曲线运动易混、易错问题聚焦
易混点一、 不理解曲线运动的条件,物体做什么性质的运动是由初速度及受力情况决定.
易混点二、不能理解分运动的独立性,两同时发生的分运动的联系桥梁是时间.对小船过河问题不能理解题目中“最短时间过河”及“最短航程过河”的含义.
易混点三、不理解平抛运动是恒力作用下的运动,是一种匀变速的曲线运动,速度只在竖直方向均匀增加.易把速度偏角同位移偏角混淆.不能挖掘出题目中的隐含条件,故而不能正确解答(如从已知倾角的斜面平抛后又落在斜面上,实际上是告诉了位移偏角;如是垂直落在斜面上则是告诉了速度偏角).
易错题一 缺乏对平抛运动情景的深入体会
例1 关于平抛运动,以下说法正确的是( )
A. 任意时刻速度的水平分量都等于抛出时的速度v0
B. 任意1s内速度的改变都相等
C. 任意相等时间间隔内的位移相等
D. 相邻相等时间间隔内竖直方向的位移之差是常数
易错点:“匀变速运动”指的是加速度恒定(大小,方向都不变)的运动.平抛运动是匀变速运动,加速度是定值g.在任意时间内的速度变化方向总是竖直向下的.
分析解答:平抛运动任意时刻速度的水平分量都等于抛出时的速度v0;平抛运动是加速度为g的匀变速运动,Δv=gt,所以任意相等时间间隔内的速度变化都是相等的,方向都是竖直向下;如图1所示,对于竖直方向的运动,由Δs=aT2=常数可知,相邻相等时间间隔内竖直方向的位移之差是常数
答案: ABD.
易错题二 把坐标原点作为平抛运动的起点
例2 在“研究平抛物体运动”的实验中,某同学记录了小球运动途中的A、B、C三点位置,取A点为坐标原点,则各点位置坐标如图2所示,g取10m/s2,那么
(1)平抛初速度是多大?
(2)抛体到达C点时的速度?
易错点: 认为坐标原点就是平抛运动的起点;相临等时间的位移差理解为40cm-15cm=25cm.
分析解答:(1)平抛运动物体水平方向做匀速直线运动,由图可知,小球从A到B,B到C的时间相等,设时间间隔为t,初速度为v0,A到B,B到C的水平位移为x,竖直位移分别为y1和y2.对于水平方向有:x=v0t①;对于竖直方向有:y2-y1=gt2②
其中x=0.1m,y1=0.15m,y2=0.25m,联立方程①②求解得:t=0.1s,v0=1m/s
(2)由于平抛物体在竖直方向做匀变速直线运动,B点为A到C时间中间时刻位置,所以B点竖直分速度等于从A到C竖直方向的平均速度,即:m/s,则C点竖直分速度为:vCy=vBy+gt=(2+10×0.1)m/s,所以C点速度大小为:,速度与水平方向的夹角为?琢,则:,即C点速度与水平方向成α=arctan3的角度.
易错题三 对圆周运动过最高点的速度认识不清
例3 使一小球沿半径为R的圆形轨道从最低点上升,那么需给它最小速度为多大时,才能使它达到轨道的最高点?
易错点:小球到达最高点A时的速度vA不能为零,否则小球早在到达A点之前就离开了圆形轨道.要使小球到达A点(自然不脱离圆形轨道),当NA=0时,vA最小,即为圆周运动的临界速度.
分析解答:以小球为研究对象.小球在轨道最高点时,受重力和轨道给的弹力.小球在圆形轨道最高点A时满足方程
根据机械能守恒,小球在圆形轨道最低点B时的速度满足方程
解方程组得当NA=0时,vB为最小,
所以在B点应使小球至少具有速度,才能使它到达圆形轨道的最高点A.
易错题四 把恒力当作向心力处理
例3 一个质量为2kg的物体,在6个共点力作用下处于匀速直线运动状态,现同时撤去大小分别为8N和10N的两个力,其余的力保持不变,下列关于此后该物体运动状态的说法中正确的是( )
A. 可能做匀速圆周运动,向心加速度大小为2m/s2
B. 可能做匀减速圆周运动,加速度大小为0.5m/s2
C. 可能做匀变速曲线运动,加速度大小为5m/s2
D. 可能做匀变速直线运动,加速度大小为5m/s2
易错点: 匀速圆周运动的条件不清;没有弄清去掉8N和10N这两个力后剩下的四个力的合力的大小范围.
分析解答: 由题意,物体在6个共点力作用下处于匀速直线运动状态,说明6个力均是恒力,去掉大小分别为8N和10N的两个力后其余4个力的合力大小和方向应恒定,物体在恒力作用下做匀变速运动,可以是直线也可以是曲线,但不可能做匀速圆周运动.
合力大小在2N到18N之间,由牛顿第二定律知加速度的范围应为1m/s2到9m/s2之间,所以C、D正确.
答案:CD
易错题五 混淆竖直面上的圆周运动中的“几何最低(高)点”和“物理最低(高)点”
例5 如图4所示,水平面和圆环均光滑,此装置在均匀作用区内,圆环半径为R,跟圆环最低点相距L处有一个质量为m的小球,小球在其中受到水平向右的恒力F作用,从静止开始沿水平轨道进入圆环,并在圆环内做圆周运动.已知R、m、F,求当F=mg时,L满足什么条件,才能使小球能在圆环内做圆周运动.
易错点:区分“物理最高点”与“几何最高点”.物理最高(低)点是物体势能最大(小)而动能最小(大)的位置,不一定与几何最高(低)点重合.本题中的作用力水平向右,当金属球在环内做圆周运动时,物理最高点为A点,物理最低点为B点,而几何最高点为C点,几何最低点为D点(如图4所示,这种情况下,两个最高(低)点已不再重合).A处速度的最小值(临界速度)应满足:
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分析解答: G与作用力的合力mg,方向与竖直方向成45°,在物理最高点(与竖直方向成45°角的直径左上方A点,如图5所示)满足≥
mg,又据动能定理有:F(L-Rcos45°)-mgR(1+sin45°)=mv2,所以
时小球将在圆环内做圆周运动.
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