《福建省届高考物理二轮专题总复习课件专题曲线运动与万有引力》由会员分享，可在线阅读，更多相关《福建省届高考物理二轮专题总复习课件专题曲线运动与万有引力（59页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第1课时 牛顿定律在曲线运动中的应用,专题三 曲线运动与万有引力,曲线运动是物体在一定的动力学条件下的一种运动形式，即当物体的速度与合外力有不为零夹角时物体运动轨迹为曲线根据牛顿运动定律可知，做曲线运动的物体其轨迹向合外力所指的一侧弯曲，反之若已知曲线运动的轨迹，则可判断物体所受合外力的大致方向应指向“凹”侧,一、曲线运动条件的综合应用,例1：如图311所示，一带电粒子以某速度进入水平向右的匀强电场中，在电场力作用下形成图中所示的运动轨迹M和N是轨迹上的两点，其中M点在轨迹的最右点不计重力，下列表述正确的是( ) A粒子在M点的速率最大 B粒子所受电场力沿电场方向 C粒子在电场中的加速度不变
2、D粒子在电场中的电势能始终 在增加,图311,【解析】根据做曲线运动物体的受力特点合力指向轨迹的凹侧，再结合电场力与电场方向平行的特点可知粒子带负电，即受到的电场力方向与电场线方向相反，B错从N到M电场力做负功，减速，电势能在增加当达到M点后电场力做正功加速，电势能在减小，则在M点的速度最小，A错，D错在整个过程中只受电场力，又是匀强电场，根据牛顿第二定律，加速度不变，所以，答案为C.,本题虽是一个关于电场的问题，但是解决问题的关键其实是根据曲线运动的动力学特点以及电场力的特点确定电荷的属性，从而能进一步判断各种结论,(2010新课标卷)静电除尘器是目前普遍采用的一种高效除尘器某除尘器模型的收
3、尘板是很长的条形金属板，图中直线ab为该收尘板的横截面工作时收尘板带正电，其左侧的电场线分布如图312所示；粉尘带负电，在电场力作用下向收尘板运动，最后落在收尘板上若用粗黑曲线表示原来静止于P点的带电粉尘颗粒的运动轨迹，下列4幅图中可能正 确的是(忽略重力和空气阻力)( ),图312,【解析】粉尘受力方向应该是电场线的切线方向，从静止开始运动时，只能是A图情况，不可能出现BCD图的情况,平抛与类平抛都是一种匀变速曲线运动，对于这类曲线运动的处理通常采用运动的合成与分解的方法一般来说，通常是沿着加速度(合力)的方向和垂直加速度(合力)的方向进行正交分解类平抛运动的命题通常会与电场相结合，因此题目
4、有较大的综合程度,二、平抛与类平抛运动,例2： (多选)网球是一项观赏性很强的项目，李娜获2011年澳网亚军，成为亚洲史上最伟大的网球选手如图313为李娜将球在边界处正上方水平向右击出，球刚好过网落在图中位置(不计空气阻力)，相关数据如图，下列说法中正确的是( ),图313,A击球点高度h1与球网高度h2之间的关系为h1=1.8h2 B若保持击球高度不变，球的初速度v0只要不大于 ，一定落在对方界内 C任意降低击球高度(仍大于h2)，只要击球初速度合适，球一定能落在对方界内 D任意增加击球高度，只要击球初速度合适，球一定能落在对方界内,体育运动中有许多运动都可简化为平抛运动的模型，在分析此类问
5、题时一定要注意从实际出发寻找一些关键点，如本题中球刚好过网等,一场排球比赛中，某队正组织起一次有效进攻，主攻手正准备扣球如果将扣球过程当作是将排球水平击出，如图314所示，已知网高H.半场长L，扣球点高h，扣球点离网水平距离s.问：水平扣球速度v是否可为任意值？请计算说明,图314,【解析】将扣球过程抽象为平抛运动研究，可知若扣球速度太大则可能出界，而速度太小又可能不过网，因此扣球速度不能为任意值,解： 令当球恰好能过网的速度为v1 有s=v1t1， 可得 令当球恰好压线时的速度为v2 有s+L=v2t2， 可得,(1)若 ， 则水平扣球速度 可保证球落在界内 (2)若 ，则无论水平扣球速度多
6、大，球都不可能落在界内,圆周运动重在考查向心力的分析以及相关物理量的计算，因此分析圆周运动首先是要找到向心力的来源由于牛顿第二定律具有瞬时性，其应用不局限在匀速圆周运动，常常在一些非匀速圆周运动的瞬时点做文章，如竖直面的“最高点”和“最低点”从命题背景上看，圆周运动可单独命题，但更多与其他物理知识的应用相结合，处理此类综合问题重在找到关键点,三、圆周运动与其他知识的结合,例3：如图315所示，半径为R的环形塑料管竖直放置，AB为该环的水平直径，且管的内径远小于环的半径，环的AB及以下部分处于水平向左的匀强电场中，管的内壁光滑现将一质量为m，带电量为+q的小球从管中A点由静止释放，已知qE=mg
7、.求： (1)小球释放后，第一次经过最低点D 时的速度和对管壁的压力； (2)小球释放后，第一次经 过最高点C时管壁对小球的作用力,图 315,【解析】小球在管内做变速圆周运动，小球经过C、D两位置时，其向心力的大小和速度之间的关系可由牛顿第二定律确定，而速度可由动能定理求得,解：(1)A至D点，由动能定理 ， 在D点，由牛顿第二定律 ， 由牛顿第三定律FN=FN 对管壁的压力为5mg，方向向下 (2)第一次经过C，从A到C点，有 设管壁对小球的作用力向下 ， ， FC1的方向向下,本题属于带电粒子在重力场和电场中做圆周运动的问题，难度中等需要注意两点：一是管对小球的作用力不做功，使用动能定理
8、时可不考虑；二是所分析的两个特殊位置，其向心力有瞬时性，但此时水平的电场力不参与提供向心力,在匀强磁场中，有一摆球带正电的单摆，摆动平面与磁场方向垂直，如图316所示球在摆动过程中(不计空气阻力的作用)( ) A由于受到磁场力的作用，摆球机械能不守恒 B摆球每次通过最低点时，摆线上的拉力总是相等 C摆球每次通过最低点时，向心力 总是相等 D摆球每次通过最高点时，摆线上 的拉力大小总是不相等,图316,【解析】由于带电粒子所受磁场力和摆线的拉力始终与速度方向垂直都不做功，只有重力做功，该带电球机械能守恒，A错小球每次通过最低点时速度大小相等，根据 ，向心力大小相等最低点的向心力由拉力、重力和洛伦
9、兹力的合力提供，但是向左运动和向右运动通过最低点时，洛伦兹力的方向不同，因此摆线的拉力大小不相等当小球运动到最高点时速度为零，小球只受拉力和重力，根据受力分析可得此时拉力大小相等，故C正确，BD错误,临界问题是圆周运动考查的重要模型，临界可分为单临界和双临界，双临界情形的出现通常与杆的作用力或静摩擦力的不确定有关,四、圆周运动的临界问题,例4：在用高级沥青铺设的高速公路上，汽车的最高限速是108km/h.汽车在这种路面上行驶时，它的轮胎与地面的最大静摩擦力等于车重的0.6倍如果汽车在这种高速路的水平弯道上拐弯，假设弯道的路面是水平的，其弯道的最小半径是多少？如果高速路上设计了圆弧拱桥做立交桥，
10、要使汽车能够安全通过圆弧拱桥，这个圆弧拱桥的半径至少是多少？(取 ),【解析】汽车在水平路面上拐弯，可视为汽车做匀速圆周运动，弯道半径越小，所需要向心力就越大，其临界点发生在转弯所需要的向心力由最大静摩擦力来提供,解：根据牛顿第二定律，在最小半径时 由速度v=30m/s，k=0.6 得弯道半径rmin=150m； 汽车过拱桥，看做在竖直平面内做匀速圆 周运动，到达最高点时有 ,为了 保证安全，车对路面的压力N必须大于零， 有 ，则R90m.,A8 rad/s B 2 rad/s C. rad/s D. rad/s,如图317所示，倾斜放置的圆盘绕着中轴匀速转动，圆盘的倾角为37，在距转动中心0
11、.1m处放一小木块，小木块跟随圆盘一起转动，小木块与圆盘的动摩擦因数为0.8，木块与圆盘的最大静摩擦力 与相同条件下的滑动摩擦力相同 若要保持木块不相对圆盘滑动， 圆盘转动的角速度最大值约为(取 )( ),图317,【解析】木块在转到最低点时由于重力的分力背离圆心，此时木块最易相对圆盘滑动，当圆盘转动最快时，木块静摩擦力也达到最大，根据受力分析有 ，代入数据可得 .故选B.,第2课时 万有引力定律的应用,一、天体运动模型的两条思路 中学阶段，天体运动的模型通常都简化为匀速圆周运动模型，因此解决此类问题的方法与研究一般的匀速圆周运动是一样的，就是找到向心力的来源，写出动力学方程，从而分析其他各种
12、相关的物理量如线速度、角速度、周期、天体质量等,例1：已知万有引力常量G，地球半径R，月球和地球间的距离r，同步卫星距地面的高度h，月球绕地球的周期T1,地球的自转周期T2，地球表面的重力加速度g.某同学根据以上条件，提出一种估算地球质量M的方法:同步卫星绕地心做圆周运动,由 得 (1)请判断上面的结果是否正确，并说明理由如不正确，请写出正确的解法和结果 (2)请根据已知条件，再提出两种估算地球质量的方法并解得结果,【解析】本题给出“地-月”和“地-卫”体系中的诸多参数，要求得地球的质量必须让地球成为天体运动模型中的“中心天体”，分析绕地球的天体圆周运动，可得到相应结果,解：(1)题中所给的结
13、果是错误的，同步卫星绕地心运动，其轨道半径应为R+h.正确的解法 是： 得：,方法二： 在地球表面，物体所受的重力近似等于 万 有引力，有： 得：,(1) 本题属于万有引力定律在天文学上的应用类题 目具体表现为研究“中心天体-绕行天体”体系中各物理量间的关系 (2) 解决此类问题的关键是要正确选择合适的研究对象，并简化为圆周运动模型同时还注意天体半径与轨道半径的区别 (3) 万有引力、重力和向心力之间的关系与选择的模型有关，要注意灵活掌握当研究对象是近地卫星或地面上的物体不考虑地球自转时，其重力才等于万有引力,(2010福建) 火星探测项目是我国继神舟载人航天工程、嫦娥探月工程之后又一个重大太
14、空探索项目假设火星探测器在火星表面附近圆形轨道运行周期为T1，神舟飞船在地球表面附近圆形轨道运行周期为T2，火星质量与地球质量之比为p，火星半径与地球半径之比为q，则T1与T2之比为( ),A.,B.,C.,D.,【解析】设中心天体的质量为M，半径为R，当航天器 在星球表面飞行时由 得 所以,二、环绕速度与发射速度 环绕速度是指绕行天体环绕中心天体时的运行速度，即天体圆周运动的线速度而宇宙速度是从地球上发射人造卫星的发射速度，两者是有本质区别的从能量守恒角度容易理解：要发射高轨道的卫星，需要更大的发射速度但根据万有引力提供向心力可得运行速度 ，卫星轨道越大，运行速度则越小需要注意的是第一宇宙速
15、度，它的大小具有双重含义，因为是轨道最小所以是所有可能的卫星中运行速度的最大值，同时在发射近地轨道卫星时无需克服引力做功，因此它又是最小的发射速度,例2：发射地球同步卫星时，先将卫星发射至近地圆形轨道1运行(如图321)，然后点火，使其沿椭圆轨道2运行，最后再次点火，将卫星送入同步圆形轨道3运行设轨道1、2相切于Q点，轨道2、3相切于P点，则卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时: (1)比较卫星经过轨道1、2上的Q点的加速度的大小以及卫星经过轨道2、3上的P点的加速度的大小 (2)设卫星在轨道1、3上的速度大小为v1、v3，在椭圆轨道上Q、P点的速度大小分别是v2、v2，比较四个速度的大小,图321,【解析】同步卫星的发射有两种方法，本题提供了同步卫星的一种发射方法，并考查了卫星在不同轨道上运动的特点 (1)据牛顿第二定律，卫星的加速度是由于地球吸引卫星的引
