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高中物理 第1章 怎樣研究拋體運(yùn)動(dòng) 1_2 研究平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律教師用書(shū) 滬科版必修2

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高中物理 第1章 怎樣研究拋體運(yùn)動(dòng) 1_2 研究平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律教師用書(shū) 滬科版必修2

1.2 研究平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律 學(xué) 習(xí) 目 標(biāo) 知 識(shí) 脈 絡(luò) 1.知道合運(yùn)動(dòng)、分運(yùn)動(dòng)、運(yùn)動(dòng)的合成、運(yùn)動(dòng)的分解的概念,知道實(shí)際運(yùn)動(dòng)是合運(yùn)動(dòng). 2.掌握用平行四邊形定則處理合運(yùn)動(dòng)與分運(yùn)動(dòng)的技巧.(難點(diǎn)) 3.掌握平拋運(yùn)動(dòng)的豎直運(yùn)動(dòng)與水平運(yùn)動(dòng)的規(guī)律. 4.體驗(yàn)在科學(xué)研究中建立模型的重要方法. 運(yùn) 動(dòng) 的 合 成 與 分 解 1.概念 (1)合運(yùn)動(dòng):物體的實(shí)際運(yùn)動(dòng). (2)分運(yùn)動(dòng):組成合運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)或幾個(gè)運(yùn)動(dòng). (3)運(yùn)動(dòng)的合成:由分運(yùn)動(dòng)求合運(yùn)動(dòng). (4)運(yùn)動(dòng)的分解:由合運(yùn)動(dòng)求分運(yùn)動(dòng). 2.運(yùn)動(dòng)的合成與分解遵循的原則:平行四邊形定則. 3.船渡河的運(yùn)動(dòng) 圖121 若一條渡船正在渡河,船在靜水中的速度為v1,水的流速為v2,船垂直于河岸渡河. (1)船的運(yùn)動(dòng):船同時(shí)參與了相對(duì)于水的運(yùn)動(dòng)和隨水漂流的運(yùn)動(dòng),而實(shí)際運(yùn)動(dòng)應(yīng)為與河岸成一夾角α的勻速直線運(yùn)動(dòng). (2)船速度v=,tan α=. (3)若河寬度為s,則渡河的時(shí)間t=. (4)船的位移x==. 1.合運(yùn)動(dòng)的速度一定大于每一個(gè)分運(yùn)動(dòng)的速度.() 2.兩個(gè)直線運(yùn)動(dòng)的合運(yùn)動(dòng)一定是直線運(yùn)動(dòng).() 3.合運(yùn)動(dòng)的時(shí)間等于分運(yùn)動(dòng)的時(shí)間.() 1.運(yùn)動(dòng)的合成是否就是把兩個(gè)運(yùn)動(dòng)加起來(lái)? 【提示】 不是.運(yùn)動(dòng)的合成要根據(jù)平行四邊形定則求和,不是代數(shù)相加減. 2.如圖122所示,描述的是某小學(xué)教師撐船送學(xué)生放學(xué)回家的場(chǎng)景,教師垂直河岸劃行,船到達(dá)對(duì)岸時(shí),總是偏向下游,這是為什么?要使船到達(dá)正對(duì)岸,教師應(yīng)怎樣劃船? 圖122 【提示】 船實(shí)際的運(yùn)動(dòng)是劃行運(yùn)動(dòng)與水流運(yùn)動(dòng)的合運(yùn)動(dòng),故總是偏向下游. 若要使船到達(dá)正對(duì)岸,劃船時(shí)應(yīng)將船頭偏向上游方向劃. 如圖123所示,跳傘運(yùn)動(dòng)員打開(kāi)降落傘后從高空下落. 圖123 探討1:跳傘員在無(wú)風(fēng)時(shí)豎直勻速下落,有風(fēng)時(shí)運(yùn)動(dòng)員的實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌跡還豎直向下嗎?豎直方向的運(yùn)動(dòng)是跳傘員的合運(yùn)動(dòng)還是分運(yùn)動(dòng)? 【提示】 有風(fēng)時(shí)不豎直向下運(yùn)動(dòng).無(wú)風(fēng)時(shí)跳傘員豎直勻速下落,有風(fēng)時(shí),一方面豎直勻速下落,一方面在風(fēng)力作用下水平運(yùn)動(dòng).因此,豎直勻速下落的運(yùn)動(dòng)是跳傘員的分運(yùn)動(dòng). 探討2:已知跳傘員的兩個(gè)分運(yùn)動(dòng)速度,怎樣求跳傘員的合速度? 【提示】 以兩個(gè)分速度為鄰邊作平行四邊形,應(yīng)用平行四邊形定則求合速度. 1.渡河時(shí)間最短 若要渡河時(shí)間最短,由于水流速度始終沿河道方向,不可能提供指向河對(duì)岸的分速度.因此只要使船頭垂直于河岸航行即可.由圖124可知,此時(shí)t短=,船渡河的位移s=,位移方向滿足tan θ=. 圖124 2.渡河位移最短 求解渡河位移最短問(wèn)題,分為兩種情況: (1)若v水<v船,最短的位移為河寬d,此時(shí)渡河所用時(shí)間t=,船頭與上游夾角θ滿足v船cos θ=v水,v合⊥v水,如圖125所示. 圖125 (2)若v水>v船,這時(shí)無(wú)論船頭指向什么方向,都無(wú)法使船垂直河岸渡河,即最短位移不可能等于河寬d,尋找最短位移的方法是如圖126所示,根據(jù)水流速度和船在靜水中的速度大小比例,先從出發(fā)點(diǎn)A開(kāi)始作矢量v水,再以v水末端為圓心,v船為半徑畫(huà)圓?。猿霭l(fā)點(diǎn)A向圓弧作切線為船位移最小時(shí)的合運(yùn)動(dòng)的方向.這時(shí)船頭與河岸夾角θ滿足cos θ=,最短位移s短=,即v船⊥v合時(shí)位移最短,過(guò)河時(shí)間t=. 圖126 1.已知某船在靜水中的速度為v1=4 m/s,現(xiàn)讓船渡過(guò)某條河,假設(shè)這條河的兩岸是理想的平行線,河寬為d=100 m,水流速度為v2=3 m/s,方向與河岸平行. (1)欲使船以最短時(shí)間渡河,航向怎樣?最短時(shí)間是多少?船發(fā)生的位移有多大? (2)欲使船以最小位移渡河,航向又怎樣?渡河所用時(shí)間是多少? 【解析】 (1)當(dāng)船頭垂直于河岸向?qū)Π抖珊訒r(shí),所用時(shí)間最少,則最短時(shí)間為t== s=25 s. 船發(fā)生的位移為船的實(shí)際位移,即圖甲中的xOA, xOA=vt=t=25 m=125 m. 甲         乙 (2)因?yàn)関1>v2,所以當(dāng)船的實(shí)際速度方向垂直于河岸時(shí),船的位移最小,如圖乙所示,由幾何關(guān)系知cos θ==, 即船頭斜向上游河對(duì)岸,且與河岸所成的夾角的余弦為cos θ=, 所用的時(shí)間為t== s= s. 【答案】 (1)船頭垂直于河岸 25 s 125 m (2)船頭與上游河岸夾角余弦為cos θ=  s 2.船在靜水中的航速為v1,水流的速度為v2.為使船行駛到河正對(duì)岸的碼頭,則v1相對(duì)v2的方向應(yīng)為(  ) 【解析】 根據(jù)運(yùn)動(dòng)的合成與分解的知識(shí),可知要使船垂直到達(dá)對(duì)岸,即要船的合速度指向?qū)Π叮鶕?jù)平行四邊形定則,C正確. 【答案】 C 3.(2014四川高考)有一條兩岸平直、河水均勻流動(dòng)、流速恒為v的大河.小明駕著小船渡河,去程時(shí)船頭指向始終與河岸垂直,回程時(shí)行駛路線與河岸垂直.去程與回程所用時(shí)間的比值為k,船在靜水中的速度大小相同,則小船在靜水中的速度大小為(  ) 【導(dǎo)學(xué)號(hào):02690004】 A.      B. C. D. 【解析】 設(shè)大河寬度為d,小船在靜水中的速度為v0,則去程渡河所用時(shí)間t1=,回程渡河所用時(shí)間t2=.由題知=k,聯(lián)立以上各式得v0=.選項(xiàng)B正確,選項(xiàng)A,C,D錯(cuò)誤. 【答案】 B 小船渡河的最短時(shí)間和最小位移 設(shè)河寬為d,水流速度為v水,小船在靜水中的速度為v船,則 (1)渡河的最短時(shí)間:tmin=. (2)渡河的最小位移:若v船>v水,則xmin=d;若v船<v水,則xmin=d. 研 究 平 拋 運(yùn) 動(dòng) 的 規(guī) 律 1.水平方向:物體做勻速直線運(yùn)動(dòng). 水平分速度:vx=v0,水平分位移x=v0t. 2.豎直方向:物體做自由落體運(yùn)動(dòng). 豎直分速度:vy=gt,豎直分位移y=gt2. 3.平拋運(yùn)動(dòng)合運(yùn)動(dòng),如圖127所示. 圖127 (1)t時(shí)刻平拋物體的速度大小和方向: v== tan θ==. (2)t時(shí)刻平拋物體的位移的大小和方向: s== tan α==. 4.平拋運(yùn)動(dòng)軌跡 (1)軌跡方程:y=x2. (2)平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡是一條拋物線. 1.一個(gè)物體在空中做平拋運(yùn)動(dòng)的時(shí)間和拋出時(shí)的初速度有關(guān).() 2.決定一個(gè)平拋運(yùn)動(dòng)的物體其水平位移的因素只有初速度.() 3.平拋運(yùn)動(dòng)的末速度是合速度,一定不會(huì)豎直向下.(√) 1.如果下落時(shí)間足夠長(zhǎng),平拋運(yùn)動(dòng)的物體的速度方向可能變?yōu)樨Q直方向嗎? 【提示】 不可能.無(wú)論下落時(shí)間多長(zhǎng),水平速度不變,根據(jù)速度的合成,合速度不會(huì)沿豎直方向. 2.平拋運(yùn)動(dòng)的初速度越大,水平位移越大嗎?為什么? 【提示】 不一定.由于x=v0t=v0,故水平位移由初速度和下落高度共同決定. 物體做平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡如圖128所示,請(qǐng)思考以下問(wèn)題: 圖128 探討1:分析曲線運(yùn)動(dòng)的基本思路和方法是什么?如何對(duì)平拋運(yùn)動(dòng)進(jìn)行研究? 【提示】 分析曲線運(yùn)動(dòng)的基本思路和方法是將運(yùn)動(dòng)分解.研究平拋運(yùn)動(dòng)時(shí),可以將其分解為水平方向的勻速直線運(yùn)動(dòng)和豎直方向的自由落體運(yùn)動(dòng). 探討2:平拋運(yùn)動(dòng)的時(shí)間、水平位移和落地速度由哪些因素決定? 【提示】 平拋運(yùn)動(dòng)的時(shí)間由下落高度y決定,水平位移和落地速度則由初速度v0和下落高度y共同決定. 1.研究方法:采用運(yùn)動(dòng)分解的方法,將平拋運(yùn)動(dòng)分解為豎直方向的自由落體運(yùn)動(dòng)和水平方向上的勻速直線運(yùn)動(dòng). 2.平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律 項(xiàng)目 運(yùn)動(dòng) 速度 位移 加速度 合成分解圖示 水平分運(yùn)動(dòng)(勻速直線) vx=v0 x=v0t ax=0 豎直分運(yùn)動(dòng)(自由落體) vy=gt y=gt2 ay=g 合運(yùn)動(dòng)(平拋運(yùn)動(dòng)) v= tan θ= s= tan α= a=g 豎直向下 3.平拋運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)重要推論 (1)做平拋(或類平拋)運(yùn)動(dòng)的物體任一時(shí)刻的瞬時(shí)速度的反向延長(zhǎng)線一定通過(guò)此時(shí)水平位移的中點(diǎn),如圖129中A點(diǎn)和B點(diǎn)所示. 圖129 (2)做平拋(或類平拋)運(yùn)動(dòng)的物體在任一時(shí)刻任一位置處,設(shè)其速度方向與水平方向的夾角為θ,位移與水平方向的夾角為α,如圖129所示,則tan θ=2tan α. 4.決定平拋運(yùn)動(dòng)物體飛行時(shí)間的因素是(  ) A.初速度        B.拋出時(shí)的高度 C.拋出時(shí)的高度和初速度 D.以上均不對(duì) 【解析】 平拋運(yùn)動(dòng)的飛行時(shí)間由其豎直分運(yùn)動(dòng)決定,由公式h=gt2知,飛行時(shí)間由拋出時(shí)的高度決定,B正確. 【答案】 B 5.在平坦的壘球運(yùn)動(dòng)場(chǎng)上,擊球手揮動(dòng)球棒將壘球水平擊出、壘球飛行一段時(shí)間后落地.若不計(jì)空氣阻力,則(  ) A.壘球落地時(shí)瞬時(shí)速度的大小僅由初速度決定 B.壘球落地時(shí)瞬時(shí)速度的方向僅由擊球點(diǎn)離地面的高度決定 C.壘球在空中運(yùn)動(dòng)的水平位移僅由初速度決定 D.壘球在空中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間僅由擊球點(diǎn)離地面的高度決定 【解析】 由h=gt2得t=,壘球在空中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間僅由擊球點(diǎn)離地面的高度決定,D正確;水平位移s=v0t,由初速度和落地時(shí)間共同決定,C錯(cuò)誤;壘球落地速度的大小v=,落地的方向tan θ=,均由初速度和擊球點(diǎn)離地面的高度共同決定,故A、B均錯(cuò)誤. 【答案】 D 6.摩托車跨越表演是一項(xiàng)驚險(xiǎn)刺激的運(yùn)動(dòng),受到許多極限運(yùn)動(dòng)愛(ài)好者的喜愛(ài).假設(shè)在一次跨越河流的表演中,摩托車離開(kāi)平臺(tái)時(shí)的速度為24 m/s,成功落到對(duì)面的平臺(tái)上,測(cè)得兩岸平臺(tái)高度差為5 m,如圖1210所示.若飛越中不計(jì)空氣阻力,摩托車可以近似看成質(zhì)點(diǎn),g取10 m/s2,求: 圖1210 (1)摩托車在空中的飛行時(shí)間; (2)摩托車落地前瞬間的速度大小. 【導(dǎo)學(xué)號(hào):02690005】 【解析】 (1)摩托車在豎直方向做自由落體運(yùn)動(dòng),由h=gt2,解得t=1 s. (2)豎直方向速度vy=gt=10 m/s 摩托車落地前瞬間的速度大小為 v== m/s=26 m/s. 【答案】 (1)1 s (2)26 m/s 平拋運(yùn)動(dòng)中相關(guān)量大小的決定因素

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