曲線運動萬有引力定律.ppt

第四部分 曲線運動 萬有引力定律,專題一 運動的合成與分解,專題二 拋體運動,專題三 圓周運動,專題四 萬有引力定律及其應(yīng)用,專題一 運動的合成與分解,備考導(dǎo)航,例題剖析,（一）知識與技能 本專題復(fù)習(xí)過程中，要知道曲線運動是一種變速運動，知道曲線運動必受到與運動方向不在同一直線上的力的作用，必有加速度. 要理解物體做曲線運動的條件，知道速度的方向、加速度的方向和合外力的作用效果. 會進行運動合成與分解，掌握兩種典型的模型，即小船過河和繩拉物體運動模型，知道速度分解的依據(jù). （二）過程與方法 本專題的特點是曲線運動的研究方法運動的合成與分解，運用這一方法解決平拋運動問題在高考中有較多的體現(xiàn)。突破此類試題的關(guān)鍵在于深刻理解運動的合成與分解的分析方法.,小宇在學(xué)習(xí)運動的合成與分解后，對于兩個分運動與合運動的關(guān)系及物體是否做曲線運動提出了下列觀點，你認(rèn)為小宇的說法正確的是( ) A.合運動的速度一定大于兩個分運動的速度 B.合運動方向就是物體的實際運動方向 C.若兩個勻變速運動合加速度方向與合速度方向相同，則物體做直線運動 D.兩個勻變速運動的合運動一定是曲線運動,【思路剖析】根據(jù)平行四邊形法則對速度進行合成分析.,解析:速度是矢量，由平行四邊形定則可知，合速度可大于分速度，也可小于分速度，但不知分速度的方向，就無法確定合速度的大小和方向.則A錯誤，B正確；若合加速度方向與速度方向共線，則物體做直線運動，則C正確；D錯誤.,【答案】BC,【思維拓展】物體實際運動（合運動）的位移、速度、加速度就是它的合位移、合速度、合加速度，而分運動的位移、速度、加速度就是它的分位移、分速度、分加速度.以求兩個分速度的合速度為例，當(dāng)兩個分速度v1和v2相互垂直時，其合運動為由兩個分運動為鄰邊所組成的矩形的對角線，如右圖所示，其合速度的大小和方向分別為：v = ,tan= ，其中為合速度v與分速度v1的夾角.若兩個分速度v1和v2相互成某一角度時，其合運動為由兩個分運動為鄰邊所組成的平行四邊形的對角線的大小和方向， 如下圖所示.則tan= ,為v1、v2之間的夾角.,在四川汶川地震中，由于山體的崩塌形成許多堰塞湖，由于堰塞湖湖底情況復(fù)雜，解放軍只能用小木船渡河搶救被困的群眾.設(shè)某段寬200m的河水向堰塞湖注水，水流動速度v1=2m/s，船在靜水中的速度為v2=4m/s，解放軍戰(zhàn)士現(xiàn)使用小木船渡河. （1）如果要求船到對岸的航程最短（您注意這個條 件了嗎？），則船頭應(yīng)指向什么方向？最短航程是多長？ （2）如果要求船劃到對岸時間最短，則船頭應(yīng)指向什么 方向？最短時間是多少？航程是多少？,【思路剖析】 小船同時參與兩個分運動，因分運動之間具有等時性、獨立性，若要船航程最短，則合速度方向與河岸垂直.小船過河所用時間與水流速無關(guān)，若要小船用最短時間過河，則v2垂直于河岸.,【答案】（1）船頭指向上游且與河岸成60角，最短航程為200m，時間為57.7m. (2)船頭垂直河岸時所用的最短時間為50s，航程為224m.,【思維拓展】在運動合成分解中，可以把運動合成與分解的關(guān)系類比于前面學(xué)過的合力與分力的關(guān)系，另外準(zhǔn)確作圖有利于解題.關(guān)于小船過河問題是指一個類型題，如人在車上運動，切割玻璃，雨滴通過運動的車窗等，與該題解法 類似.,小強同學(xué)通過定滑輪、小車、細(xì)繩中間有孔能在桿上自由滑動的重物組成如下圖所示的實驗裝置，重物M沿豎直桿下滑，并通過繩帶動小車m沿斜面升高. （1）當(dāng)他通過傳感器測得滑輪右側(cè)繩與豎直方向夾角為時重物下滑的速度為v，此時小車的速度是多少？ （2）若重物勻速下落時，小車的動能如何變化？,【思路剖析】 要注意物體豎直下滑的速度是合速度.,解析:（1）物體M下滑的速度v為合速度，被M帶動的繩參與了兩種運動，一是沿繩的速度v1（徑向），二是沿繩擺動方向垂直于v1的速度v2，以v1和v2為鄰邊做平行四邊形，v為對角線，v1與v的夾角為，如上圖所示，則v1=vcos=v （2）重物勻速下降過程中，拉重物的細(xì)繩與豎直方向的夾角不斷變小，則cos值不斷增大，則小車的速度v也不斷增大，其動能也增大.,【答案】（1）v=vcos；（2）增大.,【思維拓展】對于繩的速度分解是解題過程中同學(xué)們經(jīng)常出現(xiàn)錯誤的地方，在進行運動的合成與分解時一定要與力的合成與分解區(qū)分開來，速度是按運動的實際效果進行分解，每個分速度都有實際的物理意義.,專題二 拋體運動,備考導(dǎo)航,例題剖析,（一）知識與技能 平拋運動是歷年高考命題的熱點，在選擇題和計算題中都可能出現(xiàn)，而在計算題中往往同機械能守恒定律、動量守恒定律、帶電粒子在電場中的運動等相結(jié)合.平拋運動的規(guī)律及其研究方法與在生產(chǎn)、生活、科技聯(lián)系的命題將成為一種命題趨勢. （二）過程與方法 在復(fù)習(xí)本專題知識時要重點掌握平拋運動規(guī)律、計算方法；能用平拋運動規(guī)律分析類平拋運動.應(yīng)側(cè)重曲線運動的分析方法，平拋運動的規(guī)律以及其基礎(chǔ) 應(yīng)用. 有關(guān)平拋運動的試題有時題目給的已知條件較少，同學(xué)們要善于從生活經(jīng)驗中尋找已知條件進行求解相關(guān)的問題.,【思路剖析】 注意平拋物體的速度隨時間變化的規(guī)律的應(yīng)用,在高處以初速度v0水平拋出一石子，當(dāng)它的速度由水平方向變化為與水平成角的過程中，石子水平方向的位移是（ ）,【答案】C,【思路拓展】根據(jù)速度或位移與水平方向的夾角求平拋運動物體的各物理量是近年高考中常見的題型，此種類型題的特點是給的條件少，可以求的物理量很多.解決此類問題的關(guān)鍵是通過位移與水平方向夾角關(guān)系或速度與水平方向關(guān)系求出做平拋運動物體運動的時間，然后再根據(jù)題意求出各未知的物理量.另外，對于類平拋問題我們也要重視，請關(guān)注與例3類似的相關(guān)問題.,小宇同學(xué)從某一高度平拋一物體并用一固定的攝像機攝下物體做平拋運動的過程，她發(fā)現(xiàn)當(dāng)拋出2s后它的速度方向與水平方向成45角速度方向與水平面成60角，由于不知攝像機中畫面與實際物體之間的比例，請你幫小宇同學(xué)求出下列問題： （1）物體拋出時的速度； （2）物體落地時的速度； （3）物體拋出點距地面的高度；（4）物體的水平射程.（g取10m/s2）,【思路剖析】 做平拋運動的物體，在落地前的最后時刻內(nèi)水平速度不變，豎直速度的變化可以由幾何關(guān)系式求出.,【答案】（1）20m/s；（2）40m/s；（3）60m；（4）40 m,【思維拓展】平拋運動是近年高考命題的熱點，其命題形式多樣，考查的知識點比較全面，特別是對一些實際生活中提取信息的命題，如上海近年多次出現(xiàn)由滑雪引起的平拋運動，此類命題的關(guān)鍵是如何提取正確的信息，然后進行求解.,光滑水平面上，一個質(zhì)量為2kg的物體從靜止開始運動，在前5s受到一個沿正東方向大小為4N的水平恒力作用；從第5s末開始改為正北方向大小為2N的水平恒力作用了10s求物體在15s內(nèi)的位移和15s末的速度大小及方向.,【思路剖析】 要注意類平拋運動的條件：受恒力作用與初速度方向垂直；（2）確定兩個分運動的速度方向和位移方向，分別列式來解.,【思維拓展】處理類平拋運動時應(yīng)注意在受力方向上做勻加速運動 ，在垂直于力的方向上是做勻速直線運動.類平拋運動 在電場中經(jīng)常會涉及，也是近年命題的熱點，同學(xué)們應(yīng)注意相關(guān)綜合命題的訓(xùn)練.,【答案】135m；21.8；10 m/s;45,專題三 圓周運動,備考導(dǎo)航,例題剖析,（一）知識與技能 圓周運動作為一種特殊的曲線運動，在高中物理中處于較重要的地位，是研究各種曲線運動的基礎(chǔ)，圓周運動與萬有引力定律相結(jié)合的應(yīng)用、帶電粒子在磁場中的運動、機械能守恒和轉(zhuǎn)化等知識有著密切的關(guān)系，本單元內(nèi)容是高中物理必備的基礎(chǔ)知識. 從近年高考命題的發(fā)展趨勢看，涉及到圓周運動的命題有可能出現(xiàn)的情況：考查有關(guān)圓周運動基本概念和基礎(chǔ)知識的命題；在有關(guān)生活實踐方面探究性問題；圓周運動同萬有引力、平拋運動、機械能守恒和轉(zhuǎn)化相結(jié)合的命題；圓周運動同電磁學(xué)相結(jié)合的命題.,（二）過程與方法 在復(fù)習(xí)本專題內(nèi)容時要注意的是:向心力是按效果命名的力.分析做圓周運動的質(zhì)點受力情況時，切不可以在物體相互作用力（重力、彈力、摩擦力）外再添一個向心力；要對豎直面內(nèi)圓周運動的臨界問題，同時又往往與機械能守恒結(jié)合在一起的命題引起重視；有關(guān)圓周運動最高點的各種情況下的各物理量的臨界值的分析和計算應(yīng)作為復(fù)習(xí)中的重點突破內(nèi)容，極值分析法、數(shù)學(xué)分析法是分析和處理物理問題的基本方法，也是考生學(xué)習(xí)中的難點和薄弱環(huán)節(jié).,如右圖所示為一皮帶傳動裝置，右輪的半徑 為r，a是它邊緣上的一點，左側(cè)大輪的半徑為4r，小 輪的半徑為2r，c點和d點分別位于小輪和大輪邊緣上 （你注意了嗎？），b點在小輪距中心距離為r處， 若在傳動過程中，皮帶不打滑（這是關(guān)鍵），則( ) A. a點和b點線速度的大小相等 B. a點和b點角速度的大小相等 C. a點和c點線速度的大小相等 D. c點和d點角速度的大小相等,【思路剖析】 尋找速度、角速度和半徑之間的關(guān)系，注意題中相同的物理量與不同的物理量.,【思維拓展】對于勻速圓周運動同學(xué)們一定要熟練掌握哪些物理量變化，哪些量不變，然后進行解答.,【答案】D,如右圖所示，直徑為d的圓形紙筒以角速度繞軸心 O勻速轉(zhuǎn)動，一子彈沿直徑射入圓筒.若圓筒旋轉(zhuǎn)不到半周時， 子彈在圓筒a、b上先后留下兩個彈孔，且aOb=，則子彈 的速度為 .,【思路剖析】 弄清兩彈孔相對位置間的關(guān)系，同時要注意解法.,【答案】,【思維拓展】在解決圓周運動問題時要注意多解的可能性，如本題不加“圓筒旋轉(zhuǎn)不到半周”這個條件則轉(zhuǎn)過的角度應(yīng)是2n+-，時間t和速度分別變?yōu)?t= (n=0,1,2,3).,如右圖所示，半徑為R的圓板做勻速轉(zhuǎn)動，當(dāng)半徑 OB轉(zhuǎn)到某一方向時，在圓中心正上方高h(yuǎn)以平行于OB的方 向水平拋出一球（你注意這個條件了嗎？），要使小球與 圓板只碰撞一次，且落點為B，求： （1）小球的初速度的大小；（2）圓板轉(zhuǎn)動的角速度.,【思路剖析】 注意平拋運動規(guī)律的應(yīng)用，此題是平拋運動與圓周運動相結(jié)合的題目.,【思維拓展】本題是勻速圓周運動和平拋運動相結(jié)合的題目，時間是聯(lián)系兩個運動的橋梁，勻速圓周運動的周期性是正確解此題的關(guān)鍵，也是解圓周運動問題時必須思考的問題.,【答案】,【思路剖析】 應(yīng)用向心加速度大小的表達式，速度、角速度、半徑之間的關(guān)系式進行分析，同時注意比例關(guān)系的辨別.,關(guān)于質(zhì)點的勻速圓周運動，下列說法正確的是( ) A.由a= 可知，a與r成反比 B.由a=2r可知，a與r成反比 C.由v=r可知，與r成反比 D.由=2n可知，與n成正比,解析:物體做勻速圓周運動的向心加速度與物體的線速度、角速度、半徑有關(guān)，但向心加速度與半徑的關(guān)系要在一定前提條件下才能給出.當(dāng)線速度一定時，向心加速度與半徑成反比，當(dāng)角速度一定時，向心加速度與半徑成正比.線速度、角速度與半徑的關(guān)系也可以采用同樣的辦法.故A、B、C錯，D對.,【答案】D,【思維拓展】要正確理解向心加速度大小同半徑的關(guān)系： 1.當(dāng)勻速圓周運動的半徑一定時，向心加速度大小與角速度的平方成正比，也與線速度的平方成正比. 2.當(dāng)角速度一定時，向心加速度與半徑成正比. 3.當(dāng)線速度一定時，向心加速度與半徑成反比. 4.當(dāng)半徑一定時，向心加速度隨頻率的增加或周期的減少而增大. 5.勻速圓周運動是一種特殊的圓周運動，只有在勻速圓周運動中加速度的方向才指向圓心. 6.勻速圓周運動是向心加速度大小不變，方向時刻在改變的變加速運動.,【思路剖析】 先作出火車的受力分析示意圖，求出向心力，再由圓周運動向心力與其他物理的關(guān)系式進行求解.,一段鐵路轉(zhuǎn)彎處，內(nèi)外軌高度差為h =10cm，（這是關(guān)鍵）彎道半徑為 r =625m，軌距l(xiāng)=1435mm，求這段彎道的設(shè)計速度v0是多大.討論當(dāng)火車速度大于或小于v0時內(nèi)外軌的側(cè)壓力（g取10m/s2）.,【答案】75km/h 討論：略,【思維拓展】對于由重力和彈力的合力提供向心力的類型題，首先要確定物體做圓周運動的運動軌跡平面，確定出向心力的方向，明確此方向的合力，列方程求解.,【思路剖析】 選定研究對象，對其進行受力分析，找出做圓周運動所需向心力的來源根據(jù)牛頓運動定律列方程求解.,小明為了研究物體在豎直面內(nèi)做圓周運動的情況，站在力的傳感器上讓一輕繩拴一小球在豎直平面內(nèi)做圓周運動，設(shè)小明的質(zhì)量為M，輕繩長為l，繩的另一端系著質(zhì)量為m的小球，現(xiàn)讓小球在豎直平面內(nèi)做勻速圓周運動，當(dāng)球能過最高點時速率為v則此時人對地面的壓力是多少？,圖1 圖2,【思維拓展】本題類似于一個圓周運動的實例:雜技項目“水流星”.經(jīng)過最高點時向心力來源.解題關(guān)鍵是分析小球.,專題四 萬有引力定律及其應(yīng)用,備考導(dǎo)航,例題剖析,（一）知識與技能 了解開普勒定律對行星運動的描述，掌握萬有引力定律的內(nèi)容、公式和適用范圍.能熟練解析萬有引力定律在天文學(xué)上的應(yīng)用問題，知道三個宇宙速度的含義、會推導(dǎo)第一宇宙速度，能靈活運用牛頓第二定律和萬有引力定律解析有關(guān)人造衛(wèi)星的運動或行星的運動問題.理解人造衛(wèi)星原理及其運行規(guī)律，特別要掌握用萬有引力定律、牛頓第二定律及勻速圓周運動規(guī)律來分析有關(guān)人造衛(wèi)星問題.（二）過程與方法 在本單元復(fù)習(xí)過程中要注意對發(fā)散思維和綜合思維能力的培養(yǎng)，學(xué)會從現(xiàn)實生活和科普資料中提取有效信息，能用相關(guān)知識解決各種問題，特別是對于信息,題的處理是本單元學(xué)習(xí)過程中必須掌握的重要方法，這是在新課改理念下高考命題的發(fā)展方向.隨著科技發(fā)展，人造衛(wèi)星、宇宙飛船不斷升空，為改變?nèi)祟惖纳?，促進社會發(fā)展起了很大作用，這也使天體運動成為社會關(guān)注的焦點，也成為高考的熱點.,地球同步衛(wèi)星在現(xiàn)代民用和國防建設(shè)中有著重要的作用，同步衛(wèi)星都建立在地球赤道上空的同一軌道上高度為h=3.6104km處，神舟七號在距地面為341km的高度繞地軌道飛行時，翟志剛成功地完成了出艙活動，已知地球半徑為R=6.4103km，試求神舟七號此時的繞地飛行周期.,【思路剖析】 明確半徑軸，應(yīng)用開普通勒第三定律來解.,【答案】0.73h,【思維拓展】根據(jù)開普勒定律，所有行星運行軌道都是在以太陽為焦點的橢圓軌道上，但在某些題目的運算中，我們可以近似的認(rèn)為這些天體運行軌道看作圓.這是一個突出主要因素，忽略次要因素的理想方法.理想方法是物理學(xué)習(xí)中常用的一種方法.本題另一個特點就是有些隱含信息如同步衛(wèi)星的周期為24h，這是從生活實踐中提取信息的命題，高考此類命題將增多.,兩個大小相同半徑為r的實心小鐵緊靠在一起，它們之間的萬有引力為F；若兩個半徑增大為2r的實心大鐵球緊靠在一起，則他們之間的萬有引力是多少？,【思路剖析】 本題是萬有引力定律的解題應(yīng)用，應(yīng)注意萬有引力和r的關(guān)系，注意兩個小球的質(zhì)量的求解.,【答案】16 F,【思維拓