新高考物理三輪沖刺知識(shí)講練與題型歸納專題05 曲線運(yùn)動(dòng)（含解析）

專題05曲線運(yùn)動(dòng)[題型導(dǎo)航]題型一曲線運(yùn)動(dòng)的條件與特征 1題型二運(yùn)動(dòng)的合成與分解 3題型三小船渡河問題 4題型四繩（桿）關(guān)聯(lián)速度分解 9[考點(diǎn)分析]題型一曲線運(yùn)動(dòng)的條件與特征1．曲線運(yùn)動(dòng)(1)速度的方向：質(zhì)點(diǎn)在某一點(diǎn)的速度方向，沿曲線在這一點(diǎn)的切線方向．(2)運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)：做曲線運(yùn)動(dòng)的物體，速度的方向時(shí)刻在改變，所以曲線運(yùn)動(dòng)一定是變速運(yùn)動(dòng)．(3)曲線運(yùn)動(dòng)的條件：物體所受合外力的方向跟它的速度方向不在同一條直線上或它的加速度方向與速度方向不在同一條直線上．2．合外力方向與軌跡的關(guān)系物體做曲線運(yùn)動(dòng)的軌跡一定夾在合外力方向與速度方向之間，速度方向與軌跡相切，合外力方向指向軌跡的“凹”側(cè)．3．速率變化情況判斷(1)當(dāng)合外力方向與速度方向的夾角為銳角時(shí)，物體的速率增大；(2)當(dāng)合外力方向與速度方向的夾角為鈍角時(shí)，物體的速率減??；(3)當(dāng)合外力方向與速度方向垂直時(shí)，物體的速率不變．如圖，在冬奧會(huì)短道速滑項(xiàng)目中，圓弧實(shí)線ON為正常運(yùn)動(dòng)路線的彎道，OM為運(yùn)動(dòng)員在O點(diǎn)的速度方向。若運(yùn)動(dòng)員在O點(diǎn)稍發(fā)生側(cè)滑，她就會(huì)偏離正常比賽路線，則其滑動(dòng)線路（）A．沿OM直線 B．在OM左側(cè)區(qū)域Ⅰ C．在OM和ON之間區(qū)域Ⅱ D．在ON右側(cè)區(qū)域Ⅲ【解答】解：若運(yùn)動(dòng)員水平方向不受任何外力時(shí)，沿OM做離心運(yùn)動(dòng)，實(shí)際上運(yùn)動(dòng)員受到摩擦力的作用，摩擦力提供向心力，當(dāng)摩擦力等于需要的向心力時(shí)，運(yùn)動(dòng)員將沿ON做圓周運(yùn)動(dòng)，若運(yùn)動(dòng)員發(fā)生側(cè)滑，摩擦力不足以提供向心力，即摩擦力小于所需要的向心力，滑動(dòng)方向在OM和ON之間的區(qū)域，故ABD錯(cuò)誤，C正確，故選：C。如圖，取一塊較厚的板，置于水平面上。先按圖甲所示分割成A、B兩部分，并分開適當(dāng)距離，在兩部分間形成曲線軌道，最后按圖乙所示將其分割成序號(hào)為1、2……6的六塊板。現(xiàn)讓小球以一定的初速度進(jìn)入軌道，沿曲線軌道運(yùn)動(dòng)。若取走某些板后，小球仍能沿原曲線運(yùn)動(dòng)，可取走（）A．1、3、5 B．2、4、6 C．1、4、5 D．2、3、6【解答】解：1、2板塊處小球需指向1的向心力，必須2板塊給以彈力；3、4板塊處小球需指向4的向心力，必須3給予彈力（4板塊給的支持力指向凸側(cè)，不滿足運(yùn)動(dòng)需求）；5、6板塊需6板塊給予彈力，故可以取走的是1、4、5板塊，故C正確，ABD錯(cuò)誤；故選：C。如圖所示的曲線是某個(gè)質(zhì)點(diǎn)在恒力作用下的一段運(yùn)動(dòng)軌跡。質(zhì)點(diǎn)從M點(diǎn)出發(fā)經(jīng)P點(diǎn)到達(dá)N點(diǎn)，已知弧長MP大于弧長PN，質(zhì)點(diǎn)由M點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn)與從P點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到N點(diǎn)的時(shí)間相等。下列說法中正確的是（）A．質(zhì)點(diǎn)從M到N過程中速度大小保持不變 B．質(zhì)點(diǎn)在這兩段時(shí)間內(nèi)的速度變化量大小相等，方向相同 C．質(zhì)點(diǎn)在這兩段時(shí)間內(nèi)的速度變化量大小不相等，但方向相同 D．質(zhì)點(diǎn)在MN間的運(yùn)動(dòng)不是勻變速運(yùn)動(dòng)【解答】解：因質(zhì)點(diǎn)在恒力作用下運(yùn)動(dòng)，由牛頓第二定律可知，質(zhì)點(diǎn)做勻變速曲線運(yùn)動(dòng)，由于加速度不變，A、從M到N過程中，物體做曲線運(yùn)動(dòng)，合外力指向凹側(cè)，又因?yàn)樵诤懔ψ饔孟逻\(yùn)動(dòng)，所以恒力要做功，所以速度大小變化，故A錯(cuò)誤；BC、因加速度不變，則質(zhì)點(diǎn)在這兩段時(shí)間內(nèi)的速度變化量大小相等，方向相同，故B正確，C錯(cuò)誤；D、在MN間的運(yùn)動(dòng)是勻變速曲線運(yùn)動(dòng)，故D錯(cuò)誤；故選：B。題型二運(yùn)動(dòng)的合成與分解1．遵循的法則：位移、速度、加速度都是矢量，故它們的合成與分解都遵循平行四邊形定則．2．合運(yùn)動(dòng)與分運(yùn)動(dòng)的關(guān)系(1)等時(shí)性:合運(yùn)動(dòng)和分運(yùn)動(dòng)經(jīng)歷的時(shí)間相等，即同時(shí)開始、同時(shí)進(jìn)行、同時(shí)停止．(2)獨(dú)立性:一個(gè)物體同時(shí)參與幾個(gè)分運(yùn)動(dòng)，各分運(yùn)動(dòng)獨(dú)立進(jìn)行，不受其他運(yùn)動(dòng)的影響．(3)等效性:各分運(yùn)動(dòng)的規(guī)律疊加起來與合運(yùn)動(dòng)的規(guī)律有完全相同的效果．3．合運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)判斷eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(加速度或合外力\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(變化：非勻變速運(yùn)動(dòng),不變：勻變速運(yùn)動(dòng))),\x(加速度或合外力方向與速度方向)\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(共線：直線運(yùn)動(dòng),不共線：曲線運(yùn)動(dòng)))))4．兩個(gè)直線運(yùn)動(dòng)的合運(yùn)動(dòng)性質(zhì)的判斷標(biāo)準(zhǔn)：看合初速度方向與合加速度方向是否共線.兩個(gè)互成角度的分運(yùn)動(dòng)合運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)兩個(gè)勻速直線運(yùn)動(dòng)勻速直線運(yùn)動(dòng)一個(gè)勻速直線運(yùn)動(dòng)、一個(gè)勻變速直線運(yùn)動(dòng)勻變速曲線運(yùn)動(dòng)兩個(gè)初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)勻加速直線運(yùn)動(dòng)兩個(gè)初速度不為零的勻變速直線運(yùn)動(dòng)如果v合與a合共線，為勻變速直線運(yùn)動(dòng)如果v合與a合不共線，為勻變速曲線運(yùn)動(dòng)解放軍特種兵在某次泅水訓(xùn)練中要求戰(zhàn)士渡過一條如圖所示的水渠。已知水渠Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)河寬分別為d和2d，河水流速分別為v和0.5v，一名戰(zhàn)士甲從A點(diǎn)開始，朝著垂直于河岸的方向游動(dòng)，在C點(diǎn)登陸，另一名戰(zhàn)士乙從B點(diǎn)開始以垂直岸的路徑在D點(diǎn)登陸，設(shè)兩名戰(zhàn)士的靜水游動(dòng)速度相等且保持不變，甲、乙渡河時(shí)間之比為k。則戰(zhàn)士的靜水游動(dòng)速度大小為（）A．kv4k2?1 B．kv1?4k【解答】解：設(shè)戰(zhàn)士的速度為v1，水的流速為v，I區(qū)渡河時(shí)間為T1，II區(qū)渡河時(shí)間為T2，根據(jù)平行四邊形定則，則將A、B兩處的速度分解，如上圖所示：則有：T1=dv1，T由三角函數(shù)，可知，sinθ=vcosθ=1?(又由T1解得：v1=v故選：C。一質(zhì)量為m的小球被發(fā)射到空中，運(yùn)動(dòng)中小球受到方向水平向左、大小為F的恒力作用。忽略空氣阻力，重力加速度為g。為了使小球能重新回到發(fā)射點(diǎn)，發(fā)射速度方向與水平向右方向的夾角θ應(yīng)該滿足（）A．sinθ=mgF B．cosθ=mgF C．tanθ=【解答】解：為了使小球能重新回到發(fā)射點(diǎn)，且小球受到重力與恒定向左的作用力，那么發(fā)射速度方向必須與小球受到的合力方向相反，根據(jù)矢量合成法則，結(jié)合三角知識(shí)，如下圖所示：則有：tanθ=mg故選：C。質(zhì)點(diǎn)Q在xOy平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)，其在x軸方向和y軸方向的分運(yùn)動(dòng)圖像如圖甲和圖乙所示，下列說法正確的是（）A．質(zhì)點(diǎn)Q做勻變速直線運(yùn)動(dòng)，初速度為12m/s B．質(zhì)點(diǎn)Q做勻變速曲線運(yùn)動(dòng)，加速度為5m/s2 C．質(zhì)點(diǎn)Q做勻變速直線運(yùn)動(dòng)，2秒末的速度為20m/s D．質(zhì)點(diǎn)Q做勻變速曲線運(yùn)動(dòng)，2秒內(nèi)的位移為45m【解答】解：A、根據(jù)圖像甲可知，x﹣t之間的關(guān)系式為xt=根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)位移公式x=v0t+1根據(jù)圖像乙可知，質(zhì)點(diǎn)在y軸上的分運(yùn)動(dòng)是勻變速直線運(yùn)動(dòng)，初速度v0y＝8m/s，加速度為a因?yàn)関0xv0y=B、質(zhì)點(diǎn)做勻變速直線運(yùn)動(dòng)，加速度為a=ax2+aC、質(zhì)點(diǎn)做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，根據(jù)前面所得，2s末的速度為v＝v0+at＝（10+5×2）m/s＝20m/s，故C正確；D、質(zhì)點(diǎn)做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，2s內(nèi)的位移為x=v故選：C。題型三小船渡河問題小船渡河問題分析(1)船的實(shí)際運(yùn)動(dòng)是水流的運(yùn)動(dòng)和船相對(duì)靜水的運(yùn)動(dòng)的合運(yùn)動(dòng)．(2)三種速度：v1(船在靜水中的速度)、v2(水流速度)、v(船的實(shí)際速度)．(3)三種情景①過河時(shí)間最短：船頭正對(duì)河岸時(shí)，渡河時(shí)間最短，t短＝eq\f(d,v1)(d為河寬)．②過河路徑最短(v2<v1時(shí))：合速度垂直于河岸時(shí)，航程最短，s短＝d.船頭指向上游與河岸夾角為α，cosα＝eq\f(v2,v1).③過河路徑最短(v2>v1時(shí))：合速度圖5不可能垂直于河岸，無法垂直渡河．確定方法如下：如圖5所示，以v2矢量末端為圓心，以v1矢量的大小為半徑畫弧，從v2矢量的始端向圓弧作切線，則合速度沿此切線方向航程最短．由圖可知：cosα＝eq\f(v1,v2)，最短航程：s短＝eq\f(d,cosα)＝eq\f(v2,v1)d.某小船在河寬為d，水速恒定為v的河中渡河，第一次用最短時(shí)間從渡口向?qū)Π堕_去，此時(shí)小船在靜水中航行的速度為v1，所用時(shí)間為t1；第二次用最短航程渡河從同一渡口向?qū)Π堕_去，此時(shí)小船在靜水中航行的速度為v2，所用時(shí)間為t2，結(jié)果兩次恰好抵達(dá)對(duì)岸的同一地點(diǎn)，則（）A．第一次所用時(shí)間t1=dB．第二次所用時(shí)間t2=dC．兩次渡河的位移大小之比為v2D．兩次渡河所用時(shí)間之比t【解答】解：A．兩次渡河時(shí)如圖渡河最短時(shí)間t=dv靜，所以B．第一次渡河有tanα=v1v所以1cosα第二次渡河時(shí)間為：t2C．根據(jù)圖形可知兩次位移之比為1：1，故C錯(cuò)誤；D．兩次時(shí)間之比t1故選：D。一條平直小河的河水由西向東流，水流速度的大小為v水＝4m/s，讓小船船頭垂直河岸由南向北渡河，已知小船在垂直河岸方向運(yùn)動(dòng)的規(guī)律滿足x＝6t﹣0.05t2，且小船剛好到達(dá)河對(duì)岸，則小船在渡河的這段時(shí)間內(nèi)的運(yùn)動(dòng)情況，下列說法正確的是（）A．小船渡河的軌跡為直線 B．小船在河水中40s時(shí)的速度為41m/s C．小船在河水中40s時(shí)的位移為160m D．小船到達(dá)河對(duì)岸時(shí)沿河岸方向運(yùn)動(dòng)的位移為240m【解答】解：將小船在垂直河岸方向運(yùn)動(dòng)的規(guī)律x＝6t﹣0.05t2，與勻變速直線運(yùn)動(dòng)的公式：x=v0t+12atA、小船在垂直河岸方向上做勻減速直線運(yùn)動(dòng)，在沿河岸方向上做勻速直線運(yùn)動(dòng)，合加速度的方向與合速度方向不在同一條直線上，做曲線運(yùn)動(dòng)，故A錯(cuò)誤；B、小船在河水中在垂直河岸方向的速度：v船＝v船0+at＝6m/s﹣0.1×40m/s＝2m/s船運(yùn)動(dòng)的合速度：v=v水2C、40s內(nèi)船沿垂直河岸方向的位移：x=v船0t+12at2=6×D、小船剛好到達(dá)河對(duì)岸，則到達(dá)對(duì)岸時(shí)垂直于河岸方向的速度為零，所以運(yùn)動(dòng)的時(shí)間：t0=0?v船0a=0?6?0.1s＝60s，該過程中小船沿河岸方向運(yùn)動(dòng)的位移為：y故選：D。如圖所示，小船以大小為v（船在靜水中的速度）、方向與上游河岸成θ的速度從O處過河，經(jīng)過一段時(shí)間，正好到達(dá)正對(duì)岸的O′處．現(xiàn)要使小船在更短的時(shí)間內(nèi)過河并且也正好到達(dá)正對(duì)岸的O′處．在水流速度不變的情況下，可采取的方法是（）A．θ角不變且v增大 B．θ角減小且v增大 C．θ角增大且v減小 D．θ角增大且v增大【解答】解：由題意可知，船相對(duì)水的速度為v1，其航線恰好垂直于河岸，當(dāng)水流速度稍有增大，為保持航線不變，且能到達(dá)對(duì)岸，則如圖所示，可知，故D正確，ABC錯(cuò)誤；故選：D。題型四繩（桿）關(guān)聯(lián)速度分解1．模型特點(diǎn)沿繩(或桿)方向的速度分量大小相等．2．思路與方法合運(yùn)動(dòng)→繩拉物體的實(shí)際運(yùn)動(dòng)速度v分運(yùn)動(dòng)→eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(其一：沿繩或桿的速度v1,其二：與繩或桿垂直的分速度v2))方法：v1與v2的合成遵循平行四邊形定則．3．解題的原則：把物體的實(shí)際速度分解為垂直于繩(桿)和平行于繩(桿)兩個(gè)分量，根據(jù)沿繩(桿)方向的分速度大小相等求解．常見的模型如圖8所示．如圖所示，某人通過跨過定滑輪的繩子將小車?yán)蟽A角為α的光滑斜面，人拉動(dòng)繩子的速度v恒定，下列說法正確的是（）A．小車沿斜面上升的過程中，人對(duì)繩子拉力恒定 B．小車沿斜面上升的過程中，小車的動(dòng)能先增大后減小 C．小車沿斜面上升h高的過程中，繩子拉力對(duì)小車做的功大于小車重力勢能的增加量 D．當(dāng)繩子與斜面斜邊的夾角為β時(shí)，小車的速度為v【解答】解：AD、當(dāng)繩子與斜面斜邊的夾角為β時(shí)，將小車的速度進(jìn)行分解，如圖所示；則小車速度v車=v隨β增大，小車的速度增大，所以小車做加速運(yùn)動(dòng)，但不是勻加速直線運(yùn)動(dòng)，人對(duì)繩子的拉力不恒定，故AD錯(cuò)誤；B、隨著小車沿斜面向上運(yùn)動(dòng)，小車速度增大，所以小車的動(dòng)能增大，故B錯(cuò)誤；C、隨著小車沿斜面向上運(yùn)動(dòng)，小車速度增大，此過程中只有拉力和重力做功，根據(jù)功能關(guān)系可得繩子拉力對(duì)小車做的功大于小車克服自身重力做的功，則繩子拉力對(duì)小車做的功大于小車重力勢能的增加量，故C正確。故選：C。如圖所示，用一根長桿和兩個(gè)定滑輪的組合裝置來提升重物M，長桿的一端放在地上通過鉸鏈連接形成轉(zhuǎn)軸，其端點(diǎn)恰好處于左側(cè)滑輪正下方O點(diǎn)處，在桿的中點(diǎn)C處拴一細(xì)繩，繞過兩個(gè)滑輪后掛上重物M，C點(diǎn)與O點(diǎn)距離為L，現(xiàn)在桿的另一端用力，使其逆時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，由豎直位置以角速度ω緩緩轉(zhuǎn)至水平位置（轉(zhuǎn)過了90°角），此過程中下述說法中正確的是（）A．重物M做勻速直線運(yùn)動(dòng) B．重物M先超重后失重 C．重物M的最大速度是ωL，此時(shí)桿水平 D．重物M的速度先減小后增大【解答】解：設(shè)C點(diǎn)線速度方向與繩子方向的夾角為θ（銳角），由題知C點(diǎn)的線速度為vC＝ωL，該線速度在繩子方向上的分速度就為v繩＝ωLcosθ．θ的變化規(guī)律是開始最大（90°）然后逐漸變小，所以，v繩＝ωLcosθ逐漸變大，直至繩子和長桿垂直，繩子的速度變?yōu)樽畲?，為ωL；然后，θ又逐漸增大，v繩＝ωLcosθ逐漸變小，繩子的速度變慢；所以知重物的速度先增大后減小，最大速度為ωL，重物M在豎直方向上先加速后減速，所以重物M先超重后失重，故B正確，ACD錯(cuò)誤。故選：B。（多選）如圖所示，一傾角為θ＝30°的光滑斜面與半徑為R的光滑14圓弧在最高點(diǎn)對(duì)接，斜面固定在水平地面上，圓弧最低點(diǎn)與水平地面相切。質(zhì)量分別為m和M的物塊A與B（可視為質(zhì)點(diǎn)）通過跨過斜面頂端光滑定滑輪的輕繩（長為1.5R）連接。初始時(shí)輕繩伸直，將物塊B由圓弧的最高點(diǎn)靜止釋放，當(dāng)物塊B到達(dá)圓弧最低點(diǎn)時(shí)，物塊A的速度為v0A．物塊B到達(dá)圓弧最低點(diǎn)時(shí)速度大小也為v0 B．當(dāng)物塊B到達(dá)圓弧最低點(diǎn)時(shí)，物塊A的速度最大 C．輕繩對(duì)物塊A做的功為12D．物塊B經(jīng)過圓弧最低點(diǎn)時(shí)受到的支持力小于Mg+2M【解答】解：A、如圖1所示，設(shè)物塊B滑至圓弧最低點(diǎn)時(shí)的速度為v，將其分解為沿繩方向的速度v1和垂直繩方向的速度v2，其中分速度v1＝v0，由幾何關(guān)系可得：v=v1cos45°B、在物塊B沿圓弧向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于物塊B的重力沿輕繩方向的分力越來越小，而物塊A、B的質(zhì)量關(guān)系未知，因此物塊