高中物理人教版 (2019)必修 第二册第五章 抛体运动2 运动的合成与分解备课ppt课件
展开一、一个平面运动的实例【情境思考】列车以30 m/s的速度沿直线行驶,列车员以相对列车1 m/s的速度运动。(1)列车员与列车行驶方向相同时,列车员2 s内相对地面的位移大小?(2)列车员与列车行驶方向相反时,列车员2 s内相对地面的位移大小?提示:(1)62 m (2)58 m
如图在蜡块匀速上升的同时,将玻璃管紧贴着黑板沿水平方向向右匀速移动。
1.建立坐标系:以蜡块开始匀速运动的位置为原点O,以水平向右的方向和竖直向上的方向分别为x轴和y轴的方向,建立_________坐标系。2.蜡块运动的轨迹:若以vx表示玻璃管向右匀速移动的速度,以vy表示蜡块沿玻璃管匀速上升的速度,则有x=___,y=___。消去t,得到y=_______,可知蜡块的运动轨迹是_____(选填 “直线”或 “曲线”)。3.蜡块运动的速度:v=________,方向满足tanθ= 。
二、运动的合成与分解【情境思考】(1)蜡块的合位移与分位移有什么关系?(2)蜡块的合速度与分速度有什么关系?提示:(1)蜡块的合位移与分位移满足平行四边形定则,两者是等效替代关系。(2)蜡块的合速度与分速度满足平行四边形定则,两者是等效替代关系。
1.合运动与分运动:如果一个物体同时参与_____运动,那么物体实际发生的运动就叫作那几个运动的_______。那几个运动就叫作这个实际运动的_______。2.运动的合成:由分运动求_______的过程。3.运动的分解:由合运动求_______的过程。4.运动的合成与分解实质:对物体的_____、加速度、位移等物理量进行合成与分解。5.运动的合成与分解遵从法则:_____(选填“标量”或“矢量”)运算法则。
【易错辨析】(1)合速度就是两个分速度的代数和。( )(2)合速度不一定大于任一分速度。( )(3)合位移一定大于任意一个分位移。( )(4)运动的合成就是把两个分运动加起来。( )(5)运动的分解就是把一个运动分成两个完全相同的运动。( )
知识点一 运动的合成与分解1.合运动与分运动的关系:
2.合运动性质的判断:(1)若a=0,物体沿合初速度v0的方向做匀速直线运动。(2)若a≠0且a恒定,物体做匀变速运动。(3)若a变化,物体做非匀变速运动。3.合运动轨迹的判断:(1)若a与v0共线,物体做直线运动。(2)若a与v0不共线,物体做曲线运动。
【问题探究】情境:一艘货船需要通过水流恒定的河流将货物运送到正对岸。讨论:(1)如果你是船长,你会选择船头正对河岸的方向渡河吗?为什么?提示:不会,因为在货船渡河时,也会随水流向下游方向运动,无法到达正对岸。
(2)渡河时,这艘货船将要参与几个方向的运动?你会如何确定开船的方向?提示:货船将参与垂直河岸和沿河岸两个方向的运动;为了保证能够到达正对岸,可以让船头偏向上游适当的角度,以使货船的合运动方向垂直河岸。
【典例示范】【典例】一质点在xOy平面内运动的轨迹如图,已知质点在x轴方向的分运动是匀速运动,则关于质点在y轴方向的分运动的描述正确的是( )A.匀速运动B.先匀速运动后加速运动C.先加速运动后减速运动D.先减速运动后加速运动
【解析】选D。质点沿x轴方向做匀速直线运动,故该方向上质点所受外力Fx=0;由图像看出,沿y轴方向,质点运动的轨迹先向y轴负方向弯曲后向y轴正方向弯曲;由质点做曲线运动的条件以及质点做曲线运动时轨迹弯曲方向与所受合外力的关系知,沿y轴方向,该质点先受沿y轴负方向的力,后受沿y轴正方向的力,即质点沿y轴方向先做减速运动后做加速运动,D正确。
【规律方法】运动模型的分类规律
【素养训练】1.(母题追问)在【典例】中,若质点在y轴方向的分运动是匀速运动,则质点在x轴方向的分运动情况如何?【解析】质点沿y轴方向做匀速直线运动,故该方向上质点所受外力Fy=0;由图像看出,沿x轴方向,质点运动的轨迹先向x轴正方向弯曲后向x轴负方向弯曲;由质点做曲线运动的条件以及质点做曲线运动时轨迹弯曲方向与所受合外力的关系知,沿x轴方向,该质点先受沿x轴正方向的力,后受沿x轴负方向的力,即质点沿x轴方向先做加速运动后做减速运动。答案:质点沿x轴方向先做加速运动后做减速运动。
2.(教材二次开发·教材P6【演示】变式)建立如图所示的坐标系,现让玻璃管沿水平方向做初速度为零的匀加速直线运动,同时小蜡块从O点开始沿竖直玻璃管向上做匀速直线运动,那么图中能够大致反映小蜡块运动轨迹的是( )
【解析】选B。合初速度的方向竖直向上,合加速度的方向水平向右,两者不在同一条直线上,必然做曲线运动,根据轨迹每点的切线方向表示速度的方向,轨迹弯曲的方向大致与所受合力的方向一致,故B正确,A、C、D错误。
【加固训练】 关于合运动和分运动,下列说法正确的是( )A.合运动的速度一定比分运动的速度大B.合运动的位移一定比分运动的位移大C.合运动的时间等于分运动的时间D.两个直线运动的合运动一定是直线运动
【解析】选C。速度的合成与位移的合成都遵循平行四边形定则,对角线的长度不一定比平行四边形边长长,即合运动的速度不一定比分运动的速度大,合运动的位移不一定比分运动的位移大,故A、B错误;根据运动合成与分解的性质可知合运动与两个分运动之间具有等时性,故C正确;分运动是直线运动,合运动不一定是直线运动,故D错误。
知识点二 求解合运动或分运动的步骤1.根据题意确定物体的合运动与分运动。2.根据平行四边形定则作出矢量合成或分解的平行四边形。3.根据所画图形求解合运动或分运动的参量。
【问题探究】一艘炮舰正在沿河岸自西向东航行,在炮舰上射击北岸的敌方目标。要想击中目标,射击方向应直接对准目标,还是应该偏东或是偏西一些?提示:应该偏西一些,使其合速度方向正对目标。
【典例示范】【典例】(多选)质量为2 kg的质点在xOy平面内做曲线运动,在x方向的速度—时间图像和y方向的位移—时间图像如图所示,下列说法正确的是( )A.质点的初速度大小为5 m/sB.质点所受的合外力大小为3 N,做匀变速曲线运动C.2 s末质点速度大小为6 m/sD.2 s内质点的位移大小为 m
【解题探究】(1)质点在x方向初速度大小和加速度大小分别为多大?提示:质点在x方向的初速度大小为3 m/s,加速度大小为a= m/s2=1.5 m/s2。(2)质点在y方向运动情况如何?提示:质点在y方向做匀速直线运动,速度大小为v= m/s=4 m/s。
【解析】选A、B、D。由x方向的速度—时间图像可知,在x方向的初速度为3 m/s,加速度为1.5 m/s2,受力Fx=3 N,由y方向的位移—时间图像可知在y方向做匀速直线运动,速度为vy=-4 m/s,受力Fy=0。因此质点的初速度大小为5 m/s,A正确;受到的合外力为3 N,显然,质点初速度方向与合外力方向不在同一条直线上,质点做匀变速曲线运动,B正确;2 s末质点速度大小应该为v合= m/s=2 m/s,C错误;2 s内,x= =9 m,y=-8 m,合位移大小l= = m,D正确。
【素养训练】1.在杂技表演中,猴子沿竖直杆向上做初速度为零、加速度为a的匀加速运动,同时人顶着直杆以速度v0水平匀速移动,经过时间t,猴子沿杆向上移动的高度为h,人顶杆沿水平地面移动的距离为x,如图所示。关于猴子的运动情况,下列说法正确的是( )A.相对地面做匀速直线运动B.相对地面做匀加速直线运动C.t时刻猴子相对地面速度的大小为v0+atD.t时间内猴子相对地面的位移大小为
【解析】选D。猴子在水平方向上的加速度为0,在竖直方向上有恒定的加速度,根据运动的合成,知猴子做曲线运动的加速度不变,做匀变速曲线运动,A、B错误;t时刻猴子在水平方向上的分速度为v0,在竖直方向上的分速度为at,所以合速度v= ,C错误;在t时间内猴子在水平方向和竖直方向上的位移分别为x和h,根据运动的合成,知合位移s= ,D正确。
2.质量m=2 kg的物体在光滑水平面上运动,其相互垂直的分速度vx和vy随时间变化的图线如图a、b所示,求: (1)物体所受的合外力;(2)物体的初速度;(3)t=8 s时物体的速度大小;(4)4 s内物体的位移大小。
【解析】(1)物体在x方向:ax=0;y方向:ay= =0.5 m/s2,根据牛顿第二定律:F合=may=1 N,方向沿y轴正方向。(2)由题图可知vx0=3 m/s, vy0=0,则物体的初速度为v0=3 m/s,方向沿x轴正方向。
(3)由题图知,t=8 s时,vx=3 m/s,vy=4 m/s,物体的合速度为v= =5 m/s(4)4 s内,x=vxt=12 m,y= ayt2=4 m,物体的位移l= =4 m答案:(1)1 N,沿y轴正方向 (2)3 m/s,沿x轴正方向(3)5 m/s (4)4 m
【加固训练】 (多选)如图所示,吊车以v1的速度沿水平直线向右匀速行驶,同时以v2的速度匀速收拢绳索提升物体,下列表述正确的是( ) A.物体的实际运动速度大小为v1+v2B.物体的实际运动速度大小为 C.物体相对地面做曲线运动D.绳索保持竖直状态
【解析】选B、D。物体参与了水平方向上的匀速直线运动,速度为v1,又参与了竖直方向上的匀速直线运动,速度为v2,合运动为匀速直线运动,合速度v= ,选项A、C错误,B正确。由于物体做匀速直线运动,所受合外力为零,所以绳索拉力应竖直向上,绳索应保持竖直状态,选项D正确。
【拓展例题】考查内容:运动的合成与分解的应用【典例】2020年央视春晚加入了非常多的科技元素,在舞台表演中还出现了无人机。现通过传感器将某台无人机上升。向前追踪拍摄的飞行过程转化为竖直向上的速度vy及水平方向速度vx与飞行时间t的关系图像如图所示。则下列说法正确的是( )
A.无人机在t1时刻处于失重状态B.无人机在0~t2这段时间内沿直线飞行C.无人机在t2时刻上升至最高点D.无人机在t2~t3时间内做匀变速运动
【解析】选D。依据图像可知,无人机在t1时刻,在竖直方向向上做匀加速直线运动,而水平方向则是做匀减速直线运动,则无人机有竖直向上的加速度,那么处于超重状态,不是失重状态,故A错误; 由图像可知,无人机在0~t2这段时间,竖直方向向上做匀加速直线运动,而水平方向做匀减速直线运动,那么合加速度与合初速度不共线,所以无人机做曲线运动,即无人机沿曲线上升,故B错误;无人机在竖直方向上,先向上做匀加速直线运动,后向上做匀减速直线运动,因此在t2时刻没有上升至最高点,故C错误;无人机在t2~t3时间内,水平方向做匀速直线运动,而竖直方向向上做匀减速直线运动,因此合运动做匀变速运动,故D正确。
分解:已知合运动求分运动
合成:已知分运动求合运动
3.运用数学公式求几何关系
【生活情境】高空抛物曾经被称为“悬在城市上空的痛”。一个鸡蛋从8楼抛下就可以让人头皮破裂。
探究:(1)从运动的合成与分解的角度,如何研究从空中水平抛出的物体的运动规律?(2)如果一小孩将石块从四楼的窗台处水平抛出,请估算石块下落的时间。
【解析】(1)在忽略空气阻力的情况下,可以将物体的运动分解为水平方向的匀速直线运动和竖直方向的自由落体运动。(2)从四楼的窗台到地面的距离大约为h=10 m由h= gt2解得:t= s答案:(1)见解析 (2) s
【生产情境】起重机是指在一定范围内垂直提升和水平搬运重物的多动作起重机械,又称天车、航吊、吊车。起重机所吊物体在水平方向的运动情况如图甲,在竖直方向的运动情况如图乙。
探究:(1)起重机所吊物体在3 s内做匀变速曲线运动,对吗?(2)在t=4 s时,起重机所吊物体的速度大小。
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