2020高中物理第五章曲线运动阶段核心素养整合5课件 人教版必修2 34页

第五章 曲线运动 阶段核心素养整合　 核心素养脉络构建 核心素养整合提升 一、平抛运动的特征和解题方法 平抛运动是典型的匀变速曲线运动，它的动力学特征是：水平方向有初速度而不受外力，竖直方向只受重力而无初速度，抓住了平抛运动的这个初始条件，也就抓住了它的解题关键，现将常见的几种解题方法介绍如下： 1 ． 利用平抛的时间特点解题 平抛运动可分解成水平方向的匀速直线运动和竖直方向的自由落体运动，只要抛出的时间相同，下落的高度和竖直分速度就相同。 3 ．利用平抛运动的轨迹解题 平抛运动的轨迹是一条抛物线，已知抛物线上任意一段，就可求出水平初速度和抛出点，其他物理量也就迎刃而解了。设图为某小球做平抛运动的一段轨迹，在轨迹上任取两点 A 和 B ，分别过 A 点作竖直线，过 B 点作水平线相交于 C 点，然后过 BC 的中点 D 作垂线交轨迹于 E 点，过 E 点再作水平线交 AC 于 F 点，小球经过 AE 和 EB 的时间相等，设为单位时间 T 。由 Δ y ＝ gT 2 知 　　　 　 平抛一物体，当抛出 1 s 后它的速度方向与水平方向成 45° ，落地时速度方向与水平方向成 60° ， ( g 取 10 m/s 2 ) 求： (1) 初速度大小； (2) 落地速度大小； (3) 开始抛出时距地面的高度； (4) 水平射程。 解题指导： 画出平抛运动轨迹和两个时刻速度的分解图，根据几何关系及相关运动学公式即可求解。 典例 1 答案 ： (1)10 m/s 　 (2)20 m/s 　 (3)15 m 　 (4)17.32 m 二、圆周运动中的临界问题 当物体从某种特性变化为另一种特性时，发生质的飞跃的转折状态，通常叫做临界状态，出现临界状态时，即可理解为 “ 恰好出现 ” ，也可理解为 “ 恰好不出现 ” 。 典例 2 解题指导： 解这类问题，要特别注意分析物体做圆周运动的向心力来源，考虑达到临界条件时物体所处的状态，即临界速度、临界角速度，然后分析该状态下物体的受力特点，结合圆周运动知识，列方程求解。 解析： (1) 当转台角速度为 ω 1 时， B 与转台间摩擦力恰好达最大静摩擦力，细绳的张力刚好为零；有： μm B g ＝ m B Lω 代入数值解得： ω 1 ＝ 1 rad/s 。 (2) 当转台角速度为 ω 2 时， A 、 B 与转台间摩擦力都达最大静摩擦力，则： 对 A 有： μm A g ＝ T ； 对 B 有： T ＋ μm B g ＝ m B Lω 代入数值解得： ω 2 ＝ 2 rad/s 。 答案： (1)1 rad/s 　 (2)2 rad/s 2 ．竖直平面内圆周运动的临界问题 物体在竖直平面内的圆周运动是典型的变速圆周运动，一般情况下只讨论最高点和最低点的情况。 特别提醒： 对竖直平面内的圆周运动 (1) 要明确运动的模型，即轻绳模型还是轻杆模型。 (2) 由不同模型的临界条件分析受力，找到向心力的来源。 　　　　 　 用长 L ＝ 0.6 m 的绳系着装有 m ＝ 0.5 kg 水的小桶，在竖直平面内做圆周运动，成为 “ 水流星 ” 。 g ＝ 10 m/s 2 。求： (1) 最高点水不流出的最小速度为多少？ (2) 若过最高点时速度为 3 m/s ，此时水对桶底的压力多大？ 典例 3 解题指导： (1) 明确是轻绳模型还是轻杆模型。 (2) 明确物体的临界状态，即在最高点时物体具有最小速度时的受力特点。 (3) 分析物体在最高点及最低点的受力情况，根据牛顿第二定律列式求解。 答案： (1)2.45 m/s 　 (2)2.5 N 　方向竖直向上 实战演练触及高考 从近几年高考看，平抛运动的规律及其研究方法，圆周运动的角速度、线速度、向心加速度及圆周运动中物体受力与运动的关系是高考的热点内容。 对平抛运动、圆周运动的考察年年都有。平抛运动、匀速圆周运动还经常与以后所学的电场力、洛伦兹力等知识联系起来进行考察。 一、高考真题探析 　　　　　 (2019 · 全国卷 Ⅱ ， 19)( 多选 ) 如图 (a) ，在跳台滑雪比赛中，运动员在空中滑翔时身体的姿态会影响其下落的速度和滑翔的距离。某运动员先后两次从同一跳台起跳，每次都从离开跳台开始计时，用 v 表示他在竖直方向的速度，其 v － t 图像如图 (b) 所示， t 1 和 t 2 是他落在倾斜雪道上的时刻。则 ( 　 　 ) BD 　 典 例 图 (a) 图 (b) A ．第二次滑翔过程中在竖直方向上的位移比第一次的小 B ．第二次滑翔过程中在水平方向上的位移比第一次的大 C ．第二次滑翔过程中在竖直方向上的平均加速度比第一次的大 D ．竖直方向速度大小为 v 1 时，第二次滑翔在竖直方向上所受阻力比第一次的大 解题指导： 对于以图像形式给出的试题，首先要结合图像的特殊点、斜率、面积等的物理意义，获取有价值的解题信息，然后利用相关物理规律分析解答。 BD 　 A 　 3 ． (2019 · 北京理综， 21) 用如图 1 所示装置研究平抛运动。将白纸和复写纸对齐重叠并固定在竖直的硬板上。钢球沿斜槽轨道 PQ 滑下后从 Q 点飞出，落在水平挡板 MN 上。由于挡板靠近硬板一侧较低，钢球落在挡板上时，钢球侧面会在白纸上挤压出一个痕迹点。移动挡板，重新释放钢球，如此重复，白纸上将留下一系列痕迹点。 (1) 下列实验条件必须满足的有 _______ 。 A ．斜槽轨道光滑 B ．斜槽轨道末段水平 C ．挡板高度等间距变化 D ．每次从斜槽上相同的位置无初速度释放钢球 图 1 BD 　 (2) 为定量研究，建立以水平方向为 x 轴、竖直方向为 y 轴的坐标系。 a ．取平抛运动的起始点为坐标原点，将钢球静置于 Q 点，钢球的 ________ ( 选填 “ 最上端 ”“ 最下端 ” 或者 “ 球心 ” ) 对应白纸上的位置即为原点；在确定 y 轴时 ________( 选填 “ 需要 ” 或者 “ 不需要 ” ) y 轴与重垂线平行。 球心　 需要　 图 2 大于　 解析： (1) 实验中没必要要求斜槽轨道光滑，因为本实验是研究平抛运动，只需要每次实验都能保证小球做相同的平抛运动，即每次实验都要保证小球初速度水平且相同，因此选项 A 错误，选项 B 、 D 正确。挡板高度可以不等间距变化，故选项 C 错误。 (2)a. 因为钢球侧面在白纸上挤压出的痕迹点与球心等高，故将钢球静置于 Q 点，钢球的球心对应白纸上的位置即为坐标原点 ( 平抛运动的起始点 ) ；在确定 y 轴时需要 y 轴与重垂线平行。