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高中物理人教版 (2019)必修 第二册2 运动的合成与分解同步练习题
展开【基础题组】
如图是码头的旋臂式起重机,当起重机旋臂水平向右保持静止时,吊着货物的天车沿旋臂向右匀速行驶,同时天车又使货物沿竖直方向先做匀加速运动,后做匀减速运动.该过程中货物的运动轨迹可能是下图中的( )
A.
B.
C.
D.
【答案】C
【解析】
货物在水平方向上做匀速直线运动,竖直方向上先做匀加速直线运动,加速度方向向上,因为合加速度的方向竖直向上,与合速度不在同一条直线上,合运动的轨迹为曲线。因为加速度的方向(即合力的方向)大致指向轨迹凹的一向,即先向上弯曲;然后货物在竖直方向做减速运动,同上分析可知,在后一段弯曲的方向向下,故ABD错误,故C正确。
故选C。
关于运动的合成,下列说法正确的是( )
A. 两个分运动是匀速直线运动,则合运动一定是匀速直线运动;
B. 两个分运动是匀加速直线运动,则合运动一定是匀加速直线运动;
C. 合运动的速度一定比分运动的速度大;
D. 合运动的时间一定比两个分运动的时间少.
【答案】A
【解析】
A.两个匀速直线运动,没有加速度,则合运动也一定是匀速直线运动,故A正确;
B.根据运动的合成知,两个匀变速直线运动的合运动,根据合速度与合加速度的方向确定,若共线仍然是直线运动;若不共线,则是曲线运动,故B错误;
C.根据平行四边形定则,合运动的速度不一定比分运动的速度大,故C错误;
D.分运动与合运动具有等时性,故D错误。
故选A。
关于运动的合成和分解,下列说法正确的是( )
A. 匀变速运动的轨迹可以是直线,也可以是曲线
B. 合运动的时间等于两个分运动的时间之和
C. 曲线运动的加速度方向可能与速度在同一直线上
D. 分运动是直线运动,则合运动必是直线运动
【答案】A
【解析】
A.由物体做曲线运动的条件可知,当加速度方向与初速度方向共线时,是直线运动,不共线时是曲线运动,如自由落体运动就是直线运动,平抛运动就是曲线运动,故A正确;
B.由合运动与分运动的等时性可知,二者时间相等,故B错误;
C.由物体做曲线运动的条件可知,当加速度方向与初速度方向共线时,是直线运动,不共线时是曲线运动,故C错误;
D.例如平抛运动,水平方向是匀速直线运动,竖直方向是自由落体运动,合运动是曲线运动,故D错误。
故选A。
如图所示,甲、乙两船在静水中的速度相等,船头与河岸上、下游夹角均为θ,水流速度恒定,下列说法正确的是( )
A. 甲船渡河时间短,乙船渡河时间长
B. 甲船渡河的实际速度小于乙船的实际速度
C. 乙船渡河的位移大小可能等于河宽
D. 在渡河过程中,甲、乙两船有可能相遇
【答案】B
【解析】
A.根据已知条件得出,两船垂直于河岸方向的分速度相等,故甲船渡河时间等于乙船渡河时间,故A错误;
B.两船的合速度大小都等于船速与水流速度的合成,由两船船速与水速之间的夹角可知,甲船渡河的实际速度小于乙船的实际速度,故B正确;
C.当船的合速度方向垂直于河岸时,船渡河的实际位移大小等于河宽,此时乙船的合速度方向一定不可能垂直于河岸,乙船渡河的实际位移大小不可能等于河宽,故C错误;
D.在渡河过程中,甲船的沿河岸的分速度小于乙船,垂直于河岸方向的分速度相等,甲、乙两船不可能相遇,故D错误。
故选B。
一条东西走向的小河各处的水流速度相同且恒定不变.一小船从河岸的A点出发开始渡河,船相对于水以相同的初速度分别做匀加速、匀减速、匀速直线运动,其到达对岸的过程中的运动轨迹如图所示.已知船在渡河过程中船头方向始终垂直于岸边.下列说法正确的是
A. 水流的方向自东向西
B. 沿虚线AB轨迹渡河所用的时间最短
C. 沿三条不同路径渡河所用的时间相同
D. 船相对于水做匀加速直线运动的渡河轨迹如虚线AD所示
【答案】B
【解析】
A.依据运动的合成与分解,可知,水流的方向自西向东,故A错误;
B.沿AB轨迹,船是匀加速运动,则船到达对岸的速度最大,所以使用的时间最短,故B正确;
C.船相对于水的初速度大小均相同,方向垂直于岸边,因运动的性质不同,则渡河时间也不同,故C错误;
D.沿AC轨迹,合速度不变,说明船相对于水的速度不变;沿AB轨迹运动,由图可知,弯曲的方向向上,所以沿垂直于河岸的方向做加速运动;而沿AD的轨迹的运动弯曲的方向向下,可知小船沿垂直于河岸的方向做减速运动,故D错误。
故选B。
河水由西向东流,河宽为800m,河中各点的水流速度大小为v水,各点到较近河岸的距离为x,v水与x的关系为v水=3400x(m/s),让小船船头垂直河岸由南向北渡河,小船在静水中的速度大小恒为v船=4m/s,下列说法正确的是( )
A. 小船渡河的轨迹为直线
B. 小船在河水中的最大速度是213m/s
C. 小船渡河的时间是200s
D. 小船在距南岸200m处的速度小于距北岸200m处的速度
【答案】C
【解析】解:A.小船在垂直河岸方向上做匀速直线运动,在沿河岸方向上做变速运动,合加速度的方向与合速度方向不在同一条直线上,做曲线运动,故A错误;
B.当小船行驶到河中央时,v水=3400×400m=3m/s,那么小船在河水中的最大速度vmax=32+42m/s=5m/s,故B错误;
C.小船船头垂直河岸由南向北渡河,那么小船渡河的时间是t=dv船=8004s=200s,故C正确;
D.小船在距南岸200m处的河水速度大小与距北岸200m处的河水速度大小相等,根据矢量的合成法则,则两种情况的合速度大小相等,故D错误。
故选:C。
质量为m的物体P置于倾角为θ1的固定光滑斜面上,轻细绳跨过光滑定滑轮分别连接着P与小车,P与滑轮间的细绳平行于斜面,小车以速率v水平向右做匀速直线运动当小车与滑轮间的细绳和水平方向成夹角θ2时(如图),下列判断正确的是( ).
A. P的速率为vB. P的速率为vcsθ2
C. 绳的拉力等于mgsinθ1D. 绳的拉力小于mgsinθ1
【答案】B
【解析】AB.根据速度的分解可以求出绳子上的速率为:v1=vcsθ2,所以P的速率等于绳子的速率,故B正确;A错误。CD.由于v不变,在小车向右匀速运动的过程中,θ2减小,过v1在增大,故P做加速运动,对P进行受力分析得出,绳子上的拉力大于mgsinθ1,故CD错误。
故选B。
物块B套在倾斜杆上,并用轻绳与物块A相连,今使物块B沿杆由点M匀速下滑到N点,运动中连接A、B的轻绳始终保持绷紧状态,在下滑过程中,下列说法正确的是( )
A. 物块A的速度先变大后变小
B. 绳上的拉力先大于物体A的重力,再小于物体A的重力
C. 物块A先处于超重状态再处于失重状态
D. 物块A始终处于超重状态
【答案】D
【解析】
将B的速度分解为沿绳子方向和垂直于绳子方向,如图:
根据平行四边形定则,沿绳子方向的速度为
可知θ在增大到90°的过程中,A的速度方向向下,且逐渐减小;由图可知,当B到达P点时,B与滑轮之间的距离最短,θ=90°,A的速度等于0,随后A向上运动,且速度增大。所以在B沿杆由点M匀速下滑到N点的过程中,A的速度先向下减小,然后向上增大,故A错误;
BCD.物体A向下做减速运动和向上做加速运动的过程中,加速度的方向都向上,所以A始终处于超重状态,绳上的拉力始终大于物体A的重力,故D正确,BC错误。
故选D。
【能力提升】
如图所示,一段绳子跨过距地面高度为H的两个定滑轮,一端连接小车P,另一端连接物块Q,小车最初在左边滑轮的正下方A点,以速度v从A点沿水平面匀速向左运动,运动了距离H到达B点(绳子足够长),下列说法中不正确的是( )
A. 物块加速上升
B. 物块在上升过程中处于超重状态
C. 车过B点时,物块的速度为2v
D. 车过B点时,左边绳子绕定滑轮转动的角速度为v2H
【答案】C
【解析】将小车的运动分解为沿绳子方向的运动以及垂直绳子方向的运动,如图:
设此时绳子与水平方向增加的夹角为θ,则:tanθ=HH=1
所以:θ=45°
A、由三角函数可解得:当物体运动到绳与水平方向夹角为θ时物体的速度为v,则vcsθ=v′,可知随着θ减小,v′增大,物块加速上升,故A正确;
B、物体向上做加速运动;加速度的方向向上,所以物体处于超重状态,故B正确;
C、当物体运动到B点,绳与水平方向夹角θ=45°时物体的速度为v,则vcs45°=v′,则v′=22v,故C错误;
D、物体运动到绳与水平方向夹角45°时,左侧的绳子的长度是2H,由图可知垂直于绳子方向的分速度为:v⊥=vsin45°=22v
所以左边绳子绕定滑轮转动的角速度为:ω=v⊥2H=v2H,故D正确。
此题选不正确的,故选C。
小船在水速较小的河中横渡,并使船头始终垂直河岸航行.到达河中间时,突然上游放水使水流速度加快,则对此小船渡河的说法中正确的是( )
A. 小船渡河时间变长
B. 小船渡河时间不变,但位移将变大
C. 因船头始终垂直河岸,故渡河时间及位移都不会变化
D. 因船速与水速关系未知,故无法确定渡河时间及位移的变化
【答案】B
【解析】
解:小船过河的合速度由垂直对岸的船在静水中的速度和船相对水的速度合成。根据运动的独立性,在垂直河岸方向上,小船过河的时间t=dv船 ,因此,当上游放水使得水速增加,并没有增加船在静水中的速度,因此过河时间不受影响。由于船相对于水的速度增加,所以顺水移动的位移变大,因此合位移变大,故ACD错误,B正确。
故选B。
如图所示,一玻璃管中注满清水,水中放一软木做成的小圆柱体(其直径略小于玻璃管的直径,轻重大小适宜,使它在水中能匀速上浮).将玻璃管的开口端用胶塞塞紧(图甲).现将玻璃管倒置(图乙),在小圆柱体上升的同时,使玻璃管水平向右匀加速移动,经过一段时间,玻璃管移至图丙中虚线所示位置,小圆柱体恰好运动到玻璃管的顶端.在下面四个图中,能正确反映小圆柱体运动轨迹的是
A. B. C. D.
【答案】C
【解析】
蜡块参加了两个分运动,竖直方向在管中以v1匀速上浮,水平方向水平向右匀加速直线移动,速度v2不断变大,将v1与v2合成,如图
由于曲线运动的速度沿着曲线上该点的切线方向,又由于v1不变,v2不断变大,故θ不断变小,即切线方向与水平方向的夹角不断变小,故ABD均错误,C正确。
故选C。
如图所示,水平桌面上有一涂有黑色墨水的小球,给小球一个初速度使小球向右做匀速直线运动,它经过靠近桌边的竖直木板ad边前方时,木板开始做自由落体运动。若木板开始运动时,cd边与桌面相齐平,则小球在木板上留下的墨水轨迹是( )
A. B.
C. D.
【答案】D
【解析】
小球在水平方向做匀速直线运动,竖直方向相对木板向上做匀加速运动,故小球的合速度应偏向上方,所以轨迹应向上弯曲,故D正确,ABD错误。
故选D。
小船横渡一条河,为尽快到达对岸,船头方向始终与河岸垂直,为避免船撞击河岸,小船先加速后减速运动,使小船到达河对岸时恰好不与河岸相撞。小船在静水中的行驶速度v1,如图甲所示,水的流速v2如图乙所示,则下列关于小船渡河说法正确的是( )
A. 小船的运动轨迹为直线
B. 小船渡河的河宽是480 m
C. 小船到达对岸时,沿河岸方向向下游运动了360 m
D. 小船渡河的过程中最大速度是14 m/s
【答案】C
【解析】A、小船在静水中先做加速运动后做减速运动,具有加速度,故小船的运动轨迹为曲线,故A错误。
B、研究垂直于河岸方向的运动,速度时间图象围成的面积表示位移,由图甲可知小船渡河的河宽d=240m,故B错误。
C、根据运动的等时性可知,小船沿河岸方向运动了60s,距离x=6m/s×60s=360m,故C正确。
D、根据矢量合成法则可知,小船在静水中的速度最大时,渡河速度最大,为62+82m/s=10m/s,故D错误。
故选C。
小船横渡一条河,为尽快到达对岸,船头方向始终与河岸垂直,为避免船撞击河岸,小船先加速后减速运动,使小船到达河对岸时恰好不与河岸相撞。小船在静水中的行驶速度v1,如图甲所示,水的流速以如图乙所示,则下列关于小船渡河说法正确的是( )
A. 小船的运动轨迹为直线
B. 小船渡河的河宽是240m
C. 小船到达对岸时,沿河岸方向向下游运动了180m
D. 小船渡河的过程中最大速度是10m/s
【答案】C
【解析】A.小船在静水中先做加速运动后做减速运动,具有加速度,水流速度匀速不变,所以小船的运动轨迹是曲线。故A错误;B.研究垂直于河岸方向的运动,速度−时间图像围成的面积表示位移,则小船渡河的宽度d=4×602m=120m故B错误;C.根据运动的等时性可知,小船沿河岸方向运动了60s,距离为x=3×60m=180m,故C正确;
D.根据矢量合成法则可知,小船在静水中的速度最大时,渡河速度最大,有vm=32+42m/s=5m/s故D错误。故选C。
质量为1kg的质点在xOy平面上做曲线运动,在x方向的速度图象和y方向的位移图象如图所示。下列说法正确的是( )
A. 质点的初速度为3m/s
B. 质点所受的合外力大小为1.5N
C. 质点做平抛运动
D. 质点初速度方向与合外力方向相同
【答案】B
【解析】解:A、x轴方向初速度为vx=3m/s,y轴方向初速度vy=4m/s,质点的初速度v0=vx2+vy2=32+42m/s=5m/s,故A错误;
B、x轴方向的加速度a=ΔvΔt=6−32m/s2=1.5m/s2,质点的合力F合=ma=1.5N,故B正确;
C、合外力沿x轴方向,与初速度方向不垂直,虽合外力恒定,但质点不做平抛运动,故C错误;
D、合外力沿x轴方向,而初速度方向既不在x轴,也不在y轴方向,质点初速度的方向与合外力方向不相同,故D错误。
故选:B。
如图所示,人在岸上拉船,已知船的质量为m,水的阻力恒为Ff,当轻绳与水平面的夹角为θ时,船的速度为v,此时人的拉力大小为F,则此时( )
A. 人拉绳行走的速度为vcsθB. 人拉绳行走的速度为vsinθ
C. 船的加速度为F−FfmD. 船的加速度为Fcsθ−Ffm
【答案】D
【解析】AB.船运动的速度是沿绳子收缩方向的速度和绕定滑轮的摆动速度的合速度。如右图所示,
根据平行四边形定则有,v人=vcsθ。故AB错误;
CD.对小船受力分析,如右图所示,
根据牛顿第二定律,有:Fcsθ−Ff=ma;
因此船的加速度大小为:a= Fcsθ−Ffm ,故C错误,D正确。
(多选)如图所示,在水平地面上有一个直角三角形木块M,有一长为L的杆子,杆子的下端用铰链固定在地面上,另一端固定一个小球m,用向左的力F以速度v匀速推M,杆将绕着O点转动,经过图示位置时,杆与水平方向的夹角为θ,则下列说法正确的是( )
A. 此时小球的速度大小为vtanθ
B. 此时小球的速度大小为vsinθ
C. 此时杆转动的角速度为vLsinθ
D. M匀速推m的过程中,m做匀速圆周运动
【答案】BC
【解析】小球做圆周运动,速度方向与杆垂直,将其速度分解成水平方向和竖直方向两个分速度,水平分速度等于v,所以小球的速度大小为vsinθ;由线速度和角速度的关系可知,此时杆转动的角速度为vLsinθ,因为角度在变,所以小球的线速度是变化的;
故AD错误,BC正确。故选BC。
(多选)如图,在O点从t=0时刻沿光滑斜面向上抛出的小球,通过斜面末端P后到达空间最高点Q。下列图线是小球沿x方向和y方向分运动的速度—时间图线,其中正确的是( )
A. B.
C. D.
【答案】AD
【解析】小球在斜面上做匀减速直线运动,将速度和加速度分解,知在水平方向和竖直方向都做匀减速直线运动,离开斜面后水平方向上不受力,做匀速直线运动,在竖直方向上做竖直上抛运动,加速度为g,加速度大小大于在斜面上运动时竖直方向上的加速度大小,故AD正确,BC错误。
故选AD。
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