三维设计高考物理二轮复习课件广东专版第一部分专题曲线运动与万有引力定律市公开课一等奖百校联赛特等奖课.pptx

专题三曲线运动与万有引力定律专题三曲线运动与万有引力定律抓抓基基础础探探技技法法研研考考向向提提能能力力第1页返回返回备考方向要明了备考方向要明了主要问题主要问题在力作用下曲线运动及行星和卫星运行问题主要考点主要考点运动合成与分解；平抛运动；圆周运动；万有引力定律应用主要方法主要方法运动合成与分解思想；应用临界条件处理临界问题方法；等效思想方法主要策略主要策略复习时要领会运动合成与分解思想，了解竖直面内圆周运动临界条件；相关天体、卫星、宇宙飞船等信息题目注意把握两点：万有引力与向心力关系、万有引力与重力关系。同时要重视对综合问题分析第2页返回返回第3页返回返回第4页返回返回第5页返回返回一、曲线运动一、曲线运动1曲线运动条件和轨迹曲线运动条件和轨迹F合合与与v不共线，且协力总是指向曲线凹侧。不共线，且协力总是指向曲线凹侧。第6页返回返回2合运动与分运动关系合运动与分运动关系等时性等时性各分运动经历时间与合运动经历时间相等，即同时开始，同时进行，同时停顿独立性独立性一个物体同时参加几个分运动，各个运动独立进行不受其它分运动影响等效性等效性各个分运动规律叠加起来与合运动规律有完全相同效果说明说明合运动是物体实际运动第7页返回返回第8页返回返回第9页返回返回(2)“关联关联”速度问题。速度问题。绳、杆等有长度物体，在运动过程中，绳、杆等有长度物体，在运动过程中，其两端点速度称之为其两端点速度称之为“关联关联”速度。关速度。关联速度关系联速度关系沿杆沿杆(或绳或绳)方向速方向速度分量大小相等。如图度分量大小相等。如图33所表示，两所表示，两 图图33物体物体A和和B经过不可伸长绳连在一起，则两物体沿绳方向经过不可伸长绳连在一起，则两物体沿绳方向分速度大小相等，即分速度大小相等，即vAvBcos。第10页返回返回(1)合运动性质及轨迹决定于合外力和初速度两个方面，合运动性质及轨迹决定于合外力和初速度两个方面，只要合外力是恒力，合运动就是匀变速运动，初速度方只要合外力是恒力，合运动就是匀变速运动，初速度方向假如与合外力在一条直线上，则轨迹是直线，不然就向假如与合外力在一条直线上，则轨迹是直线，不然就是匀变速曲线运动或圆周运动。是匀变速曲线运动或圆周运动。(2)合运动位移、速度、加速度都可用分运动位移、合运动位移、速度、加速度都可用分运动位移、速度、加速度为邻边平行四边形对角线来表示。速度、加速度为邻边平行四边形对角线来表示。第11页返回返回第12页返回返回第13页返回返回 分析平抛分析平抛(类平抛类平抛)运动问题，一定要画好示意图，搞运动问题，一定要画好示意图，搞清位移关系、速度关系，尤其是在速度清位移关系、速度关系，尤其是在速度vx、vy、v组成速度组成速度三角形和位移三角形和位移x、y、s组成位移三角形中，明确已知量、组成位移三角形中，明确已知量、未知量是解题突破口。未知量是解题突破口。第14页返回返回三、竖直面内圆周运动两种模型比较三、竖直面内圆周运动两种模型比较最高点无支撑最高点无支撑(绳模型绳模型)最高点有支撑最高点有支撑(杆模型杆模型)实实例例球与绳连接、水流星、球与绳连接、水流星、翻滚过山车翻滚过山车球与杆连接、车过拱桥、球过竖直管道、套在圆环上物体等图图示示第15页返回返回第16页返回返回第17页返回返回第18页返回返回可见，卫星运行轨道半径可见，卫星运行轨道半径r与该轨道上线速度与该轨道上线速度v、角速度、角速度、周期周期T、向心加速度、向心加速度a存在着一一对应关系，若存在着一一对应关系，若r、v、T、a中有一个确定，则其余皆确定，与卫星质量无关。中有一个确定，则其余皆确定，与卫星质量无关。第19页返回返回第20页返回返回第21页返回返回第22页返回返回4“双星系统双星系统”“双星双星”是两颗相距较近星，它们围绕它们连线上某一固是两颗相距较近星，它们围绕它们连线上某一固定点做同周期匀速圆周运动。它们之间万有引力对二者定点做同周期匀速圆周运动。它们之间万有引力对二者运动都有显著影响，而其它天体作用力影响能够忽略特运动都有显著影响，而其它天体作用力影响能够忽略特殊天体系统。殊天体系统。第23页返回返回第24页返回返回(3)对于双星问题应抓住其角速度相等，绕行向心力大小对于双星问题应抓住其角速度相等，绕行向心力大小相等。做匀速圆周运动圆心在其连线上，但做匀速圆周相等。做匀速圆周运动圆心在其连线上，但做匀速圆周运动半径与运动半径与“双星双星”间距离不一样，它们轨道半径之和等间距离不一样，它们轨道半径之和等于它们之间距离。于它们之间距离。(4)卫星变轨时，首先要搞清是使卫星做离心运动还是做近卫星变轨时，首先要搞清是使卫星做离心运动还是做近心运动，要使其做离心运动应先增大速度，做离心运动心运动，要使其做离心运动应先增大速度，做离心运动后速度变小；相反要使其做近心运动应先减小速度，做后速度变小；相反要使其做近心运动应先减小速度，做近心运动后速度变大。近心运动后速度变大。第25页返回返回第26页返回返回第27页返回返回第28页返回返回2在处理实际问题中应注意在处理实际问题中应注意(1)只有深刻挖掘曲线运动实际运动效果，才能明确曲只有深刻挖掘曲线运动实际运动效果，才能明确曲 线运动应分解为哪两个方向上直线运动。这是分析线运动应分解为哪两个方向上直线运动。这是分析 处理曲线运动出发点。切记不可用分解力思绪分处理曲线运动出发点。切记不可用分解力思绪分 解运动。解运动。(2)合运动与分运动效果相同，含有等效性。进行等效合运动与分运动效果相同，含有等效性。进行等效 合成时，要寻找两个分运动时间联络合成时，要寻找两个分运动时间联络等时性。等时性。这往往是分析处理曲线运动问题切入点。这往往是分析处理曲线运动问题切入点。第29页返回返回1如图如图35所表示，一块橡皮用细线悬所表示，一块橡皮用细线悬挂于挂于O点，用铅笔靠着线左侧水点，用铅笔靠着线左侧水平向右匀速移动，运动中一直保持平向右匀速移动，运动中一直保持悬线竖直，则橡皮运动速度悬线竖直，则橡皮运动速度()A大小和方向均不变大小和方向均不变 图图35B大小不变，方向改变大小不变，方向改变C大小改变，方向不变大小改变，方向不变D大小和方向均改变大小和方向均改变第30页返回返回解析：解析：解答相关运动合成与分解问题，关键是搞清楚各解答相关运动合成与分解问题，关键是搞清楚各分运动性质，对于用绳或杆连接体问题，沿绳或杆方向分运动性质，对于用绳或杆连接体问题，沿绳或杆方向分运动速度大小相同。本题橡皮参加了两个分运动，一分运动速度大小相同。本题橡皮参加了两个分运动，一个是沿水平方向与铅笔速度一样匀速直线运动，另一个个是沿水平方向与铅笔速度一样匀速直线运动，另一个是竖直方向上与铅笔移动速度大小相等匀速直线运动，是竖直方向上与铅笔移动速度大小相等匀速直线运动，这两个匀速直线运动合运动是斜向上匀速直线运动，故这两个匀速直线运动合运动是斜向上匀速直线运动，故A正确。正确。答案：答案：A第31页返回返回第32页返回返回第33页返回返回尤其提醒尤其提醒(1)物体做匀速圆周运动时，其合外力提供向心力；物体做物体做匀速圆周运动时，其合外力提供向心力；物体做非匀速圆周运动时，向心力是合外力沿半径指向圆心方非匀速圆周运动时，向心力是合外力沿半径指向圆心方向分力。向分力。(2)对于曲线运动，用正交分解法处理力时，普通将力沿切对于曲线运动，用正交分解法处理力时，普通将力沿切线方向和沿法线方向分解。线方向和沿法线方向分解。第34页返回返回2如图如图36，AB和和BC是两段相切于是两段相切于B点点顺连在一起完全相同粗糙圆弧顺连在一起完全相同粗糙圆弧形路面，且形路面，且A、B、C在同一水平面上。在同一水平面上。图图36质量为质量为m小物块以初速度小物块以初速度v0从从A端沿路面滑到端沿路面滑到C端时速度端时速度大小为大小为v1；而以一样大小初速度；而以一样大小初速度v0从从C端沿路面滑到端沿路面滑到A端端时速度大小为时速度大小为v2，则怎样比较，则怎样比较v1、v2大小？大小？第35页返回返回解析：解析：求解这类题思绪是：由速度大小求解这类题思绪是：由速度大小向心力大小向心力大小压力大小压力大小摩擦力大小摩擦力大小结论。小物块从结论。小物块从A端沿路面滑到端沿路面滑到C端，先以较大速度经过端，先以较大速度经过“凸凸”圆弧圆弧AB，因为存在摩擦，因为存在摩擦，再以较小速度经过再以较小速度经过“凹凹”圆弧圆弧BC，对应对，对应对“凸凸”圆弧和圆弧和“凹凹”圆弧产生压力就较小，滑动摩擦力也就较小，故抵达圆弧产生压力就较小，滑动摩擦力也就较小，故抵达C端端时速度大小时速度大小v1就比较大。就比较大。答案：答案：v1v2第36页返回返回第37页返回返回第38页返回返回第39页返回返回3天体运动中估算题和信息题解题方法天体运动中估算题和信息题解题方法(1)估算题估算题天体估算题普通包括天体质量、密度、运行周期、线速度、天体估算题普通包括天体质量、密度、运行周期、线速度、运行半径等。解答这类问题首先要明确万有引力提供天体运行半径等。解答这类问题首先要明确万有引力提供天体做圆周运动向心力，依据已知条件利用牛顿第二定律灵活做圆周运动向心力，依据已知条件利用牛顿第二定律灵活选取表示式进行求解。选取表示式进行求解。在一些天体运动方面估算题中，常存在一些隐含条件，应在一些天体运动方面估算题中，常存在一些隐含条件，应加以利用。如在地球表面物体受到地球吸引力近似等于重加以利用。如在地球表面物体受到地球吸引力近似等于重力，地面附近重力加速度力，地面附近重力加速度g9.8 m/s2，地球自转周期，地球自转周期T24 h，公转周期，公转周期T365 d，月球绕地球运动周期约为，月球绕地球运动周期约为27 d，及月球自转周期约为，及月球自转周期约为27 d等。等。第40页返回返回(2)信息题信息题正确解题方法是：仔细阅读，明确题意，正确提取题中正确解题方法是：仔细阅读，明确题意，正确提取题中有用信息，即看题目要我们做什么，求哪些物理量。把有用信息，即看题目要我们做什么，求哪些物理量。把有用信息提取出来，建立模型，然后分析其过程，看看有用信息提取出来，建立模型，然后分析其过程，看看有哪些物理规律适用，列出方程，求解即可。有哪些物理规律适用，列出方程，求解即可。第41页返回返回尤其提醒尤其提醒在利用万有引力定律和向心力公式进行天体运在利用万有引力定律和向心力公式进行天体运动问题相关计算时，包括数值通常较大，所以在解题过程中动问题相关计算时，包括数值通常较大，所以在解题过程中应多采取公式推导，降低中间量计算，以减小计算结果误差。应多采取公式推导，降低中间量计算，以减小计算结果误差。第42页返回返回3探测器绕月球做匀速圆周运动，变轨后在周期较小轨探测器绕月球做匀速圆周运动，变轨后在周期较小轨道上仍做匀速圆周运动，则变轨后与变轨前相比道上仍做匀速圆周运动，则变轨后与变轨前相比()A轨道半径变小轨道半径变小 B向心加速度变小向心加速度变小C线速度变小线速度变小 D角速度变小角速度变小第43页返回返回答案：答案：A第44页返回返回第45页返回返回第46页返回返回命题视角命题视角1 如图如图37所表示，边长为所表示，边长为L正方形正方形ABCD中有竖直向上匀强电场。一个不计重力中有竖直向上匀强电场。一个不计重力带电粒子，质量为带电粒子，质量为m，电荷量为，电荷量为q，以初速度，以初速度v0从从A点沿点沿AD方向射入，恰好从方向射入，恰好从CD中点射中点射出，而且射出时速度方向与出，而且射出时速度方向与CD成成30夹角。图夹角。图37(1)该带电粒子带什么电？该带电粒子带什么电？(2)该电场场强该电场场强E为多少？为多少？第47页返回返回第48页返回返回第49页返回返回命题视角命题视角2双选双选(广东高考广东高考)如图如图38所表示，在网所表示，在网球网前截击练习中，若练习者在球网正球网前截击练习中，若练习者在球网正上方距地面上方距地面H处，将球以速度处，将球以速度v沿垂直球网沿垂直球网方向击出，球刚好落在底线上。已知底方向击出，球刚好落在底线上。已知底 图图38线到网距离为线到网距离为L，重力加速度取，重力加速度取g，将球运动视作平抛运动，将球运动视作平抛运动，以下表述正确是以下表述正确是 ()第50页返回返回第51页返回返回第52页返回返回冲关锦囊冲关锦囊 研究平抛运动和类平抛运动基本方法是把平抛或类平研究平抛运动和类平抛运动基本方法是把平抛或类平抛运动沿初速度方向和垂直初速度方向进行分解。分析时抛运动沿初速度方向和垂直初速度方向进行分解。分析时注意两分运动等时性及其间关系，建立两分运动各运动量注意两分运动等时性及其间关系，建立两分运动各运动量之间联络，同时结合图中几何关系列方程求解。之间联络，同时结合图中几何关系列方程求解。第53页返回返回第54页返回返回第55页返回返回第56页返回返回第57页返回返回第58页返回返回命题视角命题视角2 如图如图310所表示，在倾角为所表示，在倾角为光滑斜面光滑斜面上，有一长为上，有一长为l细线，细线一端固定在细线，细线一端固定在O点，另一端拴一质量为点，另一端拴一质量为m小球，现使小球，现使小球恰好能在斜面上做完整圆周运动，小球恰好能在斜面上做完整圆周运动，图图310已知已知O点到斜面底边距离点到斜面底边距离sOCL，求：，求：(1)小球经过最高点小球经过最高点A时速度时速度vA；(2)小球经过最低点小球经过最低点B时，细线对小球拉力。时，细线对小球拉力。第59页返回返回第60页返回返回第61页返回返回冲关锦囊冲关锦囊(1)对于竖直面内圆周运动要注意区分对于竖直面内圆周运动要注意区分“绳模型绳模型”和和“杆模杆模型型”，两种模型在最高点临界条件不一样。，两种模型在最高点临界条件不一样。(2)解答圆周运动问题关键是正确地受力分析，确定向心解答圆周运动问题关键是正确地受力分析，确定向心力起源。处理竖直面内圆周问题基本思绪是两点一过程。力起源。处理竖直面内圆周问题基本思绪是两点一过程。“两点两点”即最高点和最低点，在最高点和最低点对物体进即最高点和最低点，在最高点和最低点对物体进行受力分析，找出向心力起源，依据牛顿第二定律列方行受力分析，找出向心力起源，依据牛顿第二定律列方程；程；“一过程一过程”即从最高点到最低点，往往用动能定理将即从最高点到最低点，往往用动能定理将这两点联络起来。这两点联络起来。第62页返回返回第63页返回返回命题视角命题视角1 如图如图311所表示所表示“S”形玩具轨道，该轨道形玩具轨道，该轨道用内壁光滑薄壁细圆管弯成，放置在竖直用内壁光滑薄壁细圆管弯成，放置在竖直平面内，轨道弯曲部分是由两个半径相等平面内，轨道弯曲部分是由两个半径相等半圆对接而成，圆半径比细管内径大得多，半圆对接而成，圆半径比细管内径大得多，轨道底端与水平地面相切，轨道在水平方向轨道底端与水平地面相切，轨道在水平方向 图图311不可移动。弹射装置将一个小球不可移动。弹射装置将一个小球(可视为质点可视为质点)从从a点水平弹射点水平弹射向向b点并进入轨道，经过轨道后从最高点点并进入轨道，经过轨道后从最高点d水平抛出水平抛出(抛出后小抛出后小第64页返回返回球不会再碰轨道球不会再碰轨道)，已知小球与地面，已知小球与地面ab段间动摩擦因数为段间动摩擦因数为0.2，不计其它机械能损失，不计其它机械能损失，ab段长段长L1.25 m，圆半，圆半径径R0.1 m，小球质量，小球质量m0.01 kg，轨道质量为，轨道质量为M0.26 kg，g10 m/s2。若。若v05 m/s，试求：，试求：(1)小球从最高点小球从最高点d抛出后水平射程。抛出后水平射程。(2)小球经过轨道最高点小球经过轨道最高点d时，管道对小球作用力大小和方时，管道对小球作用力大小和方向。向。第65页返回返回第66页返回返回答案答案(1)0.98 m(2)1.1 N方向竖直向下方向竖直向下第67页返回返回第68页返回返回第69页返回返回冲关锦囊冲关锦囊 在物体运动过程中，往往分多个阶段，每个阶段运动在物体运动过程中，往往分多个阶段，每个阶段运动性质不一样，各阶段连接处速度往往是解题关键，比如平性质不一样，各阶段连接处速度往往是解题关键，比如平抛运动和圆周运动结合时，在轨迹结合处速度往往是平抛抛运动和圆周运动结合时，在轨迹结合处速度往往是平抛运动初速度或末速度，分别依据圆周运动规律和平抛运动运动初速度或末速度，分别依据圆周运动规律和平抛运动规律列式即可求解。规律列式即可求解。第70页返回返回第71页返回返回命题视角命题视角1 双双选选(浙江高考浙江高考)为了探测为了探测 X 星球，载着登陆舱探测飞船在星球，载着登陆舱探测飞船在以该星球中心为圆心，半径为以该星球中心为圆心，半径为 r1圆轨道上运动，周期为圆轨道上运动，周期为 T1，总质量为总质量为 m1。随即登陆舱脱离飞船，变轨到离星球更近半径。随即登陆舱脱离飞船，变轨到离星球更近半径为为 r2圆轨道上运动，此时登陆舱质量为圆轨道上运动，此时登陆舱质量为 m2，则，则 ()第72页返回返回第73页返回返回第74页返回返回命题视角命题视角2 (新课标全国卷新课标全国卷)卫星电话信号需要经过地球同时卫星传卫星电话信号需要经过地球同时卫星传送。假如你与同学在地面上用卫星电话通话，则从你发出信送。假如你与同学在地面上用卫星电话通话，则从你发出信号至对方接收到信号所需最短时间最靠近于号至对方接收到信号所需最短时间最靠近于(可能用到数据：可能用到数据：月球绕地球运动轨道半径约为月球绕地球运动轨道半径约为3.8105 km，运行周期约为，运行周期约为27天，地球半径约为天，地球半径约为6 400 km，无线电信号传输速度为，无线电信号传输速度为3108 m/s。)()A0.1 s B0.25 sC.0.5 s D1 s第75页返回返回第76页返回返回冲关锦囊冲关锦囊(1)应用万有引力定律只能求被围绕中心天体质量和密应用万有引力定律只能求被围绕中心天体质量和密度，无法求出围绕天体质量，所以首先必须要明确研度，无法求出围绕天体质量，所以首先必须要明确研究对象是中心天体还是围绕天体。计算天体密度时必究对象是中心天体还是围绕天体。计算天体密度时必须知道中心天体半径。须知道中心天体半径。(2)对航天器变轨问题，要抓住其在确定轨道上运行时机对航天器变轨问题，要抓住其在确定轨道上运行时机械能守恒，在不一样轨道上运行时其机械能不一样，械能守恒，在不一样轨道上运行时其机械能不一样，轨道半径越大机械能越大这一特点进行研究。轨道半径越大机械能越大这一特点进行研究。第77页返回返回(3)注意近地卫星、地球同时卫星和地球赤道上物体做圆周注意近地卫星、地球同时卫星和地球赤道上物体做圆周运动区分：同时卫星和地球赤道上物体周期都等于地运动区分：同时卫星和地球赤道上物体周期都等于地球自转周期，而不等于近地卫星周期；近地卫星与地球自转周期，而不等于近地卫星周期；近地卫星与地球赤道上物体运动半径等于地球半径而不等于同时卫球赤道上物体运动半径等于地球半径而不等于同时卫星半径；三者线速度不一样。星半径；三者线速度不一样。第78页返回返回点击下列图进入点击下列图进入第79页