全国通用版2022年高考物理专题复习专题4曲线运动课件

专题四曲线运动

考情解读课标要求1.通过实验,了解曲线运动,知道物体做曲线运动的条件.2.通过实验,探究并认识平抛运动的规律.会用运动合成与分解的方法分析平抛运动.体会将复杂运动分解为简单运动的物理思想.能分析生产生活中的抛体运动.3.会用线速度、角速度、周期描述匀速圆周运动.知道匀速圆周运动向心加速度的大小和方向.通过实验,探究并了解匀速圆周运动向心力大小与半径、角速度、质量的关系.能用牛顿第二定律分析匀速圆周运动的向心力.了解生产生活中的离心现象及其产生的原因.

考情解读命题探究1.命题分析:主要考查运动的合成与分解方法的应用,平抛运动和圆周运动的规律及其应用.2.趋势分析:以本专题为背景命制的题目常常涉及临界、极值、数形结合等问题,题型有选择题和计算题.近几年高考特别注重联系生产、生活及科技实际的命题.

考情解读核心素养聚焦物理观念:1.理解物体做曲线运动的条件,理解向心力、向心加速度等概念;2.掌握平抛运动、圆周运动的相关规律;3.会用运动与相互作用知识分析曲线运动问题.科学思维:1.会用运动的合成与分解方法分析平抛运动,会用牛顿第二定律分析圆周运动;2.体会将复杂运动转化为简单运动的思想方法,认识其物理模型特征.

考情解读科学探究:通过实验研究平抛运动、匀速圆周运动的规律.科学态度与责任:联系生活中的曲线运动模型,让学生掌握生活中的物理应用,激发学生的学习兴趣.

考情解读核心考点考题取样考法考向1.曲线运动问题的分析与求解2018北京,T20

2016全国Ⅰ,T18运动的合成与分解方法的应用曲线运动的条件、运动的合成与分解2.抛体运动问题的分析与求解2020江苏,T8

2020浙江1月选考,T52020天津,T9A、B两小球平抛运动规律的应用与斜面相关的平抛运动问题的分析与求解考查研究平抛运动特点的实验问题

考情解读核心考点考题取样考法考向3.圆周运动问题的分析与求解2020全国Ⅰ,T16

2020江苏,T15

2019江苏,T6圆周运动中向心力的分析与计算重物牵引长绳绕鼓形轮转动的综合计算题与摩天轮相关的圆周运动问题分析与求解

考点1曲线运动问题的分析与求解

考点

必备知识通关1.曲线运动的条件和特点

涉及内容运动条件质点所受合力的方向跟它的速度方向不在同一直线上.运动特点(1)质点在某点的瞬时速度的方向沿这一点的切线方向;(2)速度方向时刻在改变,所以是变速运动,一定具有加速度,合力一定不为零,合力可能是恒力,也可能是变力;(3)合外力方向始终指向运动轨迹的“凹侧”.

考点

必备知识通关2.运动的合成与分解(1)遵循法则:描述运动的物理量(如位移x、速度v、加速度a)都是矢量,故它们的合成与分解都遵循矢量运算法则——平行四边形定则(或三角形定则).(2)合运动与分运动的关系

考点

必备知识通关独立性一个物体同时参与几个分运动,各分运动的规律相互独立,作用效果互不干扰.等时性一个物体同时参与几个分运动,合运动与各分运动同时发生、同时进行、同时停止,即经历的时间相同.等效性合运动与各分运动的总运动效果可以相互替代.

考点

必备知识通关

考法

解题能力提升考法1曲线运动中力与运动关系分析示例1

[曲线运动特征判断][2016全国Ⅰ,18,6分,多选]一质点做匀速直线运动.现对其施加一恒力,且原来作用在质点上的力不发生改变,则A.质点速度的方向总是与该恒力的方向相同B.质点速度的方向不可能总是与该恒力的方向垂直C.质点加速度的方向总是与该恒力的方向相同D.质点单位时间内速率的变化量总是不变

考法

解题能力提升易错警示：对于选择题选项中的“总是”“一定”“可能”“不可能”要慎重考虑.对于“总是”“一定”的表述,我们只要找出一个反例,就可否定此选项;对于“不可能”选项,只要找出一个可能的例子,就可否定此选项;对于“可能”选项,只要找出一个可能的例子,就可肯定此选项.

考法

解题能力提升

考法

解题能力提升示例2[曲线运动轨迹分析]如图所示,一质点在一恒力F作用下做曲线运动,从M点运动到N点时,质点的速度方向恰好改变了90°.在此过程中,质点的动能A.不断增大

B.不断减小C.先减小后增大

D.先增大后减小

考法

解题能力提升思维导引：向上运动速度减为零,说明恒力有向下的分力;水平方向速度增加vN,说明有向右的水平分力.解析：质点受恒力F作用,在M点时的速度方向竖直向上,在N点时速度方向水平向右,所以F的方向斜向右下,与初速度方向的夹角为钝角,因此恒力F先做负功.恒力与速度方向的夹角不断减小,当夹角为锐角时,恒力做正功.因此质点动能先减小后增大,C正确.

考法

解题能力提升考法2运动的合成与分解问题分析

考法

解题能力提升思维节点必须明确其实际运动为合运动,实际速度为合速度.解析：将人的运动(速度v)分解为沿绳方向的分运动(分速度v1)和与绳垂直方向的分运动(分速度v2),如图所示.船的速率等于沿绳方向的分速度v1=vcosα的大小,C正确.

考法

解题能力提升方法解读

对实际运动的分解方法1.分析实际运动产生的影响或效果有哪些,从而明确实际运动同时参与了哪几个运动.明确实际运动一定是合运动.2.要明确各个分运动各自独立,互不影响,其位移、速度和加速度遵循各自的规律,都遵循平行四边形定则.3.区别力和运动的合成与分解,切忌按力的合成与分解思维处理运动的合成与分解问题.

考法

解题能力提升模型分析小船渡河模型小船渡河时,实际上参与了两个方向的分运动,即随水流的运动(水冲船的运动)和船相对水的运动(船在静水中的运动,运动方向为船头的方向),船的实际运动是合运动.

考法

解题能力提升情况图示说明渡河时间最短

考法

解题能力提升情况图示说明渡河位移最短当v水<v船时,如果满足v水-v船·cos

θ=0,合速度垂直河岸,则渡河位移最短(等于河宽d).

考法

解题能力提升情况图示说明渡河位移最短

考法

解题能力提升情况图示说明渡河船速最小在水流速度v水和船的航行方向(即v合方向)一定的前提下,当船头方向(即v船方向)与合速度方向垂直时,有满足条件的最小船速,即v船min=v水sin

θ.

高分帮模型构建1绳、杆关联运动

高分帮3.常见模型如图

高分帮

高分帮

高分帮模型构建2实际运动的合成与分解运动的合成与分解是处理复杂运动的基本思想和方法,对于复杂运动(合运动)可分解为两个简单的直线运动(分运动),运用已经掌握的直线运动规律分别进行研究.运动的合成与分解的基本法则是平行四边形定则.具体求解问题时,还必须注意对实际运动的分解,要按照实际运动的效果进行,特别是对实际运动模型分析.

高分帮示例5[2018江苏,3,3分]某弹射管每次弹出的小球速度相等.在沿光滑竖直轨道自由下落过程中,该弹射管保持水平,先后弹出两只小球.忽略空气阻力,两只小球落到水平地面的

A.时刻相同,地点相同 B.时刻相同,地点不同C.时刻不同,地点相同 D.时刻不同,地点不同

高分帮模型构建：求解本题应先建立正确的物理模型,弹射管做自由落体运动,小球的竖直分速度一直与弹射管的速度相同,水平分速度不变.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,两只小球被弹出后在空中运动的时间不同,故运动的水平位移不同,落地点不同,选项B正确.

考点2抛体运动问题的分析与求解

考点

必备知识通关1.平抛运动的基本规律运动图示v0:初速度x:水平位移y:竖直位移s:合位移vx:水平速度vy:竖直速度θ:速度偏向角α:位移偏向角

考点

必备知识通关水平方向vx=v0,x=v0t竖直方向合速度大小方向合位移大小方向轨迹方程

考点

必备知识通关2.平抛运动的特点(1)水平方向分速度保持vx=v0;竖直方向加速度恒为g,速度vy=gt.从抛出点起,每隔Δt时间的速度的矢量关系如图所示,这一矢量关系有两个特点:①任意时刻的速度的水平分量均等于初速度v0;②任意相等时间间隔Δt内的速度改变量均竖直向下,且Δv=Δvy=gΔt.

考点

必备知识通关(2)在连续相等时间间隔Δt内,竖直方向上的位移与水平方向上的位移变化规律:①在连续相等的时间间隔内,水平方向的位移Ox1=x1x2=x2x3=…,即水平位移不变;②在连续相等的时间间隔内,竖直方向上的位移分别为Oy1、y1y2、y2y3、…,据Δy=aT2知,竖直方向上有Δy=g(Δt)2,即竖直位移差不变.3.两条有用的推论

考点

必备知识通关图示推论证明(1)做平抛运动的物体在时间t内的速度偏转角为θ,位移偏转角为φ,则tanθ=2tanφ.

考点

必备知识通关

考点

必备知识通关

考点

必备知识通关

考点

必备知识通关

考法

解题能力提升考法1平抛运动规律的灵活应用示例1如图所示,将一篮球从地面上方B点斜向上抛出,刚好垂直击中篮板上A点,不计空气阻力,若抛射点B向篮板方向水平移动一小段距离,仍使抛出的篮球垂直击中A点,则可行的方法是A.增大抛射速度v0,同时减小抛射角θB.减小抛射速度v0,同时减小抛射角θC.增大抛射角θ,同时减小抛出速度v0D.增大抛射角θ,同时增大抛出速度v0

考法

解题能力提升

考法

解题能力提升解法2：本题中的运动逆向来看,其运动实际为平抛运动.由于高度相同,即t相同,而x=vxt减小,故vx减小,又因vx=v0cosθ,vy=v0sinθ,vy不变,故θ增大,cosθ减小,sinθ增大,v0减小,所以容易判断选项C正确.

考法

解题能力提升示例2

[2015新课标全国Ⅰ,18,6分]一带有乒乓球发射机的乒乓球台如图所示.水平台面的长和宽分别为L1和L2,中间球网高度为h,发射机安装于台面左侧边缘的中点,能以不同速率向右侧不同方向水平发射乒乓球,发射点距台面高度为3h.不计空气的作用,重力加速度大小为g,若乒乓球的发射速率v在某范围内,通过选择合适的方向,就能使乒乓球落到球网右侧台面上,则v的最大取值范围是考法2平抛运动的临界问题

考法

解题能力提升

考法

解题能力提升

考法

解题能力提升

考法

解题能力提升这样既可以使抽象的物理情境变得直观,也可以使隐藏于问题深处的条件显露无遗.情境连接：平抛运动与日常生活联系紧密,如排球(或网球)运动、飞镖、射击、飞机投弹等模型.这些模型经常受到边界条件的制约,如排(网)球是否触网或越界、飞镖是否能击中靶心、飞机投弹是否能命中目标等.解决此类问题的重点在于结合实际模型,对题意进行分析,提炼出关于临界条件的关键信息,通常问题的临界条件为位置关系的限制或速度关系的限制,列出竖直方向与水平方向的运动方程,将临界条件代入求解.

考法

解题能力提升体育运动中许多运动都可简化为平抛运动的模型,在分析此类问题时一定要注意从实际出发寻找一些临界点,画出物体运动的草图,找出临界条件,并由此分析出临界条件所对应的运动特征,进而列出符合临界条件的物理方程,并恰当地运用数学知识求解临界与极值问题.

考法

解题能力提升

考法

解题能力提升考法3实验:探究平抛运动的特点示例3[2019浙江4月选考,17,5分]采用如图1所示的实验装置做“研究平抛运动”的实验.(1)实验时需要下列哪个器材

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A.弹簧秤

B.重垂线C.打点计时器(2)[多选]做实验时,让小球多次沿同一轨道运动,通过描点法画出小球平抛运动的轨迹.下列的一些操作要求,正确的是

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A.每次必须由同一位置静止释放小球

考法

解题能力提升

考法

解题能力提升

考法

解题能力提升关键能力：

1.掌握实验原理和实验方法,知道平抛运动的轨迹是抛物线.2.能根据平抛运动规律,运用平抛运动轨迹求初速度.3.能对实验数据进行处理,分析和判断引起实验误差的因素,并提出减小误差的方法.4.能对实验原理和方法进行迁移与拓展,设计新的探究实验.

考法

解题能力提升示例4如图,在水平地面上固定一倾角θ=37°的长斜面体,物体A以v1=8m/s的初速度沿斜面上滑,同时在A的正上方,有一物体B以某一初速度水平抛出.A上滑过程中速度减小,当速度减为零时恰好被B击中.已知A与斜面体间的动摩擦因数为0.25,取g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8,A、B均可看成质点.求:(1)物体A上滑过程所用的时间t;(2)物体B抛出时的初速度大小v2;(3)物体A、B初始位置间的高度差h.考法4多体平抛运动问题

考法

解题能力提升思维导引：(1)同时开始运动,击中前,两物体的运动时间t相等,由于A的受力情况已知,可求出其加速度大小a,结合速度公式再求出t;(2)击中时,两物体的水平位移相等,竖直位移大小之和为h.解析：(1)物体A上滑过程中,由牛顿第二定律得mgsinθ+μmgcosθ=ma解得物体A的加速度大小a=8m/s2又物体A速度减为零时有0=v1-at解得t=1s.

考法

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考法

解题能力提升

考法

解题能力提升知识拓展平抛运动中的相遇问题按照物理情境和考查层面可分为以下类型:两个相向平抛运动的相遇问题、两个同向平抛运动的相遇问题、平抛运动与自由落体运动的相遇问题、平抛运动与竖直上抛运动的相遇问题、平抛运动与圆周运动的相遇问题、平抛运动与水平直线运动的相遇问题(飞机投弹)、平抛运动与斜面上或曲面上运动的相遇问题等.1.若两小球同时从同一高度(或同一点)抛出,则两小球始终在同一高度,二者间距只取决于两小球的水平分运动.2.若两小球同时从不同高度抛出,则两小球的高度差始终与抛出点的高度

考法

解题能力提升差相同,二者间距由两小球的水平分运动和竖直高度差决定.3.若两小球从同一点先后抛出,两小球的竖直高度差随时间均匀增大,二者间距取决于两小球的水平分运动和竖直分运动.4.两条平抛运动轨迹的相交处是两小球的可能相遇处,两小球要在此处相遇,必须同时到达此处.解决这类问题要注意从时间关系和空间关系(相遇时二者同时到达同一位置)寻找突破点,对于平抛运动应用分解的思想处理,即沿x轴方向(水平方向)、y轴方向(竖直方向)分别列位移方程和时间方程,同时注意其他运动的特征,如圆周运动的周期性、直线运动的折返等,这些可能会造成多解问题.

考法

解题能力提升

考法

解题能力提升

高分帮重难突破平抛运动与界面约束问题求解做平抛运动的物体经常受到一些特定界面的约束,常见类型有:竖直面、斜面、圆弧面、抛物面等.解决这类问题的关键是要把特定界面的几何关系或函数方程与平抛运动规律结合.题型1平抛运动与斜面结合1.斜面上的平抛运动常见的两种模型

高分帮模型垂直打到斜面再次落到斜面内容斜面总结分解速度,构建速度三角形.分解位移,构建位移三角形.

高分帮2.两种特殊状态再次落到斜面模型最重要的状态是物体落回斜面和速度与斜面平行两个时刻的状态,这两个状态典型的运动特征如表所示.

高分帮特殊状态运动特征从斜面开始平抛落回斜面的时刻速度与斜面平行的时刻

高分帮示例5

[迎着斜面的平抛运动][多选]如图所示,轰炸机沿水平方向匀速飞行,到达山坡底端正上方时释放一颗炸弹,并垂直击中山坡上的目标A.已知A点高度为h,山坡倾角为θ,由此可算出A.轰炸机的飞行高度B.轰炸机的飞行速度C.炸弹的飞行时间

D.炸弹投出时的动能

高分帮

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高分帮难点突破

对于平抛运动与曲面相结合的问题:1.当物体做平抛运动的落点在曲面上时,需建立位移方向与水平方向的夹角在曲面上的几何关系;2.当物体做平抛运动的落点速度与曲面相切或垂直时,需建立速度方向与水平方向的夹角在曲面上的几何关系;3.若需要确定物体做平抛运动在曲面上的落点位置,则需通过平抛轨迹方程与有关曲线方程求解..

高分帮题型3平抛运动与竖直面结合示例8[2016浙江,23,16分]在真空环境内探测微粒在重力场中能量的简化装置如图所示.P是一个微粒源,能持续水平向右发射质量相同、初速度不同的微粒.高度为h的探测屏AB竖直放置,离P点的水平距离为L,上端A与P点的高度差也为h.(1)若微粒打在探测屏AB的中点,求微粒在空中飞行的时间;.

高分帮

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高分帮

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高分帮感悟反思

对于平抛运动与竖直屏或竖直面结合的问题,解题的思路依然是根据平抛运动规律,重点分析竖直屏或竖直面对平抛运动的约束条件.如果涉及临界或取值范围等问题,就需要通过分解速度或者分解位移,分析确定满足题意的临界条件.

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考点3圆周运动问题的分析与求解

考点

必备知识通关1.描述匀速圆周运动的物理量物理量定义公式及单位线速度(v)做圆周运动的物体通过的弧长与所用时间的比值,方向沿圆周切线方向.角速度(ω)做圆周运动的物体转过的角度与所用时间的比值.周期(T)物体沿圆周运动一周的时间.频率(f)物体单位时间完成圆周运动的次数.

考点

必备知识通关物理量定义公式及单位转速(n)物体单位时间转过的圈数.n=f(r/s)向心加速度(a)描述线速度方向变化快慢的物理量,方向指向圆心.向心力(F)匀速圆周运动的合力,方向指向圆心.

考点

必备知识通关

考点

必备知识通关(1)变速圆周运动线速度大小、方向均改变.总合力不指向圆心,沿半径方向的合力提供向心力,可用匀速圆周运动的向心力公式计算.(2)离心运动及近心运动做匀速圆周运动的物体,由于速度或受力发生变化,轨道变化,如图所示.若F合=mω2r,物体做匀速圆周运动.若F合>mω2r,物体做近心运动.若F合<mω2r,物体做离心运动.若F合=0,物体沿切线方向飞出.

考法

解题能力提升考法1圆周运动的参量关系示例1如图所示为自行车的传动装置示意图,已知链轮的半径r1=10cm,飞轮的半径r2=5cm,后轮的半径r3=30cm,A、B、C(图中未画出)分别为链轮、飞轮和后轮边缘上的点.若脚蹬匀速转动一圈所需要的时间为1s,则在自行车匀速前进的过程中下列说法正确的是A.链轮、飞轮和后轮的角速度大小之比为2∶1∶1B.A、B、C三点的线速度大小之比为2∶1∶6C.A、B、C三点的向心加速度大小之比为1∶2∶6D.自行车前进的速度大小约为13.6km/h

考法

解题能力提升思维节点：求解问题的关键是明确该问题是共轴转动(角速度相等),还是皮带转动(线速度相等).

考法

解题能力提升

考法

解题能力提升归纳总结三种传动方式及其特点传动类型图示结论共轴传动

考法

解题能力提升传动类型图示结论皮带(链条)传动齿轮传动

考法

解题能力提升示例2[重庆高考]如图所示,半径为R的半球形陶罐,固定在可以绕竖直轴旋转的水平转台上,转台转轴与过陶罐球心O的对称轴OO'重合.转台以一定角速度ω匀速旋转,一质量为m的小物块落入陶罐内,经过一段时间后,小物块随陶罐一起转动且相对罐壁静止,它和O点的连线与OO'之间的夹角θ为60°.重力加速度大小为g.考法2圆周运动的动力学问题分析

考法

解题能力提升(1)若ω=ω0,小物块受到的摩擦力恰好为零,求ω0;(2)若ω=(1±k)ω0,且0<k≪1,求小物块受到的摩擦力大小和方向.思维导引：根据题给条件分析受力,特别是静摩擦力的确定以及向心力来源分析,列动力学方程时注意圆心和半径的确定.

考法

解题能力提升

考