物理第四章 曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng) 萬(wàn)有引力與航天 第2講 拋體運(yùn)動(dòng)
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1、第四章第四章 曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng) 萬(wàn)有引力與航天萬(wàn)有引力與航天第第2 2講講 拋體運(yùn)動(dòng)拋體運(yùn)動(dòng)過(guò)好雙基關(guān)一、平拋運(yùn)動(dòng)一、平拋運(yùn)動(dòng)1.定義:將物體以一定的初速度沿水平方向拋出,物體只在 作用下的運(yùn)動(dòng).2.性質(zhì):平拋運(yùn)動(dòng)是加速度為g的 曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng),運(yùn)動(dòng)軌跡是拋物線(xiàn).3.研究方法:運(yùn)動(dòng)的合成與分解(1)水平方向: 直線(xiàn)運(yùn)動(dòng);(2)豎直方向: 運(yùn)動(dòng).4.基本規(guī)律(如圖1)圖1重力勻變速勻速自由落體(1)位移關(guān)系(2)速度關(guān)系v0tgt自測(cè)自測(cè)1一個(gè)物體以初速度v0水平拋出,落地時(shí)速度為v,則運(yùn)動(dòng)時(shí)間為(不計(jì)空氣阻力)答案自測(cè)自測(cè)2(多選)某人向放在水平地面上正前方的小桶中水平拋球,結(jié)果球劃著一條弧線(xiàn)飛到小
2、桶的前方,如圖2所示.不計(jì)空氣阻力,為了能把小球拋進(jìn)小桶中,則下次再水平拋球時(shí),可能做出的調(diào)整為A.減小初速度,拋出點(diǎn)高度不變B.增大初速度,拋出點(diǎn)高度不變C.初速度大小不變,降低拋出點(diǎn)高度D.初速度大小不變,提高拋出點(diǎn)高度答案圖2二、斜拋運(yùn)動(dòng)二、斜拋運(yùn)動(dòng)1.定義:將物體以初速度v0 或斜向下方拋出,物體只在 作用下的運(yùn)動(dòng).2.性質(zhì):斜拋運(yùn)動(dòng)是加速度為g的 曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng),運(yùn)動(dòng)軌跡是 .3.研究方法:運(yùn)動(dòng)的合成與分解(1)水平方向: 直線(xiàn)運(yùn)動(dòng);(2)豎直方向: 直線(xiàn)運(yùn)動(dòng).4.基本規(guī)律(以斜上拋運(yùn)動(dòng)為例,如圖3所示)(1)水平方向:v0 x ,F(xiàn)合x(chóng)0;(2)豎直方向:v0y ,F(xiàn)合ymg.v0sin
3、 斜向上方重力勻變速拋物線(xiàn)勻速勻變速v0cos 圖3自測(cè)自測(cè)3有A、B兩小球,B的質(zhì)量為A的兩倍,現(xiàn)將它們以相同速率沿同一方向拋出,不計(jì)空氣阻力,如圖4所示,為A的運(yùn)動(dòng)軌跡,則B的運(yùn)動(dòng)軌跡是A. B. C. D.解析解析物體做斜拋運(yùn)動(dòng)的軌跡只與初速度的大小和方向有關(guān),而與物體的質(zhì)量無(wú)關(guān),A、B兩小球的運(yùn)動(dòng)軌跡相同,故A項(xiàng)正確.圖4答案解析研透命題點(diǎn)1.飛行時(shí)間飛行時(shí)間命題點(diǎn)一平拋運(yùn)動(dòng)基本規(guī)律的應(yīng)用能力考點(diǎn)師生共研能力考點(diǎn)師生共研2.水平射程水平射程3.落地速度落地速度4.速度改變量速度改變量因?yàn)槠綊佭\(yùn)動(dòng)的加速度為恒定的重力加速度g,所以做平拋運(yùn)動(dòng)的物體在任意相等時(shí)間間隔t內(nèi)的速度改變量vgt是
4、相同的,方向恒為豎直向下,如圖5所示.圖55.兩個(gè)重要推論兩個(gè)重要推論(1)做平拋運(yùn)動(dòng)的物體在任意時(shí)刻的瞬時(shí)速度的反向延長(zhǎng)線(xiàn)一定通過(guò)此時(shí)水平位移的中點(diǎn),如圖6所示,即xB .推導(dǎo):圖6(2)做平拋運(yùn)動(dòng)的物體在任意時(shí)刻任意位置處,有tan 2tan .推導(dǎo):類(lèi)型類(lèi)型1單個(gè)物體的平拋運(yùn)動(dòng)單個(gè)物體的平拋運(yùn)動(dòng)例例1(2017全國(guó)卷15)發(fā)球機(jī)從同一高度向正前方依次水平射出兩個(gè)速度不同的乒乓球(忽略空氣的影響).速度較大的球越過(guò)球網(wǎng),速度較小的球沒(méi)有越過(guò)球網(wǎng).其原因是A.速度較小的球下降相同距離所用的時(shí)間較多B.速度較小的球在下降相同距離時(shí)在豎直方向上的速度較大C.速度較大的球通過(guò)同一水平距離所用的時(shí)間
5、較少D.速度較大的球在相同時(shí)間間隔內(nèi)下降的距離較大答案解析解析解析由題意知,兩個(gè)乒乓球均做平拋運(yùn)動(dòng),則根據(jù)h gt2及vy22gh可知,乒乓球的運(yùn)動(dòng)時(shí)間、下降的高度及豎直方向速度的大小均與水平速度大小無(wú)關(guān),故選項(xiàng)A、B、D均錯(cuò)誤;由發(fā)出點(diǎn)到球網(wǎng)的水平位移相同時(shí),速度較大的球運(yùn)動(dòng)時(shí)間短,在豎直方向下落的距離較小,可以越過(guò)球網(wǎng),故C正確.變式變式1(多選)(2017江西南昌3月模擬)如圖7所示,空間有一底面處于水平地面上的正方體框架ABCDA1B1C1D1,從頂點(diǎn)A沿不同方向平拋一小球(可視為質(zhì)點(diǎn)).關(guān)于小球的運(yùn)動(dòng),下列說(shuō)法正確的是A.落點(diǎn)在A1B1C1D1內(nèi)的小球,落在C1點(diǎn)時(shí)平拋的初 速度最大
6、B.落點(diǎn)在B1D1上的小球,平拋初速度的最小值與最 大值之比是1C.運(yùn)動(dòng)軌跡與AC1相交的小球,在交點(diǎn)處的速度方向 都相同D.運(yùn)動(dòng)軌跡與A1C相交的小球,在交點(diǎn)處的速度方向都相同圖7答案解析凡運(yùn)動(dòng)軌跡與AC1相交的小球,位移偏轉(zhuǎn)角相同,設(shè)速度偏轉(zhuǎn)角為,由平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律有tan 2tan ,故相同,則運(yùn)動(dòng)軌跡與AC1相交的小球,在交點(diǎn)處的速度方向都相同,C項(xiàng)正確,同理可知D項(xiàng)錯(cuò)誤.例例2(2017全國(guó)卷17)如圖8,半圓形光滑軌道固定在水平地面上,半圓的直徑與地面垂直,一小物塊以速度v從軌道下端滑入軌道,并從軌道上端水平飛出,小物塊落地點(diǎn)到軌道下端的距離與軌道半徑有關(guān),此距離最大時(shí),對(duì)應(yīng)的軌道半徑
7、為(重力加速度大小為g)答案解析圖8小物塊做平拋運(yùn)動(dòng)時(shí),落地點(diǎn)到軌道下端的距離xv1t,變式變式2如圖9所示為足球球門(mén),球門(mén)寬為L(zhǎng).一個(gè)球員在球門(mén)中心正前方距離球門(mén)s處高高躍起,將足球頂入球門(mén)的左下方死角(圖中P點(diǎn)).球員頂球點(diǎn)的高度為h,足球做平拋運(yùn)動(dòng)(足球可看成質(zhì)點(diǎn)),則圖9答案解析類(lèi)型類(lèi)型2多個(gè)物體的平拋運(yùn)動(dòng)多個(gè)物體的平拋運(yùn)動(dòng)1.若兩物體同時(shí)從同一高度(或同一點(diǎn))拋出,則兩物體始終在同一高度,二者間距只取決于兩物體的水平分運(yùn)動(dòng).2.若兩物體同時(shí)從不同高度拋出,則兩物體高度差始終與拋出點(diǎn)高度差相同,二者間距由物體的水平分運(yùn)動(dòng)和豎直高度差決定.3.若兩物體從同一點(diǎn)先后拋出,兩物體豎直高度差隨
8、時(shí)間均勻增大,二者間距取決于兩物體的水平分運(yùn)動(dòng)和豎直分運(yùn)動(dòng).4.兩條平拋運(yùn)動(dòng)軌跡的相交處只是兩物體的可能相遇處,兩物體必須同時(shí)到達(dá)此處才會(huì)相遇.例例3如圖10所示,A、B兩小球從相同高度同時(shí)水平拋出,經(jīng)過(guò)時(shí)間t在空中相遇.若兩球的拋出速度都變?yōu)樵瓉?lái)的2倍,則兩球從拋出到相遇經(jīng)過(guò)的時(shí)間為圖10答案解析變式變式3在水平路面上做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的小車(chē)上有一固定的豎直桿,車(chē)上的三個(gè)水平支架上有三個(gè)完全相同的小球A、B、C,它們離地面的高度分別為3h、2h和h,當(dāng)小車(chē)遇到障礙物P時(shí),立即停下來(lái),三個(gè)小球同時(shí)從支架上水平拋出,先后落到水平路面上,如圖11所示,不計(jì)空氣阻力,則下列說(shuō)法正確的是A.三個(gè)小球落地時(shí)
9、間差與車(chē)速有關(guān)B.三個(gè)小球落地點(diǎn)的間隔距離L1L2C.三個(gè)小球落地點(diǎn)的間隔距離L1L2答案解析圖11解析解析落地時(shí)間只與下落的高度有關(guān),故A項(xiàng)錯(cuò)誤;模型模型1對(duì)著豎直墻壁平拋對(duì)著豎直墻壁平拋如圖12所示,水平初速度v0不同時(shí),雖然落點(diǎn)不同,但水平位移d相同,t .圖12命題點(diǎn)二有約束條件的平拋運(yùn)動(dòng)模型能力考點(diǎn)師生共研能力考點(diǎn)師生共研例例4(多選)從豎直墻的前方A處,沿AO方向水平發(fā)射三顆彈丸a、b、c,在墻上留下的彈痕如圖13所示,已知Oaabbc,則a、b、c三顆彈丸(不計(jì)空氣阻力)答案解析圖13模型模型2斜面上的平拋問(wèn)題斜面上的平拋問(wèn)題1.順著斜面平拋(如圖14)方法:分解位移.xv0t,
10、圖142.對(duì)著斜面平拋(如圖15)方法:分解速度.vxv0,vygt,圖15例例5(多選)(2018陜西西安調(diào)研)如圖16所示,傾角為的斜面上有A、B、C三點(diǎn),現(xiàn)從這三點(diǎn)分別以不同的初速度水平拋出一小球,三個(gè)小球均落在斜面上的D點(diǎn),今測(cè)得ABBCCD531,由此可判斷(不計(jì)空氣阻力)A.A、B、C處三個(gè)小球運(yùn)動(dòng)時(shí)間之比為123B.A、B、C處三個(gè)小球落在斜面上時(shí)速度與初速度 間的夾角之比為111C.A、B、C處三個(gè)小球的初速度大小之比為321D.A、B、C處三個(gè)小球的運(yùn)動(dòng)軌跡可能在空中相交答案解析圖16解析解析由于沿斜面ABBCCD531,故三個(gè)小球豎直方向運(yùn)動(dòng)的位移之比為941,運(yùn)動(dòng)時(shí)間之比
11、為321,A項(xiàng)錯(cuò)誤;斜面上平拋的小球落在斜面上時(shí),速度與初速度之間的夾角滿(mǎn)足tan 2tan ,與小球拋出時(shí)的初速度大小和位置無(wú)關(guān),因此B項(xiàng)正確;同時(shí)tan ,所以三個(gè)小球的初速度大小之比等于運(yùn)動(dòng)時(shí)間之比,為321,C項(xiàng)正確;三個(gè)小球的運(yùn)動(dòng)軌跡(拋物線(xiàn))在D點(diǎn)相切,因此不會(huì)在空中相交,D項(xiàng)錯(cuò)誤.變式變式4(多選)如圖17所示,斜面傾角為,位于斜面底端A正上方的小球以初速度v0正對(duì)斜面頂點(diǎn)B水平拋出,小球到達(dá)斜面經(jīng)過(guò)的時(shí)間為t,重力加速度為g,空氣阻力不計(jì),則下列說(shuō)法中正確的是圖17答案解析模型模型3半圓內(nèi)的平拋問(wèn)題半圓內(nèi)的平拋問(wèn)題聯(lián)立兩方程可求t.圖18例例6如圖19所示,薄半球殼ACB的水平
12、直徑為AB,C為最低點(diǎn),半徑為R.一個(gè)小球從A點(diǎn)以速度v0水平拋出,不計(jì)空氣阻力.則下列判斷正確的是A.只要v0足夠大,小球可以擊中B點(diǎn)B.v0取值不同時(shí),小球落在球殼上的速度方向和水平 方向之間的夾角可以相同C.v0取值適當(dāng),可以使小球垂直撞擊到半球殼上D.無(wú)論v0取何值,小球都不可能垂直撞擊到半球殼上答案解析圖19解析解析小球做平拋運(yùn)動(dòng),豎直方向有位移,v0再大也不可能擊中B點(diǎn),A錯(cuò)誤;v0不同,小球會(huì)落在半球殼內(nèi)不同點(diǎn)上,落點(diǎn)和A點(diǎn)的連線(xiàn)與AB的夾角不同,由推論tan 2tan 可知,小球落在半球殼的不同位置上時(shí)的速度方向和水平方向之間的夾角也不相同,若小球垂直撞擊到半球殼上,則其速度反
13、向延長(zhǎng)線(xiàn)一定經(jīng)過(guò)半球殼的球心,且該反向延長(zhǎng)線(xiàn)與AB的交點(diǎn)為水平位移的中點(diǎn),而這是不可能的,故B、C錯(cuò)誤,D正確.變式變式5如圖20,豎直平面內(nèi)有一段圓弧MN,小球從圓心O處水平拋出.若初速度為va,將落在圓弧上的a點(diǎn);若初速度為vb,將落在圓弧上的b點(diǎn).已知Oa、Ob與豎直方向的夾角分別為、,不計(jì)空氣阻力,則圖20答案解析解析解析小球水平拋出,其做平拋運(yùn)動(dòng),由平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律知,若落到a點(diǎn),則有Rsin vata若落到b點(diǎn),則有Rsin vbtb例例7如圖21所示,小球自樓梯頂?shù)钠脚_(tái)上以水平速度v0做平拋運(yùn)動(dòng),所有階梯的高度為0.20 m,寬度為0.40 m,重力加速度g取10 m/s2.(1)求
14、小球拋出后能直接打到第1級(jí)階梯上v0的范圍;命題點(diǎn)三平拋運(yùn)動(dòng)的臨界和極值問(wèn)題能力考點(diǎn)師生共研能力考點(diǎn)師生共研圖21答案答案0v02 m/s答案解析(2)求小球拋出后能直接打到第2級(jí)階梯上v0的范圍;答案答案2 m/sv02 m/s答案解析(3)若小球以10.4 m/s的速度水平拋出,則小球直接打到第幾級(jí)階梯上?答案答案28答案解析解得27.04nvB,A、B兩球分別打到高墻a、b兩點(diǎn),則有(不計(jì)空氣阻力)A.a點(diǎn)在b點(diǎn)的上方B.a點(diǎn)在b點(diǎn)的下方C.A球打到a點(diǎn)的速率一定大于B球打到b點(diǎn)的速率D.A球打到a點(diǎn)的速率一定小于B球打到b點(diǎn)的速率123456789101112答案解析123456789
15、1011123.(2018福建福州調(diào)研)從距地面h高度水平拋出一小球,落地時(shí)速度方向與水平方向的夾角為,不計(jì)空氣阻力,重力加速度為g,下列結(jié)論中正確的是C.若小球初速度減為原來(lái)的一半,則平拋運(yùn)動(dòng)的時(shí)間變?yōu)樵瓉?lái)的兩倍D.若小球初速度減為原來(lái)的一半,則落地時(shí)速度方向與水平方向的夾角 變?yōu)?123456789101112答案4.(2017廣東佛山二模)2016年起,我國(guó)空軍出動(dòng)“戰(zhàn)神”轟-6K等戰(zhàn)機(jī)赴南海戰(zhàn)斗巡航.如圖2,某次戰(zhàn)備投彈訓(xùn)練,飛機(jī)在水平方向做加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中投下一顆模擬彈.飛機(jī)飛行高度為h,重力加速度為g,不計(jì)空氣阻力,則以下說(shuō)法正確的是A.在飛行員看來(lái)模擬彈做平拋運(yùn)動(dòng)B.模擬彈下
16、落到海平面的時(shí)間為C.在飛行員看來(lái)模擬彈做自由落體運(yùn)動(dòng)D.若戰(zhàn)斗機(jī)做加速向下的俯沖運(yùn)動(dòng),此時(shí)飛行員一定處于失重狀態(tài)123456789101112圖2答案解析解析解析模擬彈相對(duì)于海面做平拋運(yùn)動(dòng),其水平方向做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng),因飛機(jī)在水平方向做加速運(yùn)動(dòng),所以在飛行員看來(lái)模擬彈做的既不是平拋運(yùn)動(dòng),也不是自由落體運(yùn)動(dòng),A、C項(xiàng)錯(cuò)誤.123456789101112“加速”是指其有一定的加速度,“向下”是指其豎直向下的分速度不為0,但其加速度未必有豎直向下的分量,則飛行員不一定處于失重狀態(tài),D項(xiàng)錯(cuò)誤.5.如圖3所示,窗子上、下沿間的高度H1.6 m,墻的厚度d0.4 m,某人在離墻壁距離L1.4 m、距窗子上
17、沿h0.2 m處的P點(diǎn),將可視為質(zhì)點(diǎn)的小物件以v的速度水平拋出,小物件直接穿過(guò)窗口并落在水平地面上,空氣阻力不計(jì),取g10 m/s2.則v的取值范圍是A.v7 m/sB.v2.3 m/sC.3 m/sv7 m/sD.2.3 m/sv3 m/s123456789101112答案圖36.如圖4所示,小球由傾角為45的斜坡底端P點(diǎn)正上方某一位置Q處自由下落,下落至P點(diǎn)的時(shí)間為t1,若小球從同一點(diǎn)Q處以速度v0水平向左拋出,恰好垂直撞在斜坡上,運(yùn)動(dòng)時(shí)間為t2,不計(jì)空氣阻力,則t1t2等于123456789101112答案圖47.(2017河南百校聯(lián)盟4月模擬)如圖5所示,斜面體ABC固定在水平地面上,
18、斜面的高AB為 m,傾角為37,且D是斜面的中點(diǎn),在A點(diǎn)和D點(diǎn)分別以相同的初速度水平拋出一個(gè)小球,結(jié)果兩個(gè)小球恰能落在地面上的同一點(diǎn),則落地點(diǎn)到C點(diǎn)的水平距離為圖5123456789101112答案解析8.一階梯如圖6所示,其中每級(jí)臺(tái)階的高度和寬度都是0.4 m,一小球以水平速度v飛出,g取10 m/s2,空氣阻力不計(jì),欲打在第四臺(tái)階上,則v的取值范圍是123456789101112答案解析圖61234567891011129.如圖7所示,套圈游戲是一項(xiàng)很受兒童歡迎的活動(dòng),要求每次從同一位置水平拋出圓環(huán),套住與圓環(huán)前端水平距離為3 m、高為20 cm的豎直細(xì)桿,即為獲勝.一身高1.4 m的兒童
19、從距地面1 m高度水平拋出圓環(huán),圓環(huán)半徑為10 cm,要想套住細(xì)桿,他水平拋出的速度可能為(g取10 m/s2,空氣阻力不計(jì))A.7.4 m/s B.9.6 m/sC.7.8 m/s D.8.2 m/s123456789101112答案解析綜合提升練綜合提升練圖7解析解析圓環(huán)做平拋運(yùn)動(dòng),圓環(huán)距細(xì)桿上端的豎直距離為H0.8 m,又知圓環(huán)在豎直方向做自由落體運(yùn)動(dòng),則有H gt2,解得t0.4 s,圓環(huán)后端與細(xì)桿的水平距離為3.2 mv1t,得v18 m/s,圓環(huán)前端與細(xì)桿的水平距離為3 mv2t,得v27.5 m/s,所以要想套住細(xì)桿,圓環(huán)水平拋出的速度范圍為7.5 m/sv8 m/s,故選C.1
20、2345678910111210.橫截面為直角三角形的兩個(gè)相同斜面緊靠在一起,固定在水平面上,如圖8所示,它們的豎直邊長(zhǎng)都是底邊長(zhǎng)的一半,現(xiàn)有三個(gè)小球從左邊斜面的頂點(diǎn)以不同的初速度向右平拋,最后落在斜面上,其落點(diǎn)分別是a、b、c.下列判斷正確的是A.圖中三小球比較,落在a點(diǎn)的小球飛行時(shí)間最短B.圖中三小球比較,落在c點(diǎn)的小球飛行過(guò)程速度變化最大C.圖中三小球比較,落在c點(diǎn)的小球飛行過(guò)程速度變化最快D.無(wú)論小球拋出時(shí)初速度多大,落到兩個(gè)斜面上的瞬時(shí)速度都不可能與 斜面垂直123456789101112答案解析圖8速度變化快慢由加速度決定,因?yàn)閍aabacg,則知三個(gè)小球飛行過(guò)程中速度變化快慢相同
21、,C項(xiàng)錯(cuò)誤.12345678910111212345678910111211.(2018貴州興義質(zhì)檢)某新式可調(diào)火炮,水平射出的炮彈可視為平拋運(yùn)動(dòng).如圖9,目標(biāo)是一個(gè)剖面為90的扇形山崖OAB,半徑為R(R為已知),重力加速度為g.(1)若以初速度v0(v0為已知)射出,恰好垂直打在圓弧的中點(diǎn)C,求炮彈到達(dá)C點(diǎn)所用的時(shí)間;123456789101112圖9答案解析123456789101112解析解析設(shè)炮彈的質(zhì)量為m,炮彈做平拋運(yùn)動(dòng),其恰好垂直打在圓弧的中點(diǎn)C時(shí),如圖,由幾何關(guān)系可知,其水平分速度和豎直分速度相等,即vyvxv0又vygt(2)若在同一高地P先后以不同速度射出兩發(fā)炮彈,擊中A點(diǎn)
22、的炮彈運(yùn)行的時(shí)間是擊中B點(diǎn)的兩倍,O、A、B、P在同一豎直平面內(nèi),求高地P離A的高度.解析解析設(shè)高地P離A的高度為h,則有123456789101112答案解析12.如圖10所示,傾角為37的粗糙斜面的底端有一質(zhì)量m1 kg的凹形小滑塊,小滑塊與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)0.25.現(xiàn)小滑塊以某一初速度v從斜面底端上滑,同時(shí)在斜面正上方有一小球以速度v0水平拋出,經(jīng)過(guò)0.4 s,小球恰好垂直斜面落入凹槽,此時(shí),小滑塊還在上滑過(guò)程中.空氣阻力不計(jì),已知sin 370.6,cos 370.8,g取10 m/s2,求:(1)小球水平拋出的速度v0的大?。淮鸢复鸢? m/s圖10解析解析設(shè)小球落入凹槽時(shí)豎直速度為vy,則vygt100.4 m/s4 m/sv0vytan 373 m/s.123456789101112答案解析(2)小滑塊的初速度v的大小.答案答案5.35 m/s解析解析小球落入凹槽時(shí)的水平位移xv0t30.4 m1.2 m小滑塊上滑時(shí),由牛頓第二定律有mgsin 37mgcos 37ma解得a8 m/s2解得v5.35 m/s.123456789101112答案解析
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