1.速度的方向:質(zhì)點在某一點的速度方向,沿曲線在這一點的__________。2.運動的性質(zhì):由于曲線運動中的速度的方向是變化的,所以曲線運動是______運動。3.運動的條件:物體所受______的方向與它的速度方向不在同一條直線上或它的________方向與速度方向不在同一條直線上。4.合力方向與軌跡的關(guān)系物體做曲線運動的軌跡一定夾在______方向與______方向之間,速度方向與軌跡相切,合力方向指向軌跡的“凹”側(cè)。
【典例1】(多選)物體在光滑水平面上受三個水平恒力(不共線)作用處于平衡狀態(tài),如圖所示,當(dāng)把其中一個水平恒力撤去時(其余兩個力保持不變)物體(  ) A.一定做勻加速直線運動 B.可能做勻變速直線運動C.可能做曲線運動 D.一定做曲線運動解析 物體原來處于平衡狀態(tài),物體所受的合力為零,當(dāng)撤去其中一個力后,其余力的合力與撤去的力大小相等、方向相反,合力恒定,加速度恒定,故物體做勻變速運動,當(dāng)合力方向與速度方向在同一直線上時,物體做勻變速直線運動;當(dāng)合力方向與速度方向不共線時,物體做曲線運動,故B、C正確,A、D錯誤。
1.遵循的法則位移、速度、加速度都是矢量,故它們的合成與分解都遵從矢量運算法則——________________。2.合運動與分運動的關(guān)系(1)等時性:合運動和分運動經(jīng)歷的______相等,即同時開始、同時進(jìn)行、同時停止。(2)獨立性:一個物體同時參與幾個分運動,各分運動__________,不受其他運動的影響。(3)等效性:各分運動的規(guī)律疊加起來與合運動的規(guī)律有完全相同的______。
4.兩個直線運動的合運動性質(zhì)的判斷依據(jù):看合初速度方向與合加速度方向是否共線。
【典例2】關(guān)于運動的合成,下列說法中正確的是(  )A.合運動的速度一定比每一個分運動的速度大B.分運動的時間一定與它們合運動的時間相等C.兩個直線運動的合運動一定是直線運動D.一個勻速直線運動與一個勻變速直線運動的合運動一定是勻變速直線運動解析 根據(jù)平行四邊形定則,知合速度可能比分速度大,可能比分速度小,可能與分速度大小相等,故A錯誤;分運動與合運動具有等時性,故B正確;兩個分運動是直線運動,那么合運動不一定是直線運動,比如平拋運動,而兩個勻速直線運動的合運動一定是勻速直線運動,故C錯誤;一個勻速直線運動與一個勻變速直線運動的合運動不一定是勻變速直線運動,若合速度的方向與合加速度的方向不在同一條直線上,合運動為曲線運動,故D錯誤。
2.特征(1)運動學(xué)特征:做曲線運動的物體的速度方向時刻發(fā)生變化,即曲線運動一定為變速運動。(2)動力學(xué)特征:做曲線運動的物體所受合力一定不為零且和速度方向始終不在同一條直線上(做曲線運動的條件)。合力在垂直于速度方向上的分力改變物體速度的方向,合力在沿速度方向上的分力改變物體速度的大小。(3)軌跡特征:曲線運動的軌跡始終夾在合力的方向與速度的方向之間,而且向合力的一側(cè)彎曲。(4)能量特征:如果物體所受的合力始終和物體的速度垂直,則合力對物體不做功,物體的動能不變;若合力不與物體的速度方向垂直,則合力對物體做功,物體的動能發(fā)生變化。
考點一 曲線運動的條件和特征
1.條件物體受到的合力方向與速度方向始終不共線。
【典例3】(2020·湖北武漢市武昌區(qū)1月調(diào)研) 一個物體在3個恒力的作用下做勻速直線運動,現(xiàn)撤去其中兩個力,保持第三個力大小和方向均不變。關(guān)于該物體此后的運動,下列說法正確的是(  )A.不可能做圓周運動 B.可能做圓周運動C.可能繼續(xù)做勻速直線運動 D.一定做勻變速直線運動解析 若撤去兩個力后,保持第三個力大小和方向均不變,而圓周運動合力是變力,所以不可能做圓周運動,故A正確,B錯誤;若撤去兩個力后,物體受到的合力與速度的方向相同,則物體做勻加速直線運動;若撤去兩個力后,物體受到的合力與速度的方向相反,則物體做勻減速直線運動;當(dāng)合力與速度不共線時,物體做曲線運動,由于合力恒定,故加速度恒定,即物體做勻變速曲線運動,故C、D錯誤。
【變式1】 (2020·江蘇如皋中學(xué)模擬)一輛汽車在水平公路上轉(zhuǎn)彎,沿曲線由M向N行駛,速度逐漸增大。小王分別畫出汽車轉(zhuǎn)彎時的四種加速度方向,則正確的是(  )
解析 汽車從M運動到N,做曲線運動,速度增大,所以沿切向方向有與速度方向相同的分力,所以加速度方向與速度方向的夾角要小于90°,并且加速度的方向指向軌跡的內(nèi)側(cè),故B、C、D錯誤,A正確。
考點二 運動的合成與分解
1.基本思路分析運動的合成與分解問題時,一般情況下按運動效果進(jìn)行分解。2.解題關(guān)鍵兩個方向上的分運動具有等時性,這常是處理運動分解問題的關(guān)鍵點。3.注意問題要注意分析物體在兩個方向上的受力及運動情況,分別在這兩個方向上列式求解。
【典例4】 (2020·河南鄭州市第二次質(zhì)量預(yù)測)為了抗擊病毒疫情,保障百姓的基本生活,許多快遞公司推出了“無接觸配送”??爝f小哥想到了用無人機配送快遞的方法,某次配送快遞無人機在飛行過程中,水平方向的速度vx及豎直方向的速度vy與飛行時間t的關(guān)系圖像如圖甲、乙所示。關(guān)于無人機的運動說法正確的是(  )
解析 0~t1時間內(nèi),無人機在水平方向做初速度為零的勻加速運動,在豎直方向也做初速度為零的勻加速運動,則合運動為勻加速直線運動,選項A錯誤;0~t4時間內(nèi),無人機豎直方向速度一直為正,即一直向上運動,則t2時刻,無人機還沒有運動到最高點,選項B錯誤;t3~t4時間內(nèi),無人機水平方向做速度為v0的勻速運動,豎直方向做勻減速運動,則合運動為勻變速曲線運動,選項C錯誤;
【變式2】 (2020·福建廈門市期末調(diào)研)如圖所示,帆板在海面上以速度v朝正西方向運動,帆船以速度v朝正北方向航行,以帆板為參照物(  )
3.兩類問題、三種情景
1.船的實際運動:是水流的運動和船相對靜水的運動的合運動。2.三種速度:船在靜水中的速度v船、水的流速v水、船的實際速度v。
【典例5】 (2020·山東臨沂市上學(xué)期期末)如圖4所示,某河流中水流速度大小恒為v1,A處的下游C處是個旋渦,A點和旋渦的連線與河岸的最大夾角為θ。為使小船從A點出發(fā)以恒定的速度安全到達(dá)對岸,小船航行時在靜水中速度的最小值為(  )
解析 如圖所示,設(shè)小船航行時在靜水中速度為v2,當(dāng)v2垂直AB 時速度最小,由三角函數(shù)關(guān)系可知v2=v1sin θ,故A正確,B、C、D錯誤。
【變式3】 (多選)甲、乙兩船在同一河流中同時開始渡河,河水流速為v0,船在靜水中的速率均為v,甲、乙兩船船頭均與河岸成θ角,如圖所示,已知甲船恰能垂直河岸到達(dá)河正對岸的A點,乙船到達(dá)河對岸的B點,A、B之間的距離為L,則下列判斷正確的是(  ) A.乙船先到達(dá)對岸B.若僅是河水流速v0增大,則兩船的渡河時間都不變C.不論河水流速v0如何改變,只要適當(dāng)改變θ角,甲船總能到達(dá)正對岸的A點D.若僅是河水流速v0增大,則兩船到達(dá)對岸時,兩船之間的距離仍然為L
命題點四 繩(桿)端速度分解模型
3.解題原則把物體的實際速度分解為垂直于繩(桿)和平行于繩(桿)的兩個分量,根據(jù)沿繩(桿)方向的分速度大小相等求解。常見的模型如圖所示。
模型1 繩端速度分解模型【典例6】 (多選)(2020·重慶市一中上學(xué)期期末)如圖所示,不可伸長的輕繩,繞過光滑定滑輪C,與質(zhì)量為m的物體A連接,A放在傾角為θ的光滑斜面上,繩的另一端和套在固定豎直桿上的物體B連接,連接物體B的繩最初水平。從當(dāng)前位置開始,使物體B以速度v沿桿勻速向下運動,設(shè)繩的拉力為FT,在此后的運動過程中,下列說法正確的是(  )
A.物體A做加速運動 B.物體A做勻速運動C.FT小于mgsin θ D.FT大于mgsin θ
解析 由圖可知繩端的速度v繩=vsin α,與B的位置有關(guān),因為B為勻速運動,B下降過程中α變大,v繩變大,因此物體A做加速運動,F(xiàn)T大于mgsin θ,故A、D正確,B、C錯誤。
模型2 桿端速度分解模型【典例7】(2020·山東濟南市3月模擬)曲柄連桿結(jié)構(gòu)是發(fā)動機實現(xiàn)工作循環(huán),完成能量轉(zhuǎn)換的主要運動零件,如圖所示,連桿下端連接活塞Q,上端連接曲軸P。在工作過程中,活塞Q在汽缸內(nèi)上下做直線運動,帶動曲軸繞圓心O旋轉(zhuǎn),若P做線速度大小為v0的勻速圓周運動,則下列說法正確的是(  )A.當(dāng)OP與OQ垂直時,活塞運動的速度等于v0B.當(dāng)OP與OQ垂直時,活塞運動的速度大于v0C.當(dāng)O、P、Q在同一直線時,活塞運動的速度等于v0D.當(dāng)O、P、Q在同一直線時,活塞運動的速度大于v0
解析 當(dāng)OP與OQ垂直時,設(shè)∠PQO=θ,此時活塞的速度為v,將P的速度分解為沿桿方向和垂直于桿方向的速度;將活塞的速度v分解為沿桿方向和垂直于桿方向的速度,則此時v0cs θ=vcs θ,即v=v0,選項A正確,B錯誤;當(dāng)O、P、Q在同一直線時,P沿桿方向的速度為零,則活塞運動的速度等于0,選項C、D錯誤。
【變式4】 [2019·陜西寶雞市高考模擬檢測(二)]如圖所示的機械裝置可以將圓周運動轉(zhuǎn)化為直線上的往復(fù)運動。連桿AB、OB可繞圖中A、B、O三處的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動,連桿OB在豎直面內(nèi)的圓周運動可通過連桿AB使滑塊在水平橫桿上左右滑動。已知OB桿長為L,繞O點沿逆時針方向勻速轉(zhuǎn)動的角速度為ω,當(dāng)連桿AB與水平方向夾角為α,AB桿與OB桿的夾角為β時,滑塊的水平速度大小為(  )

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