为v2，方向与v0相反，由动量守恒
得：
01122v m v m v -12(m +m )=。
分离后，男演员做平抛运动，设男演员从被推出到落在C 点所需的时间为t ，根据题给条件，由运动学规律：
2
114,2R gt x v t =
=
根据题给条件，女演员刚好回到A 点，由机械能守恒定律：
2
2221
2m gR m v =
，已知1
22m m = 以上各式联立可得x ＝8R.
例题6.如下图所示，墙壁上落有两只飞镖，它们是从同一位置水平射出的，飞镖A 与竖直墙壁成53°角，飞镖B 与竖直墙壁成37°角，两者相距为d.假设飞镖的运动是平抛运动，求射出点离墙壁的水平距离。（sin37°＝0.6，cos37°＝0.8）
解析：设射出点离墙壁的水平距离为x ，A 下降高度h1，B 下降高度h2,据平抛运动规律有：
2/cot 5301x h =，2/cot 370
2x h =
而h2－h1＝d ，
联立解得，
247d x =
点评：本题关键是理解箭头指向的含义，箭头指向代表速度的方向。 例题7.假设小球带+q 电荷，由长为L 的绝缘绳系住在竖直向上、场强为E 的匀强电场中完成竖直平面内的圆周运动，则运动中的最小速度为多少？若所加电场水平向右时又怎样？
解析：(1)若qE ＝mg,则小球可以任意小的速度做匀速圆周运动。 若qE 2,v mg qE m v L -== 若qE>mg,则小球经最低点时速度最小 2,v qE mg m v L -== (2)若所加电场为水平向右，则小球完成竖直面内的圆周运动的最小速度可以这样求得：把mg 与qE 等效为 2,v m v L == 点评：要注意分清几何最高点与物理最高点。 例题8.如下图所示，两绳系一个质量为m ＝0.1 kg 的小球，两绳的另一端分别固定于轴的A 、B 两处，上面绳长L ＝2 m,两绳都拉直时与轴夹角分别为30°和45°。问球的角速度在什么范围内，两绳始终张紧？ 解析：两绳张紧时，小球受的力如上图所示，当ω由0逐渐增大时，ω可能出现两个临界值。 (1)BC 恰好拉直，但F2仍然为零，设此时的角速度为ω1，则有 Fx ＝F1sin30°＝m ω12Lsin30° ① Fy ＝F1cos30°－mg ＝0 ② 代入已知解①②得，ω1＝2.40 rad/s. (2) AC 由拉紧转为恰好拉直，但F1已为零，设此时的角速度为ω2，则有 Fx ＝F2sin45°＝m ω22Lsin30° ③ Fy ＝F2cos45°－mg ＝0 ④ 代入已知解③④得ω2＝3.16 rad/s. 可见，要使两绳始终张紧，ω必须满足2.40 rad/s ≤ω≤3.16 rad/s. 例题9. 光从液面到空气时的临界角C 为45°，如图3-16所示，液面上有 一点光源S 发出一束光垂直入射到水平放置于液体中且到液面的距离为d 的平面镜M 上，当平面镜M 绕垂直过中心O 的轴以角速度ω做逆时针匀速转动时，观察者发现水面上有一光斑掠过，则观察者观察到的光斑在水面上掠过的最大速度为多少？ 解析：本题涉及平面镜的反射及全反射现象，需综合运用反射定律、速度的合成与分解、线速度与角速度的关系等知识求解，确定光斑掠移速度的极值点及其与平面镜转动角速度间的关系，是求解本例的 关键。 设平面镜转过θ角时，光线反射到水面上的P 点，光 斑速度为v ，如图 3-17可知： θ2cos 1 v v = ，而： ωθω22cos 21?= ?=d l v 故：θω2cos 22d v = ，↑↓→↑→v )2(cos θθ，而光从液体到空气的临界角为C ，所以当?==452C θ时达 到最大值 max v ，即： d C d v ωω4cos 22 max == 例题10.如下图所示，AB 是一段位于竖直平面内的光滑轨道，高度为h ，末端B 处的切线方向水平。一个质 量为m 的小物体P 从轨道顶端A 处由静止释放，滑到B 端后飞出，落到地面上的C 点，轨迹如图中虚线BC 所示。已知它落地时相对于B 点的水平位移OC ＝L 。现在轨道下方紧贴B 点安装一水平传送带，传送带的右端与B 的距离为L ／2。当传送带静止时，让P 再次从A 点由静止释放，它离开轨道并在传送带上滑行后从右端水平飞出，仍然落在地面的C 点。当驱动轮转动从而带动传送带以速度v 匀速向右运动时（其他条件不变），P 的落地点为D 。（不计空气阻力） （1）求P 滑至B 点时的速度大小； （2）求P 与传送带之间的动摩擦因数 ； （3）求出O 、D 间的距离s 随速度v 变化的函数关系式。 解析：（1）物体P 在AB 轨道上滑动时，物体的机械能守恒，根据机械能守恒定 律20 12mgh mv =得物体P 滑到B 点时的速度为0v （2）当没有传送带时，物体离开B 点后作平抛运动，运动时间为t ， 0l t v = =当B 点下方的传送带静 止时，物体从传送带右端水平抛出，在空中运动的时间也为t ，水平位移为1 2，因此物体从传送带右端抛出的速 度 012v v = =。 根据动能定理，物体在传送带上滑动时，有 22 01 11222 l mg mv mv μ=-。 解出物体与传送带之间的动摩擦因数 为 32h l μ= 。 （3）当传送带向右运动时，若传送带的速度 1 v v ≤ ，即 v ≤ 时，物体在传送带上一直做匀减速运动，离 开传送带的速度仍为1v ，落地的水平位移为2l ，即s ＝L ；当传送带的速度 v >时，物体将会在传送带上做一段匀变速运动。如果尚未到达传送带右端，速度即与传送带速度相同，此后物体将做匀速运动，而后以速度v 离开传送带。v 的最大值 2 v 为物体在传送带上一直加速而达到的速度，即 2220 11222 l mg mv mv μ=- 。由此解得 2v = 。 当2v v ≥，物体将以速 度2v =离开传送带，因此得O 、D 之间的距离 为 1(122l s = + 当 12 v v v << ，即 v <<时，物体从传送带右端飞出时的速度为v ，O 、D 之间的距离 为 (122l l s vt = +=+ 综合以上的结果，得出O 、D 间的距离s 随速度v 变化的函数关系式为： ??? ????? ? ??≥+<<+≤=) 27()71(2) 2722()221(2)22()(gh v l gh v gh gh v l gh v l v s 例题11. 某种变速自行车，有六个飞轮和三个链轮（如下图所示），链轮和飞轮和齿数如表，前后轮的直径 为660mm 。人骑自行车前进的速度为4m/s 时，两轮不打滑。脚踏板做圆周运动的角速度的最小值为（） A. 1.9rad/s B. 3.5rad/s C. 3.8rad/s D. 7.lrad/s 解析：设链轮和飞轮的半径分别为r1和r2，转动的角速度分别为ω1和ω2，对后轮有 飞轮：ω2＝ω后＝12rad/s 设链轮边缘的速度为v1，飞轮边缘的速度为v2，由两轮不打滑条件知： v1＝v2， 有 至此，需要确定轮的半径与齿数间的关系。因圆周长L＝2πr,又因每单位长度上的齿数n是一定的，故总齿数为N= n2πr,即齿数与半径成正比，找到这一隐含条件对于解决此问题至关重要。设链轮和飞轮的齿数分别为N1、N2，则有 由以上可得ω1＝ω2 N2／N1，式中ω2＝12rad/ s,为使ω1最小，应同时使N2最小，N1最大，所以应选择N1＝48 ，N2＝14得ω1＝3.5rad/s,选项B正确。 点评：（1）传送带转动问题应注意：①同轴转动的物体各点的角速度相等。②同传送带接触的轮边缘的各点线速度的大小相等。 （2）对于车辆的运动要注意：①车前进的速度应等于车子的每个轮缘各点的线速度大小。设车向前运动一段时间t，轮心从O点运动到O’点，轮上的B点恰好与地面上的A’点重合，显然有OO’＝AA’＝AB,所以s OO’/t＝s AB / t从而有v车＝v线。②要搞清楚车前进的速度与角速度的关系。 反馈练习 1．如下图所示，AB为斜面，BC为水平面，从A点以水平初速度v向右抛出一小球，其落点与A的水平距离为s1；从A点以水平初速度3v向右抛出一小球，其落点与A的水平距离为s2、不计空气阻力。则s1：s2可能为（） A. 1：3 B. 1：6 C. 1：9 D. 1：12 2.一小球做平抛运动，初速度v0，落地速度为v1，则下图中能正确表示在相等时间内速度矢量的变化情况是（） 3．质量不计的轻质弹性杆P部分插入桌面上小孔中，杆另一端套有质量为m的小球，今使小球在水平面内做半径为R、角速度为ω的匀速圆周运动，如下图所示，则杆的上端受到球对它的作用力大小为（） 4.一物块从光滑曲面上的P点自由滑下，通过粗糙的静止水平传送带以后落到地面上的Q点，若传送带的带轮沿逆时针方向转动起来，使传送带随之运动，如下图所示，再把物块放到P点自由滑下则（） A物块将仍落在Q点 B.物块将会落在Q点左边 C.物块将会落在Q点右边 D.物块有可能落不到地面上 5.飞机以150 m/s的水平速度匀速飞行，某时刻让A球落下，相隔1 s又让B球落下，不计空气阻力，取g ＝10 m/s2.在以后的运动中，关于A球与B球的相对位置关系正确的是（） A. A球在B球的前下方 B. A球在B球的后下方 C. A球在B球的正下方5m处 D. A球在B球的正下方，距离随时间的延续而增加 6.下图所示为一物体做平抛运动的x－y图像，物体从O点抛出，x、y分别为其水平和竖直位移，P(x,y)为物体运动过程中的任一点，其速度的反向延长线交于x轴A点(A点未画出)，则OA的长为（） A. x B. 0.5x C. 0.3x D. 不能确定 7. 如下图所示，铁块压着一张纸条放在水平桌面上，当以速度v抽出纸条后，铁块掉在地上的P点，若以2v速度抽出纸条，则铁块落地点为（） A.仍在P点 B.P点左边 C.P点右边不远处 D.P点右边原水平位移的2倍处 8.如下图所示，在一次救灾工作中，一架沿水平直线飞行的直升机A，用悬索（重力可忽略不计）救护困在湖水中的伤员B.在直升机A和伤员B以相同的水平速度匀速运动的同时，悬索将伤员吊起，在某一段时间内，A,B 之间的距离以L＝H－t2（式中H为直升机A离地面的高度，各物理量的单位均为国际单位制单位）规律变化，则在这段时间内（） A.悬索的拉力等于伤员的重力 B.伤员做加速度大小方向均不变的曲线运动 C.悬索是竖直的 D.伤员做速度大小增加的曲线运动 9.如下图所示，一辆小车的支架上，用细线悬挂一小球，质量为m,细线长为L,小车以速度v做匀速直线运动，当小车碰到挡板突然停止时，细线的拉力为＿＿＿＿，假设细线的最大承受拉力为T0，则车匀速运动的速度为＿＿＿＿时，小球将可以做平抛运动。 10．滑雪者从A点由静止沿斜面滑下，经一平台水平飞离B点，地面上紧靠着平台有一个水平台阶，空间几何尺度如图所示、斜面、平台与滑雪板之间的动摩擦因数为 ，假设滑雪者由斜面底端进入平台后立即沿水平方向运动，且速度大小不变。求： (1) 滑雪者离开B点时的速度大小； (2) 滑雪者从B点开始做平抛运动的水平距离s。 11. 如下图所示，一个质量为M的人，站在台秤上，手拿一个质量为m，悬线长为R的小球，在竖直平面内做圆周运动，且摆球正好通过圆轨道最高点，求台秤示数的变化范围。 答案： １．ABC 解析：两次球的落点分三种情况： 第一种是两球均落在斜面上，如图a所示，由 第二种是两球均落在水平面上，如图b所示，则下落时间相等，所以 ； 第三种是以v抛出的球落在斜面上，以3v抛出的球落在水平面上，如图c所示，有 2. B 解析：平抛运动的特点：水平方向做匀速运动，竖直方向做自由落体运动。所以在竖直方向上，小球在相等的时间内速度的增量应该是一样的。 3. D 解析：对于杆上的小球来讲，做圆周运动的向心力由小球的重力和杆子对它的作用力的合力提供。由受力分析可知，重力mg竖直向下，向心力mRω2水平向右，由勾股定理求解得：正确答案D。 4. A 解析：物块从斜面滑下来，当传送带静止时，在水平方向受到与运动方向相反的摩擦力，物块将做匀减速运动，离开传送带时做平抛运动。当传送带逆时针转动时物体相对传送带都是向前运动，受到滑动摩擦力方向与运动方向相反。物体做匀减速运动，离开传送带时，也做平抛运动，且与传送带不动时的抛出速度相同，故落在Q 点，所以A选项正确。 5. D 解析：解法一：A球和B球在水平方向都以150 m/s的速度匀速运动，则A与B必定在同一条竖直线上，粗略地考虑，1s末A球正好在B下方5m处，似乎选项C正确。但仔细分析，虽然两球之间在水平方向相对静止，但在竖直方向相隔的距离随时间推移在不断变化，正确的位置关系是 即A和B间相隔距离Δh随t的延续而增大。 解法二：此题也可选B球为参照物，A球相对于B球做初位移为5 m,速度v＝10 m/s的匀速向下的运动。 6. B 解析：做出图示如下图， 设v与竖直方向的夹角为α，根据几何关系 由平抛运动得水平方向： 竖直方向： 由①②③得 在RtΔABE中 所以 7. B 8. BCD 9. 解析：原来小球和车一起运动速度为v，当车碰到挡板突然停止时，其悬点O将被固定，小球将以O点为圆心，以v为线速度做圆周运动。此时小球受重力mg和细线的拉力T.由牛顿第二定律得 又当细线刚好被拉断时，有 10．解析：（1）设滑雪者质量为m，斜面与水平面夹角θ，滑雪者滑行过程中克服阻力做功： () W mg S mg L S mgL =+-= μθμθμ cos cos () 由动能定理得：mg H h mgL mv --= μ 1 2 2 () 离开点时的速度： B v g H h L =-- 2μ （2）设滑雪者离开B点后落到台阶上，利用平抛运动的知识有： h gt 2 1 2 1 1 2 =<> S vt 11 2 =<> () 可解得：S h H h L 1 2 =--μ 此时必须满足，即 S h H L h 1 22 <-< μ 当 H L h -> μ2时，滑雪者直接落到地面上，利用平抛运动的知识有： h gt =<> 1 2 3 2 2 S vt 224=<> () 可解得：S h H h L 22=--μ 11.解：小球运动到最低点时，悬线对人的拉力最大，且方向竖直向下，故台秤示数最大，由机械能守恒定律得： 所以台秤的最大示数为F ＝（M ＋6m ）g 当小球经过如下图所示的状态时， 设其速度为v 则22011 (1cos ) 22mv mv mgR θ=+- 专题四 曲线运动 答案 1．C 【解析】设小球运动到c 点的速度大小为c v ，则对小球由a 到c 的过程，由动能定理有 2132 c F R mgR mv ?-=，又F mg =，解得c v =，小球离开c 点后，在水平方向做初速度为零的匀加速直线运动，竖直方向在重力作用下做匀减速直线运动，由牛顿第二定律可知，小球离开c 点后水平方向和竖直方向的加速度大小均为g ，则由竖直方向 的运动可知，小球从离开c 点到其轨迹最高点所需的时间为c v t g = =向的位移大小为2122 x gt R ==。由以上分析可知，小球从a 点开始运动到其轨迹最高点的过程中，水平方向的位移大小为5R ，则小球机械能的增加量为55E F R mgR ?=?=，C 正确，ABD 错误。 2．A 【解析】甲、乙两球都落在同一斜面上，则隐含做平抛运动的甲、乙的最终位移方向 相同，根据位移方向与末速度方向的关系，即末速度与水平方向夹角的正切值是位移与水平方向夹角的正切值的2倍，可得它们的末速度方向也相同，在速度矢量三角形中，末速度比值等于初速度比值，故A 正确。 3．B 【解析】弹射管沿光滑竖直轨道自由下落，向下的加速度大小为g ，且下落时保持水平， 故先后弹出的两只小球在竖直方向的分速度与弹射管的分速度相同，即两只小球同时落地；又两只小球先后弹出且水平分速度相等，故两只小球在空中运动的时间不同，则运动的水平位移不同，落地点不同，选项B 正确。 4．D 【解析】由于该“力”与竖直方向的速度大小成正比，所以从小球抛出至运动到最高 点过程，该“力”逐渐减小到零，将小球的上抛运动分解为水平和竖直两个分运动，由于上升阶段，水平分运动是向西的变加速运动（水平方向加速度大小逐渐减小），故小球到最高点时速度不为零，水平向西的速度达到最大值，故选项A 错误；小球到最高点时竖直方向的分速度为零，由题意可知小球这时不受水平方向的力，故小球到最高点时水平方向加速度为零，选项B 错误；下降阶段，由于受水平向东的力，小球的水平分运动是向西的变减速运动（水平方向加速度大小逐渐变大），故小球的落地点在抛出点西侧，选C 错误，D 正确。 【简捷解法】理解了小球竖直方向速度越大，水平方向受力越大后，可画出小球水平方 《曲线运动》经典例题 1、关于曲线运动，下列说法中正确的是（AC） A. 曲线运动一定是变速运动 B. 变速运动一定是曲线运动 C. 曲线运动可能是匀变速运动 D. 变加速运动一定是曲线运动 【解析】曲线运动的速度方向沿曲线的切线方向，一定是变化的，所以曲线运动一定是变速运动。变速运动可能是速度的方向不变而大小变化，则可能是直线运动。当物体受到的合力是大小、方向不变的恒力时，物体做匀变速运动，但力的方向可能与速度方向不在一条直线上，这时物体做匀变速曲线运动。做变加速运动的物体受到的合力可能大小不变，但方向始终与速度方向在一条直线上，这时物体做变速直线运动。 2、质点在三个恒力F1、F2、F3的共同作用下保持平衡状态，若突然撤去F1，而保持F2、F3不变，则质点（A） A．一定做匀变速运动B．一定做直线运动 C．一定做非匀变速运动D．一定做曲线运动 【解析】质点在恒力作用下产生恒定的加速度，加速度恒定的运动一定是匀变速运动。由题意可知，当突然撤去F1而保持F2、F3不变时，质点受到的合力大小为F1，方向与F1相反，故一定做匀变速运动。在撤去F1之前，质点保持平衡，有两种可能：一是质点处于静止状态，则撤去F1后，它一定做匀变速直线运动；其二是质点处于匀速直线运动状态，则撤去F1后，质点可能做直线运动（条件是F1的方向和速度方向在一条直线上），也可能做曲线运动（条件是F1的方向和速度方向不在一条直线上）。 3、关于运动的合成，下列说法中正确的是（C） A. 合运动的速度一定比分运动的速度大 B. 两个匀速直线运动的合运动不一定是匀速直线运动 C. 两个匀变速直线运动的合运动不一定是匀变速直线运动 D. 合运动的两个分运动的时间不一定相等 【解析】根据速度合成的平行四边形定则可知，合速度的大小是在两分速度的和与两分速度的差之间，故合速度不一定比分速度大。两个匀速直线运动的合运动一定是匀速直线运动。两个匀变速直线运动的合运动是否是匀变速直线运动，决定于两初速度的合速度方向是否与合加速度方向在一直线上。如果在一直线上，合运动是匀变速直线运动；反之，是匀变速曲线运动。根据运动的同时性，合运动的两个分运动是同时的。 4、质量m=0.2kg的物体在光滑水平面上运动，其分速度v x和v y随时间变化的图线如图所示，求： (1)物体所受的合力。 (2)物体的初速度。 (3)判断物体运动的性质。 (4)4s末物体的速度和位移。 【解析】根据分速度v x和v y随时间变化的图线可知，物体在x 轴上的分运动是匀加速直线运动，在y轴上的分运动是匀速直线 运动。从两图线中求出物体的加速度与速度的分量，然后再合成。 (1) 由图象可知，物体在x轴上分运动的加速度大小a x=1m/s2，在y轴上分运动的加速度为0，故物体的合加速度大小为a=1m/s2，方向沿x轴的正方向。则物体所受的合力 F=ma=0.2×1N=0.2N，方向沿x轴的正方向。 (2) 由图象知，可得两分运动的初速度大小为 v x0=0，v y0=4m/s，故物体的初速度 物理二轮力与曲线运动专题卷（全国通用） 1．(多选)如图1所示，照片中的汽车在水平公路上做匀速圆周运动．已知图中双向四车道的总宽度为15 m，内车道内边缘间最远的距离为150 m．假设汽车受到的最大静摩擦力等于车重的0.7倍．g取10 m/s2，则汽车的运动( ) 图1 A．所受的合力可能为零 B．只受重力和地面支持力的作用 C．所需的向心力不可能由重力和支持力的合力提供 D．最大速度不能超过370m/s 2．(多选)2018年1月12日7时18分，我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭以“一箭双星”方式成功发射第26、27颗北斗导航组网卫星，两颗卫星属于中轨道卫星，运行于半径为10 354 km的圆形轨道上．卫星轨道平面与赤道平面成55°倾角．关于该卫星，以下说法正确的是( ) A．两颗卫星的周期相等、运行速率相等 B．两颗卫星均为通讯使用，故均为地球同步卫星 C．两颗卫星从地球上看是移动的，但每天经过特定的地区上空 D．两颗卫星的向心加速度小于地球表面的重力加速度 3．利用手机可以玩一种叫“扔纸团”的小游戏．如图2所示，游戏时，游戏者滑动屏幕将纸团从P点以速度v水平抛向固定在水平地面上的圆柱形废纸篓，纸团恰好沿纸篓的上边沿入篓并直接打在纸篓的底角．若要让纸团进入纸篓中并直接击中篓底正中间，下列做法可行的是( ) 图2 A．在P点将纸团以小于v的速度水平抛出 B ．在P 点将纸团以大于v 的速度水平抛出 C ．在P 点正上方某位置将纸团以小于v 的速度水平抛出 D ．在P 点正下方某位置将纸团以大于v 的速度水平抛出 4．演习时，在某一高度匀速飞行的战机在离目标水平距离s 时投弹，可以准确命中目标，现战机飞行高度减半，速度大小减为原来的2 3，要仍能命中目标，则战机投弹时离目标 的水平距离应为(不考虑空气阻力)( ) A.13s B.23s C.23s D.223 s 5．如图3所示，将小球从空中的A 点以速度v 0水平向右抛出，不计空气阻力，小球刚好擦过竖直挡板落在地面上的B 点．若使小球仍刚好擦过竖直挡板且落在地面上的B 点右侧，下列方法可行的是( ) 图3 A ．在A 点正上方某位置将小球以小于v 0的速度水平抛出 B ．在A 点正下方某位置将小球以大于v 0的速度水平抛出 C ．在A 点将小球以大于v 0的速度水平抛出 D ．在A 点将小球以小于v 0的速度水平抛出 6．如图4所示，一细线系一小球绕O 点在竖直面做圆周运动，a 、b 分别是轨迹的最高点和最低点，c 、d 两点与圆心等高，小球在a 点时细线的拉力恰好为0，不计空气阻力，则下列说法正确的是( ) 图4 A ．小球从a 点运动到b 点的过程中，先失重后超重 B ．小球从a 点运动到b 点的过程中，机械能先增大后减小 C ．小球从a 点运动到b 点的过程中，细线对小球的拉力先做正功后做负功 D ．小球运动到c 、d 两点时，受到的合力指向圆心 7．如图5甲，小球用不可伸长的轻绳连接后绕固定点O 在竖直面内做圆周运动，小球 专题四曲线运动平抛运动 [考纲解读] 一、曲线运动 1.曲线运动 (1)速度的方向：质点在某一点的速度方向，沿曲线在这一点的切线方向. (2)运动的性质：做曲线运动的物体，速度的方向时刻在改变，所以曲线运动一定是变速运动. (3)曲线运动的条件：物体所受合外力的方向跟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. 2.合外力方向与轨迹的关系 物体做曲线运动的轨迹一定夹在合外力方向与速度方向之间，速度方向与轨迹相切，合外力方向指向轨迹的“凹”侧. 二、运动的合成与分解 1.遵循的法则 位移、速度、加速度都是矢量，故它们的合成与分解都遵循平行四边形定则. 2.合运动与分运动的关系 (1)等时性 合运动和分运动经历的时间相等，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，各分运动独立进行，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效果. 3.合运动的性质判断 ??? 加速度(或合外力)? ?? ?? 变化：非匀变速运动 不变：匀变速运动加速度(或合外力)方向与速度方向? ??? ? 共线：直线运动 不共线：曲线运动 三、平抛运动 1.性质 加速度为重力加速度g 的匀变速曲线运动，运动轨迹是抛物线. 2.基本规律 以抛出点为原点，水平方向(初速度v 0方向)为x 轴，竖直向下方向为y 轴，建立平面直角坐标系，则： (1)水平方向：做匀速直线运动，速度v x ＝v 0，位移x ＝v 0t . (2)竖直方向：做自由落体运动，速度v y ＝gt ，位移y ＝12 gt 2 . (3)合速度：v ＝v 2 x ＋v 2 y ，方向与水平方向的夹角为θ，则tan θ＝v y v x ＝gt v 0. (4)合位移：s ＝x 2 ＋y 2 ，方向与水平方向的夹角为α，tan α＝y x ＝gt 2v 0 . 1.下列说法中正确的是() A.物体速度变化越大，则其加速度越大 B.物体的加速度增大，则其速度一定增大 C.原来平衡的物体，突然撤去一个外力，物体可能做曲线运动，也可能做直线运动 D.原来平衡的物体，突然撤去一个外力，则一定会产生加速度且方向与撤去的外力的方向相反 答案 C 解析 速度变化率越大，加速度越大，速度变化大，加速度不一定大，选项A 错误；物体的加速度增大，但若加速度方向与物体的速度方向相反，其速度减小，选项B 错误；原来平衡的物体，受到的合力为零，突然撤掉一个力，剩余的力的合力与撤掉的力的方向在一条直线上，如果物体原来做匀速直线运动，其合力方向与速度的方向不确定，故物体可能做直线运动，也可能做曲线运动，合力也可能为0，如放在粗糙斜面由弹簧拉着的物体，选项C 正确，选项D 错误. 2.(2015·浙江1月学考)如图1所示，一小球在光滑水平桌面上做匀速运动，若沿桌面对小球施加一个恒定外力，则小球一定做 () 图1 专题 曲线运动 一、运动的合成和分解 【题型总结】 1．合力与轨迹的关系 如图所示为一个做匀变速曲线运动质点的轨迹示意图，已知在B 点的速度与加速度相互垂直，且质点的运动方向是从A 到E ，则下列说法中正确的是( ) A ．D 点的速率比C 点的速率大 B ．A 点的加速度与速度的夹角小于90° C ．A 点的加速度比D 点的加速度大 D ．从A 到D 加速度与速度的夹角先增大后减小 2．运动的合成和分解 例：一人骑自行车向东行驶，当车速为4m ／s 时，他感到风从正南方向吹来，当车速增加到7m ／s 时。他感到风从东南方向（东偏南45o）吹来，则风对地的速度大小为（ ） A. 7m/s B. 6m ／s C. 5m ／s D. 4 m ／s 3．绳（杆）拉物类问题 例：如图所示，重物M 沿竖直杆下滑，并通过绳带动小车m 沿斜面升高．问：当滑轮右侧的绳与竖直方向成θ角，且重物下滑的速率为v 时，小车的速度为多少？ 练习1：一根绕过定滑轮的长绳吊起一重物B ，如图所示，设汽车和重物的速度的大小分别为B A v v ,，则（ ） A 、 B A v v = B 、B A v v ? C 、B A v v ? D 、重物B 的速度逐渐增大 4．渡河问题 例1：在抗洪抢险中，战士驾驶摩托艇救人，假设江岸是平直的，洪水沿江向下游流去，水流速度为v 1，摩托艇在静水中的航速为v 2,战士救人的地点A 离岸边最近处O 的距离为d ，如战士想在最短时间内将人送上岸，则摩托艇登陆的地点离O 点的距离为( ) 例2：某人横渡一河流，船划行速度和水流动速度一定，此人过河最短时间为了T 1；若此船用最短的位移过河，则需时间为T 2，若船速大于水速，则船速与水速之比为（ ） (A) (B) (C) (D) 【巩固练习】 1、 一个劈形物体M ，各面都光滑，放在固定的斜面上，上表面水平，在上表面放一个 光滑小球m ，劈形物体由静止开始释放，则小球在碰到斜面前的运动轨迹是（ ） m 第三讲力与曲线运动 ——课前自测诊断卷 考点一运动的合成与分解 1.[考查运动的合成与运动轨迹分析] (2019·苏北三市一模)如图所示，一块可升降白板沿墙壁竖直向上做 匀速运动，某同学用画笔在白板上画线，画笔相对于墙壁从静止开始水平 向右先匀加速，后匀减速直到停止。取水平向右为x轴正方向，竖直向下 为y轴正方向，则画笔在白板上画出的轨迹可能为( ) 解析：选D 由题意可知，画笔相对白板竖直方向向下做匀速运动，水平方向先向右做匀加速运动，根据运动的合成和分解可知此时画笔做曲线运动，由于合力向右，则曲线向右弯曲，然后水平方向向右做减速运动，同理可知轨迹仍为曲线，由于合力向左，则曲线向左弯曲，故选项D正确，A、B、C错误。 2．[考查速度的分解] 如图所示，在水平力F作用下，物体B沿水平面向右运动， 物体A恰匀速上升，那么以下说法正确的是( ) A．物体B正向右做匀减速运动 B．物体B正向右做加速运动 C．地面对B的摩擦力减小 D．斜绳与水平方向成30°时，v A∶v B＝3∶2 解析：选D 将B的运动分解为沿绳子方向和垂直于绳子方向，沿 绳子方向上的分速度等于A的速度，如图所示，根据平行四边形定则有 v B cos α＝v A，所以v B＝v A cos α ，当α减小时，物体B的速度减小，但 B不是匀减速运动，选项A、B错误；在竖直方向上，对B有mg＝F N＋F T sin α，F T＝m A g，α减小，则支持力F N增大，根据F f＝μF N可知摩擦力F f增大，选项C错误；根据v B cos α＝v A，斜绳与水平方向成30°时，v A∶v B＝3∶2，选项D正确。 3．[考查小船渡河问题] [多选]小船横渡一条两岸平行的河流，水流速度与河岸平行，船相 对于水的速度大小不变，船头始终垂直指向河岸，小船的运动轨迹如图 虚线所示。则小船在此过程中( ) A．做匀变速运动 专题四曲线运动 21. （2013高考新课标全国卷n ）公路急转弯处通常是交通事故多发地带?如图，某公路 急转弯处是一圆弧，当汽车行驶的速率为 V c 时，汽车恰好没有向公路内外两侧滑动的趋势. 则 在该弯道处（ ） A ?路面外侧高内侧低 B ?车速只要低于v c ，车辆便会向内侧滑动 C .车速虽然高于V c ,但只要不超出某一最高限度，车辆便不会向外侧滑动 D ?当路面结冰时，与未结冰时相比， v c 的值变小 解析：选AC.抓住临界点分析汽车转弯的受力特点及不侧滑的原因，结合圆周运动规律 可判断. 汽车转弯时，恰好没有向公路内外两侧滑动的趋势，说明公路外侧高一些，支持力的水 平分力刚好提供向心力，此时汽车不受静摩擦力的作用，与路面是否结冰无关，故选项 A 正 确，选项D 错误.当v 42+ 32 【题型总结】 专题五曲线运动 一、运动的合成和分解 1.速度的合成：（1）运动的合成和分解（2）相对运动的规律v甲地=v甲乙+v乙地 例：一人骑自行车向东行驶，当车速为 4m／s 时，他感到风从正南方向吹来，当车速增加到 7m／s 时。他感到风从东南方向（东偏南45o）吹来，则风对地的速度大小为（） A. 7m/s B. 6m／s C. 5m／s D. 4 m／s 解析：“他感到风从正南方向（东南方向）吹来” ，即风相对车的方向是正南方向（东南方向）。而风相 对地的速度方向不变，由此可联立求解。 解：∵θ=45°∴V 风对车=7—4=3 m／s ∵V 风对车 +V 车对地 =V 风对地 V 风对 ∴V 风对地= =5 答案：C 2.绳（杆）拉物类问题 m／s V 风对 V 车对 ① 绳（杆）上各点在绳（杆）方向上的速度相等 ②合速度方向：物体实际运动方向 分速度方向：沿绳（杆）伸（缩）方向：使绳（杆）伸（缩） 垂直于绳（杆）方向：使绳（杆）转动 例：如图所示，重物M 沿竖直杆下滑，并通过绳带动小车m 沿斜面升高．问：当滑轮右侧的绳与竖直方向成θ 角，且重物下滑的速率为v 时，小车的速度为多少？ 解：方法一：虚拟重物M 在Δt 时间内从A 移过Δh 到达Ｃ的运动，如图（1）所示，这个运动可设想为两 个分运动所合成，即先随绳绕滑轮的中心轴O 点做圆周运动到B，位移为Δs1，然后将绳拉过Δs2到C． 1 若Δt 很小趋近于0，那么Δφ→0，则Δs1＝0，又OA＝OB，∠OBA＝β＝2 （180°－ Δφ)→90°．亦即Δs1近似⊥Δs2，故应有：Δs2＝Δh·cosθ ?s 2 因为?t = ?h ?t ·cosθ，所以v′＝v·cosθ 方法二：重物M 的速度v 的方向是合运动的速度方向，这个v 产生两个效果：一是使绳的这一端绕滑轮做顺时针方向的圆周运动；二是使绳系着重物的一端沿绳拉力的方向以速率v′运动，如图（2）所示，由图可知，v′＝v·cosθ． （1）（2） V 风对 θ 学科: 物理年级：高三 本周教学内容：第3讲力与曲线运动 考纲要求 1.理解和掌握万有引力定律，理解重力是由于地球吸引而使物体受到的力，掌握重心的概念。 2.熟练应用牛顿运动定律分析圆周运动中的向心力，并对由一直线上力提供向心力的实例能定量计算。 3.应用牛顿运动定律和圆周运动知识分析人造卫星运动规律，并理解第一宇宙速度的运算方法，了解开普勒三定律和天体运动的基本规律。 4.了解物体作一般曲线运动的动力学规律，并能定性分析一般曲线运动问题。 知识结构 热点导析 1. 匀变速曲线运动和非匀变曲线运动的区别：加速度方向与速度方向不共线是曲线运动的共同特点，且加速度矢量恒定，则物体做匀变速曲线运动；加速度矢量变化，则物体做 非匀速曲线运动。平抛、斜抛运动属匀变速曲线运动（恒），一切圆周运动均为变速曲线 运动（方向一定变）。 2.皮带轮传动系统中各点v 线、a 向、ω大小关系：在同一个圆盘上各点（或同一个球体上各点）ω等，a 向与r 成正比；在同一圆周上或同一皮带轮上各点v 等，a 向与r 成反比。 3.解答圆周运动动力学问题，首先必须明确研究对象运动的轨道平面和圆心的位置，以便确定向心力的方向和半径的大小。例如地球绕地轴自转，非赤道平面上的点做圆周运动的圆心不是地心，而是圆平面与地轴的交点。再如：带电粒子在匀强磁场中的圆周运动必须据特殊点作出有关半径和圆心，并据几何关系求出半径的大小。其次必须明确向心力是按效果来命名的力，它不是受力分析中的新的力，而是一个力或某几个力的合力。最后对圆周运动过程中的临界问题应加以分析，轻杆、轻绳、光滑轨道等名词属隐含条件。 4.应用万有引力定律和牛顿运动定律分析天体运动规律 万有引力提供向心力是动力学知识在圆周运动中的具体应用。F 引=G 2 r mM 为提供的向心力，F 向=m r v 2 =m ω2r 为需要的向心力。两者相等即把天体的运动看成是匀速圆周运动。 5.重力、万有引力、向心力间的关系 万有引力是形成地面物体所有客观存在重力的主要原因，因为地球自转对物体影响不大，所以近似可以认为物体重力和地球对物体的万有引力相等，所以有g 0=2 0R GM ，但事实地球上物体所受万有引力是地球上物体所受重力和绕地自转向心力的合力，三者本质含义不同。而太空中环绕地球转动的物体所受的万有引力、重力和向心力是完全相同意义的。 6.随地球自转的向心加速度和环绕地球运动的向心加速度的本质区别 物体随地球自转的向心加速度是由地面上物体所受万有引力的一小部分提供的，对应的周期为24小时，环绕地球表面运行的向心加速度是由该物体所受的全部万有引力提供的，对应的近地卫星周期为八十几分钟。 7.卫星的发射速度和运行速度 由公式gr r GM ==ν运算得到的为运行速度，随轨道变高，υ越小，但发射高空卫星要克服地球引力做功，表面看同质量的高空卫星比低空卫星具有较小的动能，但具有更大的势能，所以发射高空卫星需更大的发射速度。 8.解答天体运动类问题，涉及数值都较大，所以必须先进行字母运算，再进行数值计算。 典型例析 【例1】 宇航员站在一星球表面上的某高处，沿水平方向抛出一小球。经过时间t ，小球落到星球表面，测得抛出点与落地点间的距离为L 。若抛出时将初速度增大到2倍，则抛出点与落地之间的距离为3L 。已知两落地点在同一水平面上，该星球的半径为R ，万 2020衡水名师原创物理专题卷 专题四曲线运动 考点10 曲线运动运动的合成与分解 考点11 平抛运动的规律及应用 考点12 圆周运动的规律及应用 一、选择题（本题共17个小题，每题4分，共68分。每题给出的四个选项中，有的只有一个选项符合题意，有的有多个选项符合题意，全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错或不答的得0分） 1、一小球质量为m,用长为L的悬绳(不可伸长,质量不计)固定于O点,在O点正下方L/2处钉有一颗钉子,如图所示,将悬线沿水平方向拉直无初速释放后,当悬线碰到钉子后的瞬间( ) A.小球线速度大小没有变化 B.小球的角速度突然增大到原来的2倍 C.小球的向心加速度突然增大到原来的2倍 D.悬线对小球的拉力突然增大到原来的2倍 2、如图所示，在长约100cm一端封闭的玻璃管中注满清水，水中放一个用红蜡做成的小圆柱体(小圆柱体恰能在管中匀速上浮)，将玻璃管的开口端用胶塞塞紧．然后将玻璃管竖直倒置，在红蜡块匀速上浮的同时，使玻璃管紧贴黑板面水平向右先匀加速后匀减速移动，你正对黑板面将看到红蜡块在减速阶段相对于黑板面的移动轨迹可能是下面的( ) A. B. C. D. 、质量相等,通过相同长度的缆绳悬挂在“秋3、如图,“旋转秋千”装置中的两个座椅A B 千”的不同位置。不考虑空气阻力的影响,当旋转圆盘绕竖直的中心轴匀速转动时,下列说法正确的是( ) A.A的角速度比B的大 B.A的线速度比B的大 C.A与B的向心加速度大小相等 、的缆绳与竖直方向的夹角相等 D.悬挂A B 4、如图，在不计滑轮摩擦和绳子质量的条件下，当小车以速度v匀速向右运动当小车运动到与水平面夹角为θ时，下列关于物体A说法正确的是（） vθ，物体A做减速运动，绳子拉力小于物体重力 A. 物体A此时的速度大小为cos vθ，物体A做加速运动，绳子拉力大于物体重力 B. 物体A此时的速度大小为cos vθ，物体A做减速运动，绳子拉力小于物体重力 C. 物体A此时的速度大小为/cos vθ，物体A做加速运动，绳子拉力大于物体重力 D. 物体A此时的速度大小为/cos 5、有一条两岸平直、河水均匀流动,流速恒为v的大河,一条小船渡河,去程时船头指向始终与河岸垂直,回程时行驶路线与河岸垂直,小船在静水中的速度大小为2v,去程与回程所用时间之比为( ) A.3:2 B.2:1 C.3:1 2 专题五曲线运动 一、运动的合成和分解【题型总结】 1．速度的合成：（1）运动的合成和分解（2）相对运动的规律 乙地 甲乙 甲地 v v v+ = 例：一人骑自行车向东行驶，当车速为4m／s时，他感到风从正南方向吹来，当车速增加到7m／s时。他 感到风从东南方向（东偏南45o）吹来，则风对地的速度大小为（） A. 7m/s B. 6m／s C. 5m／s D. 4 m／s 解析：“他感到风从正南方向（东南方向）吹来”，即风相对车的方向是正南方向（东南方向）。而风相对地的速度方向不变，由此可联立求解。 解：∵θ=45°∴V风对车=7—4=3 m／s ∵ 风对地 车对地 风对车 V V V= + ∴V风对地=5 3 42 2= + m／s 答案：C 2．绳（杆）拉物类问题 ①绳（杆）上各点在绳（杆）方向 ．．．．．．上的速度相等 ②合速度方向：物体实际运动方向 分速度方向：沿绳（杆）伸（缩）方向：使绳（杆）伸（缩） 垂直于绳（杆）方向：使绳（杆）转动 例：如图所示，重物M沿竖直杆下滑，并通过绳带动小车m沿斜面升高．问：当滑轮右侧的绳与竖直方向成θ角，且重物下滑的速率为v时，小车的速度为多少？ 解：方法一：虚拟重物M在Δt时间内从A移过Δh到达Ｃ的运动，如图（1）所示，这个运动可设想为两个分运动所合成，即先随绳绕滑轮的中心轴O点做圆周运动到B，位移为Δs1，然后将绳拉过Δs2到C． 若Δt很小趋近于0，那么Δφ→0，则Δs1＝0，又OA＝OB，∠OBA＝β＝2 1 （180°－Δφ)→90°． 亦即Δs1近似⊥Δs2，故应有：Δs2＝Δh·cosθ 因为t h t s ? ? = ? ? 2 ·cosθ，所以v′＝v·cosθ 方法二：重物M的速度v的方向是合运动的速度方向，这个v产生两个效果：一是使绳的这一端绕滑轮做顺时针方向的圆周运动；二是使绳系着重物的一端沿绳拉力的方向以速率v′运动，如图（2）所示，由图可知，v′＝v·cosθ． （1）（2） V风对车 V风对地 V车对地 V风对车 θ 北京四中 审稿：李井军责编:周建勋 专题复习－力与曲线运动 知识点能力点回顾 复习策略： 曲线运动、曲线运动的条件及其应用历来是高考的重点、难点和热点，它不仅涉及力学中的一般的曲线运动、平抛运动、圆周运动，还常常涉及天体运动问题，带电粒子在电场、磁场或复合场中的运动问题，动力学问题，功能问题，动量和冲量问题。本章知识多以现实生活中的问题（如体育竞技，军事上的射击，交通运输等）和空间技术（如航空航天）等立意命题，体现了应用所学知识对自然现象进行系统的分析和多角度、多层次的描述，突出综合应用知识的能力。本章高考几乎年年有题年年新，那么“新”在什么地方呢？“新”主要表现在：情景新、立意新、知识新、学科渗透新，新题虽然难度往往不大，但面孔生疏。难题和新题都要有丰厚的基础知识、丰富的解题经验和灵活的解题能力。不过万变不离其宗，在每一章节都有典型的习题，在题型的解题方法和规律上下功夫，在复习的过程中有意识注意各题型之间的区别、联系和渗透，就能够做到“任凭风浪起，稳坐钓鱼台”。 知识要求： 一、物体做曲线运动的条件和特点 1.当物体所受合外力（或加速度）的方向与物体的速度方向不在一条直线上时物体将做曲线运动 2. 曲线运动的特点： ①在曲线运动中，运动质点在某一点的瞬时速度方向，就是通过这一点的曲线的切线方向。 ②曲线运动是变速运动，这是因为曲线运动的速度方向是不断变化的。 ③做曲线运动的质点，其所受的合外力一定不为零，一定具有加速度。 3.物体的实际运动往往是由几个独立的分运动合成的，由已知的分运动求跟它们等效的合运动叫做运动的合成；由已知的合运动求跟它等效的分运动叫做运动的分解。 运动的合成与分解基本关系： ①分运动的独立性； ②运动的等效性（合运动和分运动是等效替代关系，不能并存）； ③运动的等时性； ④运动的矢量性（加速度、速度、位移都是矢量，其合成和分解遵循平行四边形定则）。 二、恒力作用下的匀变速曲线运动 1.恒力作用下的曲线运动，物体的加速度大小和方向都恒定不变，是匀变速运动。物体有初速度，而且初速度的方向与物体的加速度方向不在同一条直线上。 第一部分力与运动 专题03 力与曲线运动【练】 1.(2020·江西上饶市重点中学六校第一次联考)下列关于运动和力的叙述中，正确的是() A．做曲线运动的物体，其加速度方向一定是变化的 B．物体做圆周运动，所受的合力一定是向心力 C．物体所受合力恒定，该物体速率随时间一定均匀变化 D．物体运动的速率在增加，所受合力一定做正功 2.(2020·江西宜春市第一学期期末)如图所示是物体在相互垂直的x方向和y方向运动的v－t图象．以下判断正确的是() A．在0～1 s内，物体做匀速直线运动 B．在0～1 s内，物体做匀变速直线运动 C．在1～2 s内，物体做匀变速直线运动 D．在1～2 s内，物体做匀变速曲线运动 3．(2020·吉林省实验中学模拟)如图所示，在水平力F作用下，物体B沿水平面向右运动，物体A恰匀速上升。以下说法正确的是() A．物体B正向右做匀减速运动B．物体B正向右做加速运动 C ．地面对B 的摩擦力减小 D ．斜绳与水平方向成30°时，v A ∶v B ＝3∶2 4.(多选)(2020·河南洛阳重点中学大联考)如图所示，在同一竖直面内，小球a 、b 从高度不同的两点，分别以初速度v a 和v b 沿水平方向先后抛出，恰好同时落到地面上的P 点，P 点到两抛出点水平距离相等，并且落到P 点时两球的速度互相垂直。若不计空气阻力，则( ) A ．小球a 比小球b 先抛出 B ．初速度v a 小于v b C ．小球a 、b 抛出点距地面高度之比为v b ∶v a D ．初速度v a 大于v b 5．(2020·济宁质检)如图所示，倾角为θ的斜面体固定在水平面上，两个可视为质点的小球甲和乙分别沿水平方向抛出，两球的初速度大小相等，已知甲的抛出点为斜面体的顶点，经过一段时间两球落在斜面上的A 、B 两点后不再反弹，落在斜面上的瞬间，小球乙的速度与斜面垂直。忽略空气的阻力，重力加速度为g 。则下列选项正确的是( ) A ．甲、乙两球在空中运动的时间之比为tan 2θ∶1 B ．甲、乙两球下落的高度之比为2tan 2θ∶1 C ．甲、乙两球的水平位移之比为tan θ∶1 D ．甲、乙两球落在斜面上瞬间的速度与水平面夹角的正切值之比为2tan 2θ∶1 6.(2020·重庆市部分区县第一次诊断)一河流两岸平行，水流速率恒定为v 1，某人划船过河，船相对静水的速率为v 2，且v 2>v 1。设人以最短的时间t 1过河时，渡河的位移为d 1；以最短的位移d 2过河时，所用的时间为t 2。下列说法正确的是( ) A ．t 1t 2＝v 21v 22，d 1d 2＝v 21v 22 B ．t 1t 2＝v 22v 21，d 2d 1＝v 21v 22 C ．t 1t 2＝1－v 21v 22，d 1d 2＝1＋v 21v 22 D ．t 1t 2＝1－v 22v 21，d 2d 1＝1＋v 21v 22 曲线运动经典专题 知识要点： 一、曲线运动三要点 1、条件：运动方向与所受合力不在同一直线上， 2、特点： （1）速度一定是变化的——变速运动 （2）加速度一定不为零，但加速度可能是变化的，也可能是不变的 3、研究方法——运动的合成与分解 二、运动的合成与分解 1、矢量运算：（注意方向） 2、特性： （1）独立性 （2）同时性 （3）等效性 3、合运动轨迹的确定： （1）两个分运动都是匀速直线运动 （2）两个分运动一个是匀速直线运动，另一个是匀变速直线运动 （3）两个分运动都是初速不为零的匀变速直线运动 （4）两个分运动都市初速为零的匀变速直线运动 三、平抛 1、平抛的性质：匀变速曲线运动（二维图解） 2、平抛的分解： 3、平抛的公式： 4、平抛的两个重要推论 5、平抛的轨迹 6、平抛实验中的重要应用 7、斜抛与平抛 8、等效平抛与类平抛 四、匀速圆周运动 1、运动性质： 2、公式： 3、圆周运动的动力学模型和临界问题 五、万有引力 1、万有引力定律的条件和应用 2、重力、重力加速度与万有引力 3、宇宙速度公式和意义 4、人造卫星、航天工程 5、地月系统和嫦娥工程 6、测天体的质量和密度 7、双星、黑洞、中子星 六、典型问题 1、小船过河 2、绳拉小船 3、平抛与斜面 4、等效的平抛 5、平抛与体育 6、皮带传动 7、表针问题 8、周期性与多解问题 6、转盘问题 7、圆锥摆 8、杆绳模型、圆轨道与圆管模型 9、卫星问题 10、测天体质量和密度 11、双星问题 一、绳拉小船问题 例：绳拉小船 汽车通过绳子拉小船，则（ D ） A、汽车匀速则小船一定匀速 B、汽车匀速则小船一定加速 C、汽车减速则小船一定匀速 D、小船匀速则汽车一定减速 练习1：如图，汽车拉着重物G，则（） A、汽车向左匀速，重物向上加速 B、汽车向左匀速，重物所受绳拉力小于重物重力 C、汽车向左匀速，重物的加速度逐渐减小 D、汽车向右匀速，重物向下减速 练习2：如左图，若已知物体A的速度大小为v A，求重物B的速度大小v B？ 练习3：如右图，若α角大于β角，则汽车A的速度汽车B的速度 v B v Aθ A B 问题专题：力与曲线运动 学习目标 1、再熟悉曲线运动的特点和描述曲线运动相关物理量 2、掌握平抛运动和圆周运动两种运动模型及相关规律 3、熟练应用万有引力定律解决天体运动问题 学习方法 合作探究、独立作业、小组讨论、师生归纳、整理巩固 学习过程 活动一：师生合作探究下列问题，归纳总结出相关知识点和处理问题的方法 探究1：一带负电荷的质点，在电场力作用下沿曲线abc从a运动到c，已知质点的速 率是递减的。关于b点电场强度E的方向，下列图示中可能正确的是（虚线是曲线在b点的 切线）（） 题后反思 探究2：如图所示，水平路面上匀速运动的小车支架上有三个完全相同的小球A、B、C， 当小车遇到障碍物D时，立即停下来，三个小球同时从支架上抛出，落到水平面上。已知三 个小球的高度差相等，即h A-h B=h B-h C,下列说法中正确的是（） A．三个小球落地的时间差与车速无关 B．三个小球落地的间隔距离L1和L2与车速无关 C．A、B小球落地的间隔距离L1与车速成正比 D．三个小球落地的间隔距离L1=L2 题后反思 探究3：2011年1月11日12时50分，歼20在成都实现首飞，历时l8分钟，这标志 着我国隐形战斗机的研制工作掀开了新的一页．如图所示，隐形战斗机在竖直平面内作横8 字形飞行表演，飞行轨迹为1→2→3→4→5→6→1，如果飞行员体重为G，飞行圆周半径为 R，速率恒为v，在A、B、C、D四个位置上，飞机座椅或保险带对飞行员的作用力分别为 N A、N B、N C、N D，关于这四个力的大小关系正确的是（） h A h B h C A A B B C C D L1 L2 v0 更多优质资料请关注公众号：诗酒叙华年 高考物理精选考点专项突破题集 专题四 曲线运动 一、单项选择题：（在每小题给出的四个选项中，只有一项符合题目要求） 1、如图所示，两物块A 、B 套在水平粗糙的CD 杆上，并用不可伸长的轻绳连接，整个装置能绕过CD 中点的轴OO 1转动。已知两物块质量相等，杆CD 对物块A 、B 的最大静摩擦力大小相等，开始时绳子处于自然长度(绳子恰好伸直但无弹力)，物块B 到OO 1轴的距离为物块A 到OO 1轴距离的两倍，现让该装置从静止开始转动，使转速逐渐增大，在绳子从处于自然长度到两物块A 、B 即将滑动的过程中，下列说法正确的是( ) A 、 B 受到的静摩擦力一直增大 B 、B 受到的静摩擦力是先增大，后保持不变 C 、A 受到的静摩擦力是先增大后减小 D 、A 受到的合外力先增大后减小 【答案】B 。 【解析】因为同一转轴，所以A 、B 的角速度相同，由r A 第五章曲线运动经典分类例题 §5.1 曲线运动基础 一、知识讲解 二、【典型例题】 知识点1、力和运动的关系 1、曲线运动的定义： 2、合外力决定运动的速度： 】 3、合外力和速度是否共线决定运动的轨迹： 4、物体做曲线运动的条件： 习题 1、关于曲线运动的速度，下列说法正确的是：（） A、速度的大小与方向都在时刻变化 ) B、速度的大小不断发生变化，速度的方向不一定发生变化 C、速度的方向不断发生变化，速度的大小不一定发生变化 D、质点在某一点的速度方向是在曲线的这一点的切线方向 2、下列叙述正确的是：（） A、物体在恒力作用下不可能作曲线运动 B、物体在变力作用下不可能作直线运动 C、物体在变力或恒力作用下都有可能作曲线运动 D、物体在变力或恒力作用下都可能作直线运动 ^ 3、下列关于力和运动关系的说法中，正确的上：（） A．物体做曲线运动，一定受到了力的作用 B．物体做匀速运动，一定没有力作用在物体上 C．物体运动状态变化，一定受到了力的作用 D．物体受到摩擦力作用，运动状态一定会发生改变 4、下列曲线运动的说法中正确的是：（） A、速率不变的曲线运动是没有加速度的 B、曲线运动一定是变速运动 C、变速运动一定是曲线运动 D、曲线运动一定有加速度，且一定是匀加速曲线运动; 5、物体受到的合外力方向与运动方向关系，正确说法是：（） A、相同时物体做加速直线运动 B、成锐角时物体做加速曲线运动 C、成钝角时物体做加速曲线运动 D、如果一垂直，物体则做速率不变的曲线运动6．某质点作曲线运动时:（） A．在某一点的速度方向是该点曲线的切线方向 B．在任意时间内位移的大小总是大于路程 (专题 3 力与曲线运动) 1.如图所示，绳子的一端固定在O 点，另一端拴一重物在光滑水平面上做匀速圆周运动，下列说法正确的是( ) A.转速相同时，绳短的容易断 B.周期相同时，绳短的容易断 C.线速度大小相等时，绳短的容易断 D.线速度大小相等时，绳长的容易断 2.如图所示的实验装置中，小球 A、B 完全相同。用小锤轻击弹性金属片，A 球沿水平方向抛出，同时 B 球被松开，自由下落，实验中两球同时落地。图 2 中虚线1、 2 代表离地高度不同的两个水平面，下列说法正确的是 ( ) A.A 球从面 1 到面 2 的速度变化等于 B 球从面 1 到面 2 的速度 变化 B.A 球从面 1 到面 2 的速度变化等于 B 球从面 1 到面 2 的速率变化 C.A 球从面 1 到面 2 的速度变化大于 B 球从面 1 到 面 2 的速率变化 D.A 球从面 1 到面 2 的动能变化大于 B 球从面 1 到面 2 的动能变化 3.(多选)如图所示，两质量相等的卫星 A、B 绕地球做匀速圆周运动，用 R、T、 E k、S 分别表示卫星的轨道半径、周期、动能、与地心连线在单位时间内扫过的面积。下列说法中正确的有( ) R R T T A.T A ＞T B B.E kA ＞E kB 3 3 A B C.S A ＝S B D. ＝ 2 2 A B 4.如图所示，竖直平面内光滑圆轨道外侧，一小球以某一水平速度 v0 从最高点 A 出发沿圆轨道运动，至 B 点时脱离轨道，最终落在水平面上的 C 点，不计空气阻 力。下列说法中正确的是( ) A.在 A 点时，小球对圆轨道压力等于其重力 B.在 B 点时，小球的加速度方向指向圆心 C.A 到 B 过程中，小球水平方向的加速度先增大后减小 D.A 到 C 过程中，小球的机械能不守恒 5.一小船在静水中的速度为 3 m /s ，它在一条河宽 150 m 、水流速度为 4 m /s 的 河流中渡河，则该小船( ) A.能到达正对岸 B.渡河的时间可能少于 50 s C.以最短时间渡河时，它沿水流方向的位移大小为 200 m D.以最短位移渡河时，位移大小为 150 m 6.在杂技表演中，猴子由静止开始沿竖直杆向上做加速度为 a 的匀加速运动，同 时人顶着直杆以速度 v 0 水平匀速移动，经过时间 t ，猴子沿杆向上移动的高度为 h ， 人顶杆沿水平地面移动的距离为 x ，如图 5 所示。关于猴子的运动情况，下列说法 正确的是( )2018年物理真题分类训练D专题四 曲线运动答案
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