熱點(diǎn)04 拋體運(yùn)動(dòng)和圓周運(yùn)動(dòng)模型（解析版）-高考物理重點(diǎn)難點(diǎn)熱點(diǎn)專題

熱點(diǎn)04拋體運(yùn)動(dòng)和圓周運(yùn)動(dòng)模型 1.命題情境源自生產(chǎn)生活中的與力的作用下沿拋體運(yùn)動(dòng)和圓周運(yùn)動(dòng)相關(guān)的情境，對(duì)生活生產(chǎn)中力和直線有關(guān)的問(wèn)題平衡問(wèn)題，要能從情境中抽象出物理模型，正確畫(huà)受力分析圖，運(yùn)動(dòng)過(guò)程示意圖，正確利用牛頓第二定律、運(yùn)動(dòng)學(xué)公式、動(dòng)能定理、動(dòng)量定理、動(dòng)量守恒定律等解決問(wèn)題。2.命題中既有單個(gè)物體多過(guò)程問(wèn)題又有多個(gè)物體多過(guò)程問(wèn)題，考查重點(diǎn)在受力分析和運(yùn)動(dòng)過(guò)程分析，能選擇合適的物理規(guī)律解決實(shí)際問(wèn)題。3.命題較高的考查了運(yùn)算能力和綜合分析問(wèn)題的能力。一、平拋運(yùn)動(dòng)的二級(jí)結(jié)論(1)做平拋運(yùn)動(dòng)的物體在任一時(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)，則tanα＝eq\f(y,\f(x,2))。(2)做平拋運(yùn)動(dòng)的物體在任一時(shí)刻任一位置處，其速度與水平方向的夾角α的正切值，是位移與水平方向的夾角θ的正切值的2倍，即tanα＝2tanθ。(3)若物體在斜面上平拋又落到斜面上，則其豎直位移與水平位移之比等于斜面傾角的正切值。(4)若平拋物體垂直打在斜面上，則物體打在斜面上瞬間，其水平速度與豎直速度之比等于斜面傾角的正切值。(5)平拋運(yùn)動(dòng)問(wèn)題要構(gòu)建好兩類模型，一類是常規(guī)平拋運(yùn)動(dòng)模型，注意分解方法，應(yīng)用勻變速運(yùn)動(dòng)的規(guī)律；另一類是平拋斜面結(jié)合模型，要靈活應(yīng)用斜面傾角，分解速度或位移，構(gòu)建幾何關(guān)系。平拋運(yùn)動(dòng)中的臨界問(wèn)題1．平拋運(yùn)動(dòng)的臨界問(wèn)題有兩種常見(jiàn)情形(1)物體的最大位移、最小位移、最大初速度、最小初速度；(2)物體的速度方向恰好達(dá)到某一方向。2．解題技巧：在題中找出有關(guān)臨界問(wèn)題的關(guān)鍵字，如“恰好不出界”“剛好飛過(guò)壕溝”“速度方向恰好與斜面平行”“速度方向與圓周相切”等，然后利用平拋運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)的位移規(guī)律或速度規(guī)律進(jìn)行解題。二、斜上拋運(yùn)動(dòng)1．斜上拋運(yùn)動(dòng)的飛行時(shí)間、射高、射程：(1)在最高點(diǎn)時(shí)：vy＝0，由④式得到t＝eq\f(v0sinθ,g)⑤物體落回與拋出點(diǎn)同一高度時(shí)，有y＝0，由③式得飛行時(shí)間t總＝eq\f(2v0sinθ,g)⑥(2)將⑤式代入③式得物體的射高：Hm＝eq\f(v02sin2θ,2g)⑦(3)將⑥式代入①式得物體的射程：xm＝eq\f(v02sin2θ,g)注意：當(dāng)θ＝45°時(shí)，射程xm最大。即初速度v0大小一定時(shí)，沿θ＝45°方向斜向上拋出時(shí)，射程最大。2．逆向思維法處理斜拋問(wèn)題對(duì)斜上拋運(yùn)動(dòng)從拋出點(diǎn)到最高點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，可以逆向看成平拋運(yùn)動(dòng)；分析完整的斜上拋運(yùn)動(dòng)，還可根據(jù)對(duì)稱性求解有關(guān)問(wèn)題。三、圓周運(yùn)動(dòng)1．水平面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)的“臨界”分析(1)繩的臨界：張力FT＝0(2)接觸面滑動(dòng)臨界：F＝fm(3)接觸面分離臨界：FN＝02．豎直面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)(輕繩模型和輕桿模型)輕繩模型輕桿模型圖示在最高點(diǎn)受力重力，彈力F彈向下或等于零，mg＋F彈＝meq\f(v2,R)重力，彈力F彈向下、向上或等于零，mg±F彈＝meq\f(v2,R)恰好過(guò)最高點(diǎn)F彈＝0，mg＝meq\f(v2,R)，v＝eq\r(Rg)，即在最高點(diǎn)速度不能為零v＝0，mg＝F彈，在最高點(diǎn)速度可為零關(guān)聯(lián)應(yīng)用動(dòng)能定理或機(jī)械能守恒定律將初、末狀態(tài)聯(lián)系起來(lái)列方程求解抓“兩點(diǎn)”“一聯(lián)”把握解題關(guān)鍵點(diǎn)①“兩點(diǎn)”②“一聯(lián)”（建議用時(shí)：30分鐘）一、單選題1．（2023·江蘇南京·統(tǒng)考二模）如圖所示，傾角為的足夠長(zhǎng)斜面，現(xiàn)從斜面上O點(diǎn)與斜面成角（），以速度、分別拋出小球P、Q，小球P、Q剛要落在斜面上A、B兩點(diǎn)時(shí)的速度分別、，設(shè)O、A間的距離為，O、B間的距離為，不計(jì)空氣阻力，當(dāng)取不同值時(shí)下列說(shuō)法正確的是（）A．一定等于B．方向與斜面的夾角一定小于方向與斜面的夾角C．P、Q在空中飛行的時(shí)間可能相等D．可能大于【答案】A【解析】將初速度分解在垂直斜面反向和平行斜面方向，垂直斜面方向平行斜面方向垂直斜面的加速度平行斜面的加速度C．在空中飛行的時(shí)間所以P、Q在空中飛行的時(shí)間之比為，故C錯(cuò)誤；D．小球的位移結(jié)合可得故D錯(cuò)誤；B．速度與斜面的夾角的正切值結(jié)合可知方向與斜面的夾角一定等于方向與斜面的夾角，故B錯(cuò)誤；A．結(jié)合B選項(xiàng)分析，速度方向相同，垂直斜面和平行斜面的速度之比均為，根據(jù)速度的合成可知一定等于，故A正確。故選A。2．（2020·浙江·統(tǒng)考一模）如圖所示，兩人各自用吸管吹黃豆，甲黃豆從吸管末端P點(diǎn)水平射出的同時(shí)乙黃豆從另一吸管末端M點(diǎn)斜向上射出，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后兩黃豆在N點(diǎn)相遇，曲線1和2分別為甲、乙黃豆的運(yùn)動(dòng)軌跡。若M點(diǎn)在P點(diǎn)正下方，M點(diǎn)與N點(diǎn)位于同一水平線上，且長(zhǎng)度等于的長(zhǎng)度，不計(jì)黃豆的空氣阻力，可將黃豆看成質(zhì)點(diǎn)，則（

）A．乙黃豆相對(duì)于M點(diǎn)上升的最大高度為長(zhǎng)度一半B．甲黃豆在P點(diǎn)速度與乙黃豆在最高點(diǎn)的速度相等C．兩黃豆相遇時(shí)甲的速度大小為乙的兩倍D．兩黃豆相遇時(shí)甲的速度與水平方向的夾角為乙的兩倍【答案】B【解析】A．對(duì)甲黃豆豎直方向有對(duì)乙黃豆在從M點(diǎn)運(yùn)動(dòng)至最高點(diǎn)的過(guò)程中，由逆向思維得上升的最大高度為所以乙黃豆相對(duì)于M點(diǎn)上升的最大高度為PM長(zhǎng)度的，故A錯(cuò)誤；B．設(shè)甲黃豆做平拋運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t,那么乙黃豆做斜拋運(yùn)動(dòng)的時(shí)間也為t。設(shè)，甲黃豆在P點(diǎn)的速度為，乙黃豆到達(dá)最高點(diǎn)的速度為。對(duì)甲黃豆水平方向有對(duì)乙黃豆從M點(diǎn)運(yùn)動(dòng)至N點(diǎn)水平方向有聯(lián)立解得即甲黃豆在P點(diǎn)速度與乙黃豆在最高點(diǎn)的速度相等，故B正確；C．對(duì)甲黃豆到N點(diǎn)時(shí)，在豎直方向上有結(jié)合得甲黃豆到達(dá)N點(diǎn)時(shí)的速度為乙黃豆在M點(diǎn)的豎直方向分速度為乙黃豆在N點(diǎn)的速度大小為則故C錯(cuò)誤；D．兩黃豆相遇時(shí)甲的速度與水平方向的夾角正切值為乙的速度與水平方向的夾角正切值為所以兩黃豆相遇時(shí)甲的速度與水平方向的夾角的正切值為乙的兩倍，兩黃豆相遇時(shí)甲的速度與水平方向的夾角并非乙的兩倍，故D錯(cuò)誤。故選B。3．（2022上·山東青島·高三青島二中?？计谥校┤鐖D甲所示，擋板OA與水平面的夾角為，小球從O點(diǎn)的正上方高度為的P點(diǎn)以水平速度水平拋出，落到斜面時(shí)，小球的位移與斜面垂直；讓擋板繞固定的O點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，改變擋板的傾角，小球平拋運(yùn)動(dòng)的初速度也改變，每次平拋運(yùn)動(dòng)都使小球的位移與斜面垂直，關(guān)系圖像如圖乙所示，重力加速度，下列說(shuō)法正確的是（）A．圖乙的函數(shù)關(guān)系圖像對(duì)應(yīng)的方程式B．圖乙中的數(shù)值C．當(dāng)圖乙中，的值為D．當(dāng)，圖乙中，則平拋運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為【答案】C【解析】A．設(shè)平拋運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t，如圖所示把平拋運(yùn)動(dòng)的位移分別沿水平和豎直方向分解，由幾何關(guān)系解得根據(jù)幾何關(guān)系有聯(lián)立整理故A錯(cuò)誤；B．結(jié)合圖乙函數(shù)關(guān)系圖像可得故B錯(cuò)誤；C．由圖乙可得函數(shù)關(guān)系圖像的斜率又有，可得故C正確；D．當(dāng)，根據(jù)解得根據(jù)解得故D錯(cuò)誤。故選C。4．（2023·四川資陽(yáng)·統(tǒng)考一模）如圖甲、乙所示為自行車氣嘴燈，氣嘴燈由接觸式開(kāi)關(guān)控制，其結(jié)構(gòu)如圖丙所示，彈簧一端固定在頂部，另一端與小物塊P連接，當(dāng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度達(dá)到一定值時(shí)，P拉伸彈簧后使觸點(diǎn)A、B接觸，從而接通電路使氣嘴燈發(fā)光。觸點(diǎn)B與車輪圓心距離為R，車輪靜止且氣嘴燈在最低點(diǎn)時(shí)觸點(diǎn)A、B距離為d，已知P與觸點(diǎn)A的總質(zhì)量為m，彈簧勁度系數(shù)為k，重力加速度大小為g，不計(jì)接觸式開(kāi)關(guān)中的一切摩擦，小物塊P和觸點(diǎn)A、B均視為質(zhì)點(diǎn)。當(dāng)該自行車在平直的道路上行駛時(shí)，下列說(shuō)法中正確的是（）A．要使氣嘴燈能發(fā)光，車輪勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的最小角速度為B．要使氣嘴燈能發(fā)光，車輪勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的最小角速度為C．要使氣嘴燈一直發(fā)光，車輪勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的最小角速度為D．要使氣嘴燈一直發(fā)光，車輪勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的最小角速度為【答案】C【解析】AB.當(dāng)氣嘴燈運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí)發(fā)光，此時(shí)車輪勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度最小，則有得故AB錯(cuò)誤；CD.當(dāng)氣嘴燈運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)時(shí)能發(fā)光，則得即要使氣嘴燈一直發(fā)光，車輪勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的最小角速度為，故C正確，D錯(cuò)誤。故選C。二、多選題5．（2023·安徽·校聯(lián)考模擬預(yù)測(cè)）如圖所示，疊放在水平轉(zhuǎn)臺(tái)上的物體A、B、C正隨轉(zhuǎn)臺(tái)一起以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)（均未發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)）。物體A、B、C的質(zhì)量分別為m、2m、3m，各接觸面間的動(dòng)摩擦因數(shù)都為μ，物體B、C離轉(zhuǎn)臺(tái)中心的距離分別為5r，B、C與圓周運(yùn)動(dòng)的圓心共線。設(shè)最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力，重力加速度為g。以下說(shuō)法正確的是（）

A．B．C相對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)為沿著切線方向C．B對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)的靜摩擦力最大可能是3μmgD．當(dāng)時(shí)，A所受B的靜摩擦力大小為【答案】AD【解析】AC．對(duì)任何一個(gè)物體，臨界角速度為，則判斷出，C的臨界角速度最小，代入數(shù)值此時(shí)對(duì)A與B整體故A正確，C錯(cuò)誤；B．C相對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)為背離圓心向外，故B錯(cuò)誤；D．當(dāng)時(shí)，對(duì)A故D正確。故選AD。6．（2023上·四川綿陽(yáng)·高三統(tǒng)考階段練習(xí)）如圖甲所示，質(zhì)量為0.2kg的小球套在豎直固定的光滑圓環(huán)上，并在圓環(huán)最高點(diǎn)保持靜止。受到輕微擾動(dòng)后，小球由靜止開(kāi)始沿著圓環(huán)運(yùn)動(dòng)，一段時(shí)間后，小球與圓心的連線轉(zhuǎn)過(guò)θ角度時(shí)，小球的速度大小為v，v2與cosθ的關(guān)系如乙圖所示，g取。則（）A．圓環(huán)半徑為0.6mB．時(shí)，小球所受合力為4NC．0≤θ≤π過(guò)程中，圓環(huán)對(duì)小球的作用力一直增大D．0≤θ≤π過(guò)程中，圓環(huán)對(duì)小球的作用力先減小后增大【答案】AD【解析】A.小球下滑過(guò)程由機(jī)械能守恒定律有得對(duì)比圖線可知得故A正確；B.θ=時(shí)，小球的速度平方為12，此時(shí)是圓環(huán)對(duì)小球的彈力提供向心力，有小球還受豎直向下的重力，所以小球所受合力為故B錯(cuò)誤；CD.時(shí)，有可知隨θ的增大，同時(shí)v也增大，所以N必須減小，時(shí)，有可知隨θ的增大，同時(shí)v也增大，所以N必須增大，所以0≤θ≤π過(guò)程中，圓環(huán)對(duì)小球的作用力先減小后增大，故C錯(cuò)誤，D正確。故選AD。三、解答題7．（2022·山東棗莊·統(tǒng)考模擬預(yù)測(cè)）2022年2月8日，18歲的中國(guó)選手谷愛(ài)凌在北京冬奧會(huì)自由式滑雪女子大跳臺(tái)比賽中以絕對(duì)優(yōu)勢(shì)奪得金牌。比賽場(chǎng)地如圖，可簡(jiǎn)化為如圖所示的示意圖。在比賽的空中階段可將運(yùn)動(dòng)員視為質(zhì)點(diǎn)，運(yùn)動(dòng)員從傾角為α=30°的斜面頂端O點(diǎn)以v0=20m/s的初速度飛出，初速度方向與斜面的夾角為θ=60°，圖中虛線為運(yùn)動(dòng)員在空中的運(yùn)動(dòng)軌跡，A為軌跡的最高點(diǎn)，B為軌跡上離斜面最遠(yuǎn)的點(diǎn)，C為過(guò)B點(diǎn)作豎直線與斜面的交點(diǎn)，不計(jì)空氣阻力，取重力加速度g=10m/s2。求：（1）運(yùn)動(dòng)員從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)的時(shí)間；（2）O、C兩點(diǎn)間的距離?！敬鸢浮浚?）；（2）40m【解析】（1）A為軌跡的最高點(diǎn)，說(shuō)明運(yùn)動(dòng)員在A點(diǎn)速度方向水平向右，設(shè)O到A時(shí)間為t1，由斜拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律，豎直方向上有解得t1=1s運(yùn)動(dòng)員從O到B過(guò)程，將運(yùn)動(dòng)分解為沿斜面向下方向和垂直斜面向上方向，到B點(diǎn)時(shí)速度平行于斜面向下，垂直斜面方向有得則運(yùn)動(dòng)員從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)的時(shí)間（2）解法1：設(shè)運(yùn)動(dòng)員落在斜面的D點(diǎn)，由垂直斜面方向運(yùn)動(dòng)對(duì)稱性可得小球從O到B與B到D所用時(shí)間相等，平行斜面方向，，a2=gsinα小球在水平方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)，C為OD中點(diǎn)，則代入數(shù)據(jù)解得解法2：小球在水平方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)由幾何關(guān)系可得解得8．（2023下·山東濰坊·高三統(tǒng)考階段練習(xí)）某水上滑梯的簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)圖如圖所示。總質(zhì)量為m的滑船（包括游客），從圖甲所示傾角的光滑斜軌道上A點(diǎn)由靜止開(kāi)始下滑，到達(dá)B點(diǎn)時(shí)，進(jìn)入一段與斜軌道相切的半徑的光滑圓弧軌道BC，C點(diǎn)為與地面相切的圓弧軌道最低點(diǎn)，在C點(diǎn)時(shí)對(duì)軌道的壓力為1.8mg，之后軌道扭曲（D與BC不在同一個(gè)豎直面內(nèi)），劃船從D點(diǎn)沿切線方向滑上如圖乙所示