2018-2019學(xué)年高考物理 主題一 曲線運動與萬有引力定律 1.1 拋體運動 1.1.1 什么是拋體運動學(xué)案 粵教版.doc

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1.1.1　什么是拋體運動 學(xué)習(xí)目標(biāo) 核心提煉 1.知道什么是拋體運動。 1個概念——拋體運動 1個規(guī)律——曲線運動的速度方向 2個條件——物體做拋體運動的條件和物體做直線或曲線運動的條件 2.知道曲線運動的速度方向，理解曲線運動的性質(zhì)。 3.知道物體做直線或曲線運動的條件，會確定軌跡彎曲方向與受力方向的關(guān)系。 一、拋體運動 [觀圖助學(xué)] (1)體育比賽中拋出去的鉛球做什么運動？ (2)水平射出的子彈做什么運動？ 1.定義：將物體以一定的初速度向空中拋出，僅在重力作用下物體所做的運動叫做拋體運動。 2.做拋體運動的條件：(1)有一定的初速度；(2)只受重力。 3.運動性質(zhì)：由于物體只受重力作用，拋體的加速度a＝g，故拋體運動是勻變速運動。 [理解概念] 判斷下列說法是否正確。 (1)做拋體運動的物體，只有當(dāng)做直線運動時才為勻變速運動。() (2)物體無論做怎樣的拋體運動，一定做勻變速運動。(√) (3)將物體沿某一傾斜方向拋出時，運動不一定是勻變速運動。() 二、拋體運動的速度方向 [觀圖助學(xué)] 如圖所示，以初速度v0拋出一個物體，物體在空中做曲線運動。 那么曲線運動的速度方向如何確定？你能在曲線上畫出物體經(jīng)過A、B、C、D各點時的速度方向嗎？ 1.速度方向：在曲線運動中，質(zhì)點在某一時刻(或某一位置)的速度方向就是曲線上這點的切線方向。 2.曲線運動的性質(zhì)：曲線運動的速度方向時刻在改變，曲線運動是一種變速運動。 3.曲線運動的分類 勻變速曲線運動：加速度恒定。 非勻變速曲線運動：加速度變化。 [理解概念] 判斷下列說法是否正確。 (1)做拋體運動的物體，速度可能不變。() (2)曲線運動一定是變速運動，但變速運動不一定是曲線運動。(√) (3)物體的速度不斷改變，它一定做曲線運動。() 三、物體做直線或曲線運動的條件 [觀圖助學(xué)] 如圖是連續(xù)攝影滑雪運動員斜拋的運動軌跡，有人說：“運動員一定在變力作用下才做曲線運動，受恒力不可能做曲線運動?！边@種說法對嗎？為什么？ 1.物體做直線運動的條件：物體所受合力(加速度)的方向與速度方向在同一直線上。 2.物體做曲線運動的條件：物體所受合力(加速度)的方向與速度方向不在同一直線上。這包含三個層次的內(nèi)容： (1)初速度不為零； (2)合力不為零； (3)合力與速度方向不共線。 3.曲線運動的軌跡特點 做曲線運動的物體的軌跡與速度方向相切且向合力方向彎曲，而且處在速度方向與合力方向構(gòu)成的夾角之間(如圖所示)，即合力指向曲線的凹側(cè)。 [理解概念] 判斷下列說法是否正確。 (1)物體在恒力作用下不可能做曲線運動。() (2)做曲線運動物體的合力一定是變力。() (3)做曲線運動的物體一定有加速度。(√) (4)做曲線運動的物體的加速度方向可以和速度方向共線。() 　曲線運動的速度方向、拋體運動特點 [觀察探究] (1)如圖1所示，砂輪上打磨下來的熾熱的微粒沿砂輪的切線飛出，其速度方向不斷變化，那么如何確定物體在某一點的速度方向？ 圖1 (2)曲線運動一定是變速運動嗎？ (3)曲線運動可能是勻變速運動嗎？ (4)物體做曲線運動時，加速度可以為零嗎？為什么？ 答案　(1)從題圖可以看出，從砂輪上打磨下來的熾熱微粒沿脫落點的切線方向飛出，所以物體在某一點的速度方向沿曲線在這一點的切線方向。 (2)由于曲線運動的速度方向時刻在變化，不論其速度大小是否變化，其速度一定變化，因此曲線運動一定是變速運動。 (3)曲線運動是否是勻變速運動取決于物體所受的合外力情況。合外力為恒力，物體做勻變速曲線運動；合外力為變力，物體做非勻變速曲線運動。 (4)不可以，物體做曲線運動時，速度不斷變化，所以加速度一定不為零。 [探究歸納] 1.曲線運動的速度方向 做曲線運動的物體的速度方向在其軌跡的各點的切線方向上，物體的速度方向時刻發(fā)生變化。 2.拋體運動的理解 (1)拋體運動特點： ①具有初速度，初速度的方向不確定。 ②只受重力作用。當(dāng)物體所受空氣阻力與重力相比可忽略不計時，拋出物體的運動可視為拋體運動。 (2)拋體運動的軌跡：直線或曲線 ①當(dāng)物體的初速度方向豎直向上或向下時，物體做勻變速直線運動。 ②當(dāng)物體的初速度方向不在豎直方向上時，物體做勻變速曲線運動，并且拋體運動的軌跡總是向下彎曲的。 (3)拋體運動的幾種形式(如圖2所示) 圖2 [試題案例] [例1] (2018臺山高一檢測)如圖3所示是一位跳水隊員在空中完成動作時頭部的運動軌跡，最后運動員以速度v沿豎直方向入水。則在軌跡的a、b、c、d四個位置中，頭部的速度沿豎直方向的是(　　) 圖3 A.a位置 B.b位置 C.c位置 D.d位置 解析　物體做曲線運動，軌跡是曲線，任一點的切線方向為速度方向，由圖可知，c點的速度方向豎直向下，選項C正確。 答案　C 對變速運動的認識誤區(qū) (1)曲線運動是變速運動，速度方向一定變化，但速度大小不一定變化。 (2)曲線運動一定有加速度，但加速度不一定變化(如將物體沿水平方向拋出，其加速度不變)，既可以是勻變速曲線運動，也可以是變加速曲線運動?！　　　　　? [針對訓(xùn)練1] 下列關(guān)于拋體運動的說法正確的是(　　) A.做拋體運動的物體，只有做直線運動時才為勻變速運動 B.做拋體運動的物體，只有做曲線運動時速度才發(fā)生變化 C.物體無論做怎樣的拋體運動，一定做勻變速運動 D.將物體沿某一傾斜方向拋出時，物體不一定是勻變速運動 解析　做拋體運動的物體，由于只受重力作用，加速度恒為重力加速度，因此拋體運動不論軌跡是直線還是曲線，均為勻變速運動，速度一定發(fā)生變化，故A、B、D錯誤，C正確。 答案　C [針對訓(xùn)練2] 如圖4所示，物體沿曲線由a點運動至b點，關(guān)于物體在ab段的運動，下列說法正確的是(　　) 圖4 A.物體的速度可能不變 B.物體的速度不可能均勻變化 C.a點的速度方向由a指向b D.ab段的位移大小一定小于路程 解析　做曲線運動的物體的速度方向時刻改變，即使速度大小不變，速度方向也在不斷發(fā)生變化，故A項錯誤；做曲線運動的物體必定受到力的作用，當(dāng)物體所受到的合力為恒力時，物體的加速度恒定，速度均勻變化，B項錯誤；ɑ點的速度方向沿ɑ點的切線方向，C項錯誤；做曲線運動的物體的位移大小必小于路程，D項正確。 答案　D 　物體做曲線運動的條件 [觀察探究] (1)圖5甲是拋出的石子在空中(不計空氣阻力)劃出的弧線，圖乙是某衛(wèi)星繞地球運行的部分軌跡。請畫出物體在A、B、C、D四點的受力方向和速度方向。 圖5 (2)用一塊磁鐵，如何使小鋼球做以下運動：①加速直線運動；②減速直線運動；③曲線運動。 (3)物體做曲線運動的條件是什么？ 答案　(1)各點受力方向和速度方向如圖所示。 (2)①把磁鐵放置在小鋼球運動方向的正前方；②把磁鐵放置在小鋼球運動方向的正后方；③把磁鐵放置在小鋼球運動方向的某一側(cè)。 (3)所受合力方向與速度方向不共線。 [探究歸納] 1.物體做曲線運動的條件：當(dāng)物體受到的合力的方向與其運動方向不共線時，物體將做曲線運動，與其受到的合力大小是否變化無關(guān)。 2.合外力與運動軌跡的關(guān)系：物體運動時其軌跡總偏向合外力所指的一側(cè)，或者說合外力總指向運動軌跡的凹側(cè)。 [試題案例] [例2] 曲線運動是自然界更為普遍的運動形式，下面關(guān)于曲線運動的一些說法中，正確的是(　　) A.物體只要受到變力的作用，就會做曲線運動 B.物體在方向不變的外力作用下一定會做直線運動 C.物體在方向不斷變化的外力作用下一定會做曲線運動 D.物體在大小不變的外力作用下必做勻變速曲線運動 解析　若力與初速度方向不在一條直線上，物體做曲線運動，A、B錯誤；物體所受的外力方向不斷變化，表明外力不會與速度始終共線，故在該外力作用下物體一定會做曲線運動，C正確；做勻變速曲線運動物體的受力恒定不變，而不光是受力大小不變，D錯誤。 答案　C 物體做曲線運動時，關(guān)于受力(加速度)的“一定”與“不一定” (1)“一定”：物體受到的合外力(加速度)一定不為零。物體所受合外力(加速度)的方向與其速度方向一定不在同一條直線上。 (2)“不一定”：物體受到的合外力(加速度)不一定變化，即物體受到的合外力可以是恒力，也可以是變力。 [針對訓(xùn)練3] 關(guān)于物體做曲線運動的條件，下列說法正確的是(　　) A.物體在恒力作用下不可能做曲線運動 B.物體在變力作用下一定做曲線運動 C.合力的方向與物體速度的方向既不相同、也不相反時，物體一定做曲線運動 D.做曲線運動的物體的加速度方向可以和速度方向共線 解析　物體做曲線運動的條件是合力(加速度)方向與速度方向不在同一條直線上，物體在恒力作用下，可以做曲線運動，例如平拋運動，故A、D錯誤；當(dāng)變力與物體速度方向在同一直線上時，物體做直線運動，故B錯誤；合力的方向與物體速度的方向既不相同、也不相反，即合力與速度不在同一條直線上時，物體做曲線運動，故C正確。 答案　C [針對訓(xùn)練4] (2018茂名高一檢測)光滑平面上一運動質(zhì)點以速度v通過原點O，v與x軸正方向成α角(如圖6所示)，與此同時對質(zhì)點加上沿x軸正方向的恒力Fx和沿y軸正方向的恒力Fy，則(　　) 圖6 A.因為有Fx，質(zhì)點一定做曲線運動 B.如果Fy>Fx，質(zhì)點向y軸一側(cè)做曲線運動 C.質(zhì)點一定做直線運動 D.如果Fx>Fycot α，質(zhì)點向x軸一側(cè)做曲線運動 解析　當(dāng)Fx與Fy的合力F與v共線時質(zhì)點做直線運動，所以A錯誤；因α大小未知，質(zhì)點向x軸、y軸一側(cè)做曲線運動都有可能，故B錯誤；當(dāng)Fx與Fy的合力F與v不共線時做曲線運動，所以C錯誤；當(dāng)Fx>Fycot α?xí)r， F指向v與x之間，因此D正確。 答案　D 軌跡彎曲方向與合外力方向互判 做曲線運動的物體，所受合外力方向不僅與速度方向成一夾角，而且總是指向曲線的“凹”側(cè)，即軌跡總是向合外力所指的方向彎曲，軌跡在合外力與速度的夾角之間。因此物體的運動軌跡與合外力的方向可以粗略的互相判斷。處理這類問題時應(yīng)注意以下幾點： (1)物體的軌跡在速度和合外力夾角之間且與速度相切。 (2)物體的運動軌跡向合外力的方向彎曲。 (3)合外力在垂直于速度方向上的分力改變速度方向，合外力在沿著速度方向上的分力改變速度大小。 【針對練習(xí)】　(2018茂名高一期中檢測)“神舟十一號”在飛行過程中，沿曲線從M點向N點飛行的過程中，速度逐漸減小。在此過程中“神舟十一號”所受合力方向可能是下列圖中的(　　) 解析　做曲線運動的物體的運動軌跡向合力方向彎曲，A、D錯誤；“神舟十一號”速度減小，表明它所受的合力沿切線方向的分力與速度方向相反，故B錯誤，C正確。 答案　C 1.(對拋體運動的理解)下列運動屬于拋體運動的是(　　) A.正在升空的熱氣球的運動 B.沿水平飛行的戰(zhàn)斗機投下的炸彈的運動 C.由靜止開始下落的蘋果的運動 D.正在發(fā)射升空的火箭的運動 解析　正在升空的熱氣球不僅受重力的作用，它還受到不能忽略的浮力的作用，根據(jù)拋體運動的定義，A錯誤；從戰(zhàn)斗機投下的炸彈，具有一定的初速度，并且離開飛機以后只受重力的作用(所受空氣阻力與重力相比可忽略不計)，是拋體運動，B正確；由靜止開始下落的蘋果，其初速度等于零，不符合拋體運動的定義，C錯誤；正在發(fā)射升空的火箭不僅受到重力的作用，還受到一個反沖力(升空動力)的作用，所以D錯誤。 答案　B 2.(對曲線運動的理解)(多選)關(guān)于曲線運動的速度，下列說法正確的是(　　) A.速度的大小與方向都在時刻變化 B.速度的大小不斷發(fā)生變化，速度的方向不一定發(fā)生變化 C.速度的方向不斷發(fā)生變化，速度的大小不一定發(fā)生變化 D.質(zhì)點在某一點的速度方向在曲線的這一點的切線方向上 答案　CD 3.(對曲線運動條件的理解)(多選)質(zhì)量為m的物體，在F1、F2、F3三個共點力的作用下做勻速直線運動，保持F1、F2不變，僅將F3的方向改變90(大小不變)后，物體可能做(　　) A.加速度大小為的勻變速直線運動 B.加速度大小為的勻變速直線運動 C.加速度大小為的勻變速曲線運動 D.勻速直線運動 解析　物體在F1、F2、F3三個共點力作用下做勻速直線運動，必有F3與F1、F2的合力等大反向，當(dāng)F3大小不變，方向改變90時，F(xiàn)1、F2的合力大小仍為F3，方向與改變方向后的F3夾角為90，故F合＝F3，加速度a＝＝。若初速度方向與F合方向共線，則物體做勻變速直線運動；若初速度方向與F合方向不共線，則物體做勻變速曲線運動。綜上所述，選項B、C正確。 答案　BC 4.(對曲線運動的條件的理解)(多選)如圖7所示，一個質(zhì)點沿軌道ABCD運動，圖中畫出了質(zhì)點在各處的速度v和質(zhì)點所受合力F的方向，其中可能正確的是(　　) 圖7 A.A位置 B.B位置 C.C位置 D.D位置 解析　當(dāng)F＝0時，物體將做直線運動，故A錯誤；曲線上某點的速度方向為該點的切線方向，物體彎曲的方向與受力的方向相同，故B、D正確；物體彎曲的方向與受力的方向相同，不能相反，故C錯誤。 答案　BD 合格性檢測 1.曲線運動的位移，下列說法正確的是(　　) A.曲線運動的位移是曲線 B.只要曲線運動不停止，曲線運動的位移就一定越來越大 C.曲線運動的位移不可能是零 D.做曲線運動的質(zhì)點在一段時間內(nèi)水平分位移大小是4 m，豎直分位移大小是3 m，則其位移大小為5 m 解析　曲線運動的位移是指運動的物體從出發(fā)點到所研究位置的有向線段，不是曲線，A錯誤；軌跡是曲線的運動，如拋出的物體所做的運動、圓周運動等都屬于曲線運動，其位移可能逐漸變大，也可能周期性變化，當(dāng)然也可能在某時刻為零，B、C錯誤；如果做曲線運動的質(zhì)點在一段時間內(nèi)水平分位移大小x＝4 m，豎直分位移大小y＝3 m，則其位移大小為l＝＝5 m，D正確。 答案　D 2.下列運動屬于拋體運動且軌跡是直線的是(　　) A.水平射出的子彈 B.豎直向上拋出的石塊 C.火箭的加速升空過程 D.宇宙飛船的返回艙安全軟著陸過程 解析　水平射出的子彈所受重力豎直向下，是曲線運動，A錯誤；豎直向上拋出的石塊，初速度方向與重力在一條直線上，運動軌跡是直線，且只受重力，B正確；火箭加速升空的過程中，受重力和豎直向上的推力，它的運動不屬于拋體運動，C錯誤；宇宙飛船的返回艙軟著陸過程受重力和豎直向上的阻力作用，不屬于拋體運動，故D錯誤。 答案　B 3.翻滾過山車是大型游樂園里的一種比較刺激的娛樂項目。如圖1所示，翻滾過山車(可看成質(zhì)點)從高處沖下，過M點時速度方向如圖所示，在圓形軌道內(nèi)經(jīng)過A、B、C三點，下列說法中正確的是(　　) 圖1 A.過A點時的速度方向沿AB方向 B.過B點時的速度方向沿水平方向 C.過A、C兩點時的速度方向相同 D.圓形軌道上與M點速度方向相同的點在AB段上 解析　翻滾過山車經(jīng)過A、B、C三點的速度方向如圖所示，由圖判斷選項B正確，A、C錯誤；用直尺和三角板作M點速度方向的平行線且與圓相切于N點(如圖所示)，則翻滾過山車在N點時的速度方向與M點相同，選項D錯誤。 答案　B 4.(2018臺山高一檢測)假如在彎道上高速行駛的賽車，突然后輪脫離賽車，關(guān)于脫離賽車后的車輪的運動情況，以下說法正確的是(　　) 圖2 A.仍然沿著汽車行駛的彎道運動 B.沿著與彎道垂直的方向飛出 C.沿著脫離時輪子前進的方向做直線運動，離開彎道 D.上述情況都有可能 解析　賽車沿彎道行駛，任一時刻賽車上任何一點的速度方向都是賽車運動的曲線軌跡上對應(yīng)點的切線方向。被甩出的后輪的速度方向就是甩出點軌跡的切線方向，所以選項C正確。 答案　C 5.若已知物體運動的初速度v0的方向及它受到的恒定的合力F的方向，如圖所示。則可能的軌跡是(　　) 解析　物體做曲線運動時，速度沿曲線的切線方向，合力方向和速度方向不共線，且指向曲線凹的一側(cè)，則運動軌跡在合力與速度之間，且向合力的方向彎曲，選項B正確。 答案　B 6.(多選)水平桌面上，讓一個小鐵球沿桌面勻速運動，在它的運動軌跡旁邊放置一磁鐵，在磁鐵吸引力的作用下，小鐵球此后的運動軌跡發(fā)生變化，如圖3所示，關(guān)于小鐵球的運動情況，下列說法正確的是(　　) 圖3 A.小鐵球的速度方向始終指向磁鐵 B.小鐵球的速度方向沿它運動軌跡的切線方向 C.磁鐵對小鐵球的吸引力沿運動軌跡的切線方向 D.磁鐵對小鐵球的吸引力與小鐵球的速度方向不在同一直線上 解析　曲線運動時，速度方向是切線方向，故A錯誤，B正確；磁鐵對小鐵球的吸引力方向是指向磁鐵的方向，兩者不共線，故鐵球在做曲線運動，故C錯誤，D正確。 答案　BD 7.一個質(zhì)點在恒力F作用下，在xOy平面上從O點運動到B點的軌跡如圖4所示，且在A點時的速度方向與x軸平行，則恒力F的方向可能是(　　) 圖4 A.沿＋x方向 B.沿－x方向 C.沿＋y方向 D.沿－y方向 解析　根據(jù)曲線運動的軌跡位于速度方向和合力方向所夾的范圍內(nèi)且向合力方向彎曲，選項B、C錯誤；若恒力F沿＋x方向則速度方向不可能與x軸平行，選項A錯誤，D正確。 答案　D 8.從高處斜向下拋出的物體在各個時刻的速度、加速度方向如圖所示，其中正確的是(　　) 解析　物體在飛行過程中只受重力，方向豎直向下，所以加速度的方向豎直向下，B、D圖錯誤；在曲線運動中，速度的方向時刻改變，而A圖中速度的方向保持不變，A圖錯誤；C圖中速度和加速度的方向都正確。 答案　C 等級性檢測 9.(2018揭陽高一期中檢測)一運動物體經(jīng)過P點時，其速度v與合力F的方向不在同一直線上，當(dāng)物體運動到Q點時，突然使合力的方向與速度方向相同直至物體運動經(jīng)過M點，若用虛線表示物體的運動軌跡，則下列圖中可能正確的是(其中C、D選項中的QM段均是直線)(　　) 解析　經(jīng)過P點時，其速度v與合力F的方向不在同一直線上，物體做曲線運動，合力應(yīng)該指向軌跡的內(nèi)側(cè)，當(dāng)合力方向與速度方向平行時，物體做直線運動，所以從Q到M做直線運動，選項C正確。 答案　C 10.(多選)關(guān)于做曲線運動物體的速度和加速度，下列說法中正確的是(　　) A.速度方向不斷改變，加速度方向不斷改變 B.速度方向不斷改變，加速度一定不為零 C.加速度越大，速度的大小改變得越快 D.加速度越大，速度改變得越快 解析　物體做曲線運動時，速度方向時刻改變，受到外力作用，由牛頓第二定律知，加速度一定不為零；由加速度物理意義知，加速度越大，速度改變越快，故選項B、D正確。 答案　BD 11.(2018中山高一質(zhì)測)(多選)一質(zhì)點在恒力F的作用下，由O點運動到A點的軌跡如圖5所示，在A點時的速度方向與x軸平行，則恒力F的方向可能沿圖示中的(　　) 圖5 A.F1的方向 B.F2的方向 C.F3的方向 D.F4的方向 解析　做曲線運動的物體，所受恒力F一定指向軌跡曲線的凹側(cè)，且不可能與某時刻的速度在一條直線上，因此只有F3、F4是可能的方向，選項C、D正確。 答案　CD 12.(多選)在光滑水平面上有一質(zhì)量為2 kg的物體，受幾個共點力作用做勻速直線運動?，F(xiàn)突然將與速度反方向的2 N的力水平旋轉(zhuǎn)90，則關(guān)于物體運動情況的敘述正確的是(　　) A.物體做速度大小不變的曲線運動 B.物體做加速度為 m/s2的勻變速曲線運動 C.物體做速度越來越大的曲線運動 D.物體做非勻變速曲線運動，其速度越來越大 解析　物體原來所受合外力為零，當(dāng)將與速度反方向的2 N的力水平旋轉(zhuǎn)90后其受力如圖所示，其中Fx＝Fy＝2 N，F(xiàn)是Fx、Fy的合力，即F＝2 N，且大小、方向都不變，是恒力，那么物體的加速度為a＝＝ m/s2＝ m/s2，恒定。又因為F與v夾角θ＜90，所以物體做速度越來越大、加速度恒為 m/s2的勻變速曲線運動，故B、C正確。 答案　BC