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- 2021-05-25 发布
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专题三 力与物体的曲线运动 学案
一. 典例精析
a
b
c
d
题型1.(传送带问题)如图所示装置中,三个轮的半径分别为r、2r、4r,b点到圆心的距离为r,求图中a、b、c、d各点的线速度之比、角速度之比、加速度之比。
解析:va= vc,而vb∶vc∶vd =1∶2∶4,所以va∶ vb∶vc∶vd =2∶1∶2∶4;ωa∶ωb=2∶1,而ωb=ωc=ωd ,所以ωa∶ωb∶ωc∶ωd =2∶1∶1∶1;再利用a=vω,可得aa∶ab∶ac∶ad=4∶1∶2∶4
题型2.(运动的合成与分解问题)若河水的流速大小与水到河岸的距离有关,河中心水的流速最大,河岸边缘处水的流速最小。现假设河的宽度为120m,河中心水的流速大小为4m/s,船在静水中的速度大小为3m/s,要使般以最短时间渡河,则 ( )
A.船渡河的最短时间是24s
B.在行驶过程中,船头始终与河岸垂直
C.船在河水中航行的轨迹是一条直线
D.般在河水中的最大速度为5m/s
解析:根据分运动具有独立性和等时性可知,当船头与河岸垂直过河时,时间t最短,t=120/3=40s,A错,B对;船速是恒定的,但是水流速度与水到河岸的距离有关,合速度的大www.zxxk.com小和方向都在不断变化,轨迹为曲线,C错;船在河水中的速度是指合运动的速度最大,D正确。
P
A
B
C
题型3. (平抛(或类平抛)运动问题)如图所示,AB为竖直墙壁,A点和P点在同一水平面上。空间存 在着竖直方向的匀强电场。将一带电小球从P点以速度向A抛出,结果打在墙上的C处。若撤去电场,将小球从P点以初速向A抛出,也正好打在墙上的C点。求:
(1)第一次抛出后小球所受电场力和重力之比
(2)小球两次到达C点时速度之比
解析:(1)设AC=h、电场力为FQ,根据牛顿第二定律得:FQ+mg=ma①www.zxxk.com
第一次抛出时,h= ② (1分 )
第二次抛出时,h= ③ (1分 )
由②、③两式得a=4g ④ (1分 )
所以,FQ:G=3:1 ⑤ (1分 )
(2)第一次抛出打在C点的竖直分速度y1=a()⑥ (1分 )
第二次抛出打在C点的竖直分速度y2=g()⑦ (1分 ) www.zxxk.com
第一次抛出打在C点的速度1=⑧ (1分 )
第二次抛出打在C点的速度2=⑨ (1分 )
所以,1:2=2:1⑩ (1分 )
题型4.(竖直平面内的圆周运动问题)如图15所示,质量为 m、电量为+q的带电小球固定于一不可伸长的绝缘细线一端,绳的另一端固定于O点,绳长为,O点有一电荷量为+Q(Q>>q)的点电荷P,现加一个水平和右的匀强电场,小球静止于与竖直方向成 θ=300角的A点。求:
(1)小球静止在A点处绳子受到的拉力;
(2) 外加电场大小;
(3)将小球拉起至与O点等高的B点后无初速释放,则小球经过最低点C时,绳受到的拉力www.zxxk.com
解析:(1)带电粒子A处于平衡,其受力如图,其中F为两点电荷间的库仑力,T为绳子拉力,E0为外加电场,则
Tcosθ-mg-Fcosθs=0 (2分)[ :学+ + ]
Fsinθ+qE0-Tsinθ=0 (2分)
(2分)
联立式解得:有 (2分)
(2分)
(2)小球从B运动到C的过程中,q与Q间的库仑力不做功,由动能定理得www.zxxk.com
(2分)
在C点时: (2分)
联立、、解得: (2分)
题型5.(万有引力定律及应用)图示是我国的“探月工程”向月球发射一颗绕月探测卫星“嫦www.zxxk.com娥一号”过程简图.“嫦娥一号”进入月球轨道后,在距离月球表面高为h的轨道上绕月球做匀速圆周运动.
(1)若已知月球半径为R月,月球表面的重力加速度为g月,则“嫦娥一号”环绕月球运行的周期为多少?www.zxxk.com
(2)若已知R月=R地,g月=g地,则近月卫星的运行速度约为近地卫星运行速度的多少倍?
中段轨道修正误差
发
射
进入奔月轨道
进入月球轨道
制动开始
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解析:(1)设“嫦娥一号”环绕月球运行的周期是T,根据牛顿第二定律得
G= mg月 (2分)
G= m(R月+h)(2分)
解得T=(2分)www.zxxk.com
(2)对于靠近天体表面的行星或卫星有mg=,v=(2分)
由v=知,=(1分)www.zxxk.com
将R月=R地,g月=g地代入计算,可知(≈0.2)(2分)
即近月卫星的运行速度约为近地卫星运行速度的(0.2)倍.www.zxxk.com
规律总结:在利用万有引力定律解决天体运动的有关问题是,通常把天体运动看成匀速圆周运动,其需要的向心力就是天体之间相互作用的万有引力提供。
即
题型6.(人造卫星)假如一做圆周运动的人造地球卫星的轨道半径增大到原来的2倍,仍做圆周运动,则( CD )
A.根据公式v=ωr,可知卫星运动的线速度增大到原来的2倍。
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D.根据上述选项B和C给出的公式,可知卫星运动的线速度将减
www.zxxk.com题型7(临界问题)如图所示,用细绳一端系着的质量为M=0.6 g的物体A静止在水平转盘上,细绳另一端通过转盘中心的光滑小孔O吊着质量为m=0.3 g的小球B,A的重心到O点的距离为0.2m.若A与转盘间的最大静摩擦力为f=2N,为使小球B保持静止,求转盘绕中心O旋转的角速度ω的取值范围.(取g=10m/s2)
解析:要使B静止,A必须相对于转盘静止——具有与转盘相同的角速度.A需要的向心力由绳拉力和静摩擦力合成.角速度取最大值时,A有离心趋势,静摩擦力指向圆心O;角速度取最小值时,A有向心运动的趋势,静摩擦力背离圆心O.
对于B,T=mg
对于A,
rad/s rad/s
所以 2.9 rad/s rad/s
题型8.(平抛运动+运动的分解+功能关系或牛顿运动定律)倾斜雪道的长为25 m,顶端高为15 m,下端经过一小段圆弧过渡后与很长的水平雪道相接,如图所示。一滑雪运动员在倾斜雪道的顶端以水平速度v0=8 m/s飞出,在落到倾斜雪道上时,运动员靠改变姿势进行缓冲使自己只保留沿斜面的分速度而不弹起。除缓冲外运动员可视为质点,过渡轨道光滑,其长度可忽略。设滑雪板与雪道的动摩擦因数μ=0.2,求运动员在水平雪道上滑行的距离(取g=10 m/s2)www.ks5u.com
解:如图选坐标,斜面的方程为:
(1分)
运动员飞出后做平抛运动
(1分)www.zxxk.com
(1分)
联立三式,得飞行时间: t=1.2 s (1分)
落点的x坐标:x1=v0t=9.6 m
落点离斜面顶端的距离: (1分)
落点距地面的高度: (1分)
接触斜面前的x分速度: www.zxxk.com
y分速度: [ :学 X X ]
沿斜面的速度大小为: (2分)
设运动员在水平雪道上运动的距离为s2,由功能关系得:
(2分)
解得:s2=74.8 m (2分)
(用牛顿运动定律解得s2=74.8 m,同样给分)
题型9.(曲线运动的综合问题) 在大风的情况下,一小球自A点竖直向上抛出,其运动的轨迹如图11所示(小球的运动可看作竖直方向的竖直上抛运动和水平方向的初速YC为零的匀加速直线运动的合运动)。小球运动www.zxxk.com的轨迹上A、B两点在同一水平线上,M点为轨迹的最高点。若风力的大小恒定、方向水平向www.zxxk.com右,小球抛出时的动能为4J,在M点时它的动能为2J,不计其他的阻力。求:
(1)小球的水平位移S1与S2的比值。
(2)小球所受风力F与重力G的比值。(结果可用根式表示)www.zxxk.com
(3)小球落回到B点时的动能E B-
点拨:平抛(或类平抛问题)
(1)小球在竖直方向上做竖直上抛运动,故从A点至M点和从M点至B点的时间t相等,小球在水平方向上做初速为零的匀加速运动,设加速度为a,则
所以
(2)小球从A点至M点,水平方向据动量定理F·t=mvM-0 www.zxxk.com
竖直方向据动量定理 -Gt=0-mvA
另据题意 ,联立式解得
(3)小球在水平方向上
动能
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题型10. 如图所示,半径R=0.80m的光滑圆弧轨道竖直固定,过最低点的半径OC处于竖直位置.其www.zxxk.com右方有底面半径r=0.2m的转筒,转筒顶端与C等高,下部有一小孔,距顶端h=0.8m.转筒的轴线与圆弧轨道在同一竖直平面内,开始时小孔也在这一平面内的图示位置.今让一质量m=0.1 g的小物块自A点由静止开始下落后打在圆弧轨道上的B点,但未反弹,在瞬问碰撞过www.zxxk.com程中,小物块沿半径方向的分速度立刻减为O,而沿切线方向的分速度不变.此后,小物块沿www.zxxk.com圆弧轨道滑下,到达C点时触动光电装置,使转简立刻以某一角速度匀速转动起来,且小物块最终正好进入小孔.已知A、B到圆心O的距离均为R,与水平方向的夹角均为θ=30°,不计空气阻力,g取l0m/s2.求:
(1)小物块到达C点时对轨道的压力大小 FC;
(2)转筒轴线距C点的距离L;
(3)转筒转动的角速度ω.
点拨:多物体多运动组合问题
(1)由题意可知,ABO为等边三角形,则AB间距离为R,小物块从A到B做自由落体运动,根据运动学公式有 (2分)
(2分)
从B到C,只有重力做功,据机械能守恒定律有www.zxxk.com
(2分)
在C点,根据牛顿第二定律有 (2分)
代入数据解得 (1分)
据牛顿第三定律可知小物块到达C点时对轨道的压力FC=3.5N(1分)www.zxxk.com
(2)滑块从C点到进入小孔的时间:(1分)
(1分)
(1分)www.zxxk.com
(3)在小球平抛的时间内,圆桶必须恰好转整数转,小球才能钻入小孔;
即……) (2分)
……) (2分)
专题训练
1.关于力和运动,下列说法中正确的是 ( )
A.物体在恒力作用下有可能做曲线运动
B.物体在变力作用下有可能做直线运动
C.物体只有在变力作用下才可能做曲线运动
D.物体在恒力或变力作用下都有可能做曲线运动
2.一质点在某段时间内做曲线运动,则在这段时间内 ( )
A.速度一定在不断地改变,加速度也一定不断地改变
B.速度一定在不断地改变,加速度可以不变
C.速度可以不变,加速度一定不断地改变
D.速度可以不变,加速度也可以不变
3.关于两个互成角度(,)的初速度不为零的匀变速直线运动的合运动,下列说法正确的是( )
A.一定是直线运动
B.一定是曲线运动
C.可能是直线运动,也可能是曲线运动
D.一定是匀变速运动
4.一架飞机水平匀速飞行,从飞机上每隔2s释放一个铁球,先后共释放5个,如果不计空气阻力,则5个球 ( )
A.在空中任何时刻总是排成抛物线,它们的落地点是不等间距的
B.在空中任何时刻总是排成抛物线,它们的落地点是等间距的
C.在空中任何时刻总在飞机下方排成竖直的直线,它们的落地点是不等间距的
D.在空中任何时刻总在飞机下方排成竖直的直线,它们的落地点是等间距的
5.如图所示,在水平地面上的A点以v1速度跟地面成θ角射出一弹丸,恰好以v2的速度垂直穿入竖直壁上的小孔B,下面说法正确的是( )
A.在B点以跟v2大小相等的速度,跟v2方向相反射出弹丸,它必定落在地面上的A点
B.在B点以跟v1大小相等的速度,跟v2方向相反射出弹丸,它必定落在地面上的A点
C.在B点以跟v1大小相等的速度,跟v2方向相反射出弹丸,它必定落在地面上A点的左侧
D.在B点以跟v1大小相等的速度,跟v2方向相反射出弹丸,它必定落在地面上且点的右侧
6.如图,在不计滑轮摩擦和绳子质量的条件下,当小车匀速向右运动时,物体A的受力情况是 ( )[ : xx ]
A.绳的拉力大于A的重力
B.绳的拉力等于A的重力
C.绳的拉力小于A的重力
D.拉力先大于重力,后变为小于重力
7.如图,船从A处开出后沿直线AB到达对岸,若AB与河岸成37°角,水流速度为4m/s,则船从A点开出的最小速度为 ( )
A. 2m/s B.2.4m/s C.3m/s D.3.5m/s
8.如图所示,斜面倾角为37º,从斜面的P点分别以2v0和v0的速度平抛A、B两个小球,不计空气阻力,设小球落在斜坡和水平地面上均不发生反弹,则A、B两球的水平射程的比值可以是( )
A.1 B.2
C.3 D.4
[ :学。 。 。X。X。 ]
9.某人站在电动扶梯上不动,经时间t1由一楼升到二楼。如果自动扶梯不动,人从一楼走到二楼的时间为t2。现在扶梯正常运行,人也保持原来的速率沿扶梯向上走,则人从一楼到二楼的时间是( )
A. B. C. D.
10.斜面上有P、R、S、T四个点,如图所示,PR=RS=ST,从P点正上方的Q点以速度v水平抛出一个物体,物体落于R点,若从Q点以速度2v水平抛出一个物体,不计空气阻力,则物体落在斜面上的 ( )
A.R与S间的某一点 B.S点
C.S与T间某一点 D.T点
11. 2007年10月24日,我国发射了第一颗探月卫星——“嫦娥一号” ,使“嫦娥奔月”这一古老的神话变成了现实。嫦娥一号发射后先绕地球做圆周运动,经多次变轨,最终进入距月面h=200 www.zxxk.com公里的圆形工作轨道,开始进行 学探测活动.设月球半径为R,月球表面的重力加速度为g,万有引力常量为G,则下列说法正确的是( )
A.嫦娥一号绕月球运行的周期为
B.由题目条件可知月球的平均密度为
C.嫦娥一号在工作轨道上的绕行速度为
D.在嫦娥一号的工作轨道处的重力加速度为
12.某种变速自行车有六个飞轮和三个链轮,链轮和飞轮的齿数如下表所示,前后轮直径为660mm,人骑该车行进速度为5m/s,脚踩踏板做匀速圆周运动的最大角速度约为( )
A.7.6 rad/s B.15.2rad/s
C.24.2rad/s D.48.5rad/s
名称
链轮
飞轮
齿数N/个
48
38
28
15
16
18
21
24
28
13、若两颗人造卫星A和B绕地球做匀速圆周运动,周期之比为TA:TB=1:8,则两颗人造卫星的轨道半径之比 和运动速率之比 。
14、月球质量是地球质量的1/81,月球半径是地球半径的1/3.8,人造地球卫星的第一宇宙速度为7.9 m/s。“嫦娥”月球探测器进入月球的近月轨道绕月飞行,在月球表面附近运行时的速度大小为___________ m/s;若在月球上,距月球表面56m高处,有一个质量为20 g的物体自由下落,它落到月球表面的时间为___________ s。
15.一同学做平抛运动实验时,只在白纸上画出与初速平行的Ox轴,忘了画原点和Oy轴,并且他只画出一部分轨迹如图示.如何只用一刻度尺得出小球的初速度v0?(不需测实际数据,只用物理量的符号代表所测量的值)
测量方法是(简要解答) ;
得到初速度 (用测得的物理量的符号表示).
16.va
vb
θ
θ
两根光滑的杆互相垂直地固定在一起。上面分别穿有一个小球。小球a、b间用一细直棒相连如图。当细直棒与竖直杆夹角为θ时,求两小球实际速度之比va∶vb
17.如图所示,一个小球从楼梯顶部以0=2m/s的水平速度抛出,所有的台阶都是高0.2m,宽0.25m,问小球从楼梯顶部抛出后首先撞到哪一级台阶上?
18.如图所示,一高度为h=0.2m的水平面在A点处与一倾角θ=30º的斜面连接,一小球以v0=5m/s的速度在平面上向右运动.求小球从A点运动到地面所需的时间(
平面与斜面均光滑,取g=10m/s2).某同学对此题的解法为:小球沿斜面运动,则由此可求得落地的时间t。问:你同意上述解法吗?若同意,求出所需的时间;若不同意,则说明理由并求出你认为正确的结果.[ :学 ]
19.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m,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:
L
H
C
B
A
h/2
h
(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。
20.在研究平抛物体的运动的实验中,误将记录的抛物线上的某点A当做抛出点而建立如图所示的坐标系,则物体经过A点的实际速度大小为 ,其真正抛出点的坐标为 .
21、如图所示,滑块在恒定外力作用下从水平轨道上的A点由静止出发到B点时撤去外力,又沿竖直面内的光滑半圆形轨道运动,且恰好通过轨道最高点C,滑块脱离半圆形轨道后又刚好落到原出发点A,试求滑块在AB段运动过程中的加速度.
曲线运动答案:
1.ABD 2.B 3.CD 4.D 5.AC 6.A 7.B 8.BCD 9.C
10.A 11、 BD 12、 B 13、1:4;2:1 14 、 1.7,7.9
15.在曲线上取三个点1、2、3,令相邻两点的水平距离相等,测得距离为s,在测得相邻两点的竖直距离y1和y2,v0= 16 ∴va∶vb= tanα∶1
17.第三级台阶 18.不同意。小球平抛t=0.2s
19., 20.m/s;(-20cm,-5cm)
21.解析:设圆周的半径为R,则在C点:
mg=m ①
离开C点,滑块做平抛运动,则2R=gt2/2 ②
vCt=sAB ③ 由B到C过程: mvC2/2+2mgR=mvB2/2 ④
由A到B运动过程: vB2=2asAB ⑤
由①②③④⑤式联立得到: a=5g/4
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