(江苏专用)2020版高考物理新增分大一轮复习第四章曲线运动万有引力与航天第2讲抛体运动讲义(含解析).docx
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1、1第 2 讲 抛体运动一、平抛运动1定义:将物体以一定的初速度沿水平方向抛出,物体只在重力作用下的运动2性质:平抛运动是加速度为 g 的匀变速曲线运动,运动轨迹是抛物线3研究方法:运动的合成与分解(1)水平方向:匀速直线运动;(2)竖直方向:自由落体运动4基本规律(如图 1)图 1(1)位移关系(2)速度关系自测 1 (多选)如图 2 所示, x 轴在水平地面内, y 轴沿竖直方向图中画出了从 y 轴上沿x 轴正方向抛出的三个小球 a、 b 和 c 的运动轨迹,其中 b 和 c 是从同一点抛出的不计空气阻力,则( )图 2A a 的飞行时间比 b 的长B b 和 c 的飞行时间相同C a 的水
2、平速度比 b 的小2D b 的初速度比 c 的大答案 BD自测 2 (多选)某人向放在水平地面上正前方的小桶中水平抛球,结果球划着一条弧线飞到小桶的前方,如图 3 所示不计空气阻力,为了能把小球抛进小桶中,则下次水平抛球时,可能做出的调整为( )图 3A减小初速度,抛出点高度不变B增大初速度,抛出点高度不变C初速度大小不变,降低抛出点高度D初速度大小不变,提高抛出点高度答案 AC二、斜抛运动1定义:将物体以初速度 v0斜向上方或斜向下方抛出,物体只在重力作用下的运动2性质:斜抛运动是加速度为 g 的匀变速曲线运动,运动轨迹是抛物线3研究方法:运动的合成与分解(1)水平方向:匀速直线运动;(2)
3、竖直方向:匀变速直线运动4基本规律(以斜上抛运动为例,如图 4 所示)图 4(1)水平方向: v0x v0cos_ , F 合 x0;(2)竖直方向: v0y v0sin_ , F 合 y mg.自测 3 有 A、 B 两小球, B 的质量为 A 的两倍,现将它们以相同速率沿同一方向抛出,不计空气阻力,如图 5 所示,为 A 的运动轨迹,则 B 的运动轨迹是( )图 5ABCD答案 A3解析 物体做斜抛运动的轨迹只与初速度的大小和方向有关,而与物体的质量无关, A、 B两小球的运动轨迹相同,故 A 项正确.命题点一 平抛运动规律的应用1飞行时间由 t 知,时间取决于下落高度 h,与初速度 v0
4、无关2hg2水平射程x v0t v0 ,即水平射程由初速度 v0和下落高度 h 共同决定,与其他因素无关2hg3落地速度v ,以 表示落地速度与初速度方向的夹角,有vx2 vy2 v02 2ghtan ,落地速度只与初速度 v0和下落高度 h 有关vyvx 2ghv04速度改变量因为平抛运动的加速度为恒定的重力加速度 g,所以做平抛运动的物体在任意相等时间间隔 t 内的速度改变量 v g t 是相同的,方向恒为竖直向下,如图 6 所示图 65两个重要推论图 7(1)做平抛运动的物体在任意时刻的瞬时速度的反向延长线一定通过此时水平位移的中点,如图 7 所示,即 xB .xA2推导:4Error!
5、 xBxA2(2)做平抛运动的物体在任意时刻任意位置处,有 tan 2tan .推导:Error!tan 2tan 例 1 (2018江苏省押题卷)如图 8,将一小球从某一高度水平抛出,抛出 2s 后它的速度方向与水平方向的夹角为 45,落地时位移方向与水平方向的夹角为 60,不计空气阻力,重力加速度 g10m/s 2,则下列说法正确的是( )图 8A小球做平抛运动的初速度是 10m/sB抛出点距地面的高度是 60mC小球做平抛运动的初速度是 20 m/s2D抛出点距地面的高度是 240m答案 D解析 由平抛运动的规律知:抛出 2s 后,tan45 ,得 v0 vy gt120m/s,故 A、
6、Cvyv0错误;落地时 tan60 得: t2 4 s,抛出点距地面的高度yx gt22v0 2v0tan60g 3h gt22240m,故 B 错误,D 正确12拓展点 1 多个物体的平抛运动1多体平抛运动问题是指多个物体在同一竖直平面内平抛时所涉及的问题2三类常见的多体平抛运动(1)若两物体同时从同一高度(或同一点)抛出,则两物体始终在同一高度,二者间距只取决于两物体的水平分运动(2)若两物体同时从不同高度抛出,则两物体高度差始终与抛出点高度差相同,二者间距由两物体的水平分运动和竖直高度差决定(3)若物体从同一点先后抛出,两物体竖直高度差随时间均匀增大,二者间距取决于两物体的水平分运动和竖
7、直分运动例 2 (多选)如图 9,飞机进行投弹训练时以恒定速度沿着与竖直峭壁平面垂直的方向向着竖直峭壁水平飞行,释放炸弹 1 和 2 的时间间隔为 t1;炸弹 1 和 2 均击在竖直峭壁上,且5击中的时间间隔为 t2,击中点间距为 H.不计空气阻力,重力加速度已知根据以上信息可以判断出或求出( )图 9A t1 t2B t1 t2C炸弹 1 离开飞机到击中竖直峭壁的时间D炸弹 2 离开飞机到击中竖直峭壁下落的高度答案 ACD解析 飞机做匀速直线运动,炸弹做平抛运动,炸弹一直在飞机的正下方,炸弹 1 和炸弹 2击在峭壁上的时间间隔 t20,而 t10,故 t1t2,故 A 正确,B 错误;如图所
8、示,平抛运动的竖直分运动是自由落体运动,设炸弹 1 的下落高度为 h1,飞行时间为 t,根据位移公式,有: h1 gt2, h1 H g(t t1)2,两个方程联立可以解出炸弹 1 离开飞机到击中竖直峭壁12 12的时间 t,也能求出炸弹 2 离开飞机到击中竖直峭壁下落的高度 h1 H,故 C、D 正确变式 1 (多选)(2018苏州市期初调研)如图 10 所示,在水平地面上 O 点正上方的 A、 B两点同时水平抛出两个相同小球,它们最后都落到地面上的 C 点,则两球( )图 10A不可能同时落地B落在 C 点的速度方向可能相同C落在 C 点的速度大小可能相同D落在 C 点时重力的瞬时功率不可
9、能相同答案 ACD解析 小球被水平抛出后,在竖直方向做自由落体运动,根据 h gt2,可知高度不同,所12以运动时间一定不同,故 A 正确;小球平抛运动轨迹为抛物线,速度方向为该点的切线方向,分别从 A、 B 两点抛出的小球平抛运动轨迹不同,在 C 点的切线方向也不同,所以落地时速6度方向不可能相同,故 B 错误;由动能定理: mgh mv2 mv02,落地时速度为: v12 12,则知落在 C 点的速度大小可能相同,故 C 正确;落在 C 点时重力的瞬时功率2gh v02P mgvy mg ,当 m 相同、 h 不相同时 P 不可能相同,故 D 正确2gh拓展点 2 斜面上的平抛运动1顺着斜
10、面平抛(如图 11)图 11方法:分解位移x v0t,y gt2,12tan ,yx可求得 t .2v0tang2.对着斜面平抛(如图 12)图 12方法:分解速度vx v0,vy gt,tan ,v0vy v0gt可求得 t .v0gtan7例 3 (2018盐城市三模)如图 13 所示,某次空中投弹的军事演习中,战斗机以恒定速度沿水平方向飞行,先后释放两颗炸弹,分别击中山坡上的 M 点和 N 点释放两颗炸弹的时间间隔为 t1,此过程中飞机飞行的距离为 s1;击中 M、 N 的时间间隔为 t2, M、 N 两点间水平距离为 s2.不计空气阻力下列判断正确的是( )图 13A t1 t2, s
11、1 s2 B t1 t2, s1 s2C t1 t2, s1 s2 D t1 t2, s1 s2答案 A变式 2 (多选)(2018锡山中学模拟)如图 14 所示,足够长的斜面上有 a、 b、 c、 d、 e 五个点, ab bc cd de,从 a 点水平抛出一个小球,初速度为 v 时,小球落在斜面上的 b 点,落在斜面上时的速度方向与斜面夹角为 ;不计空气阻力,则初速度为 2v 时( )图 14A小球可能落在斜面上的 c 点与 d 点之间B小球一定落在斜面上的 e 点C小球落在斜面时的速度方向与斜面夹角大于 D小球落在斜面时的速度方向与斜面夹角也为 答案 BD解析 设斜面与水平方向夹角为
12、, ab bc cd de L0,由题意知,初速度为 v 时,小球落在斜面上的 b 点,则有 L0cos vt1, L0sin gt12,初速度为 2v 时,12Lcos 2 vt2, Lsin gt22,联立解得 L4 L0,则小球一定落在斜面上的 e 点,选项 A12错误,B 正确;设小球落在斜面上时的速度方向与水平方向之间的夹角为 ,由平抛运动规律可知,tan 2tan ,故初速度为 2v 时,小球落在斜面时的速度方向与斜面夹角也为 ,选项 C 错误,D 正确拓展点 3 平抛运动中的临界极值问题在平抛运动中,由于时间由高度决定,水平位移由高度和初速度决定,因而在越过障碍物时,有可能会出现
13、恰好过去或恰好过不去的临界状态,还会出现运动位移的极值等情况一般思路8(1)确定临界状态的轨迹过哪一个临界的点(2)分解该平抛运动,列出相应的位移方程例 4 如图 15 所示,将小球从空中的 A 点以速度 v0水平向右抛出,不计空气阻力,小球刚好擦过竖直挡板落在地面上的 B 点若使小球仍刚好擦过竖直挡板且落在地面上 B 点的右侧,下列方法可行的是( )图 15A在 A 点正上方某位置将小球以小于 v0的速度水平抛出B在 A 点正下方某位置将小球以大于 v0的速度水平抛出C在 A 点将小球以大于 v0的速度水平抛出D在 A 点将小球以小于 v0的速度水平抛出答案 B命题点二 类平抛运动1类平抛运
14、动的受力特点:物体所受合力为恒力,且与初速度的方向垂直2类平抛运动的运动特点:在初速度 v0方向做匀速直线运动,在合外力方向做初速度为零的匀加速直线运动,加速度 a .F合m3类平抛运动问题的处理方法将类平抛运动分解为沿初速度方向的匀速直线运动和垂直于初速度方向(即沿合外力方向)的匀加速直线运动,两分运动彼此独立,互不影响,且与合运动具有等时性例 5 (多选)如图 16 所示, A、 B 两质点以相同的水平速度 v0抛出, A 在竖直面内运动,落地点为 P1, B 沿光滑斜面运动,落地点为 P2,不计空气阻力,比较 P1、 P2在 x 轴方向上距抛出点的远近关系及落地时速度的大小关系,则( )
15、图 16A P1较近 B P1、 P2一样远C A 落地时速率大 D A、 B 落地时速率一样大答案 AD命题点三 斜抛运动斜抛运动是一种理想化运动,常用的处理方法是将其分解为两个简单的直线运动正交分解:如水平方向的匀速运动和竖直方向的竖直上抛或竖直下抛运动9非正交分解:如沿抛出方向的匀速运动和竖直方向的自由落体运动对斜上抛运动从抛出到最高点的运动,可逆过程分析为平抛运动,分析完整的斜上抛运动,还可根据对称性求解某些问题例 6 (2018扬州市一模)某士兵练习迫击炮打靶,如图 17 所示,第一次炮弹落点在目标A 的右侧,第二次调整炮弹发射方向后恰好击中目标,忽略空气阻力的影响,每次炮弹发射速度
16、大小相等,下列说法正确的是( )图 17A第二次炮弹在空中运动时间较长B两次炮弹在空中运动时间相等C第二次炮弹落地速度较大D第二次炮弹落地速度较小答案 A解析 斜上抛运动在竖直方向为竖直上抛运动,在水平方向是匀速直线运动,设上升的高度为 H,运动的时间为 t,根据竖直上抛运动的规律可得: H g 2,解得: t ,所以第12(t2) 8Hg二次炮弹在空中运动时间较长,故 A 正确,B 错误;每次炮弹发射速度大小相等,根据对称性可知,落地时二者的速度大小相等,故 C、D 错误变式 3 (2019响水中学模拟)体育课进行定点投篮训练,某次训练中,篮球运动轨迹如图 18 中虚线所示下列所做的调整肯定
17、不能使球落入篮筐的是( )图 18A保持球抛出方向不变,增加球出手时的速度B保持球抛出方向不变,减小球出手时的速度C增加球出手时的速度,减小球速度方向与水平方向的夹角D增加球出手时的速度,增大球速度方向与水平方向的夹角答案 B解析 设球抛出的初速度为 v,与水平方向的夹角为 ,则水平初速度 vx vcos ,竖直初速度 vy vsin ;保持球抛出方向不变,增加球出手时的速度,则竖直分速度增大,运10动时间变长,水平分速度增大,水平位移增大,可能落入篮筐,A 错误;同理可知,保持球抛出方向不变,减小球出手时的速度,一定不能落入篮筐,B 正确;增加球出手时的速度,减小球速度方向与水平方向的夹角,
18、水平分速度变大,可能落入篮筐,C 错误;增加球出手时的速度,增大球速度方向与水平方向的夹角,运动时间增大,水平方向分速度可能增大,篮球运动时间变长,可能落入篮筐,D 错误拓展点 逆向思维法求解斜抛问题例 7 (多选)(2018盐城市期中)如图 19 所示,某运动员在 B 处将壁球沿与水平方向成 角斜向上击出,经一段时间 t,壁球垂直击中竖直墙壁,反向弹回时速度比击中前小运动员调整位置,在壁球击出的同一高度将反弹的壁球接住则(不计空气阻力)( )图 19A从壁球反弹到被运动员接住的时间也为 tB运动员接住壁球的位置,应在靠近墙壁的位置 CC运动员接住壁球的位置,应在远离墙壁的位置 AD运动员接住
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