第五章 抛体运动
2.运动的合成与分解
1.如图所示,在一端封闭的光滑细玻璃管中注满清水,水中放一红蜡块R(R可视为质点)。将玻璃管的开口端用胶塞塞紧后竖直倒置且与y轴重合,R从坐标原点开始运动的轨迹如图所示,则红蜡块R在x轴、y轴方向的运动情况可能是( )
A.x轴方向匀速直线运动,y轴方向匀速直线运动
B.x轴方向匀速直线运动,y轴方向匀加速直线运动
C.x轴方向匀减速直线运动,y轴方向匀速直线运动
D.x轴方向匀加速直线运动,y轴方向匀速直线运动
2.如图所示,在一端封闭的光滑细玻璃管中注满清水,水中放一红蜡块R(R视为质点)。将玻璃管的开口端用胶塞塞紧后竖直倒置且与y轴重合,在R从坐标原点以速度v0=3 cm/s匀速上浮的同时,玻璃管沿x轴正方向做初速度为零的匀加速直线运动,R的合速度的方向与y轴正方向的夹角为α。则( )
A.红蜡块R的分位移y的平方与x成正比
B.红蜡块R的分位移y的平方与x成反比
C.tan α与时间t的平方成正比
D.红蜡块R的合速度v的大小与时间t成正比
3.有关运动的合成,以下说法不正确的是( )
A.两个不在同一条直线上的初速度为零的匀加速直线运动的合运动一定是匀加速直线运动
B.两个不在同一条直线上的匀速直线运动的合运动一定是匀速直线运动
C.不在同一直线上的匀加速直线运动和匀速直线运动的合运动一定是曲线运动
D.两个直线运动的合运动一定是直线运动
4.如图所示,一块可升降白板沿墙壁竖直向上做匀速运动,某同学用画笔在白板上画线,画笔相对于墙壁从静止开始水平向右先匀加速,后匀减速直到停止。取水平向右为x轴正方向,竖直向下为y轴正方向,则画笔在白板上画出的轨迹可能为( )
A B C D
5.如图所示,在灭火抢险的过程中,消防队员有时要借助消防车上的梯子爬到高处进行救人或灭火作业。为了节省救援时间,人沿梯子匀加速向上运动的同时消防车匀速后退,从地面上看,下列说法中正确的是( )
A.消防队员做匀加速直线运动
B.消防队员做匀变速曲线运动
C.消防队员做变加速曲线运动
D.消防队员水平方向的速度保持不变
6.2020年3月3日消息,国网武汉供电公司每天用无人机对火神山医院周边线路进行巡检,一次最长要飞130分钟,它们是火神山医院的电力“保护神”。图甲、乙分别是某架无人机在相互垂直的x方向和y方向运动的v t图像。在0~2 s内,以下判断正确的是( )
甲 乙
A.无人机的加速度大小为10 m/s2,做匀变速直线运动
B.无人机的加速度大小为10 m/s2,做匀变速曲线运动
C.无人机的加速度大小为14 m/s2,做匀变速直线运动
D.无人机的加速度大小为14 m/s2,做匀变速曲线运动
7.一小船横渡一条河,船头方向始终与河岸垂直,若小船相对静水的速度不变,运动轨迹如图所示,则河水的流速( )
A.由A到B水速一直增大
B.由A到B水速一直减小
C.由A到B水速先增大后减小
D.由A到B水速先减小后增大
8.如图所示,甲、乙两船在同一河岸边A、B两处,两船船头方向与河岸均成θ角,且恰好对准对岸边C点。若两船同时开始渡河,经过一段时间t,同时到达对岸,乙船恰好到达正对岸的D点。若河宽d、河水流速均恒定,两船在静水中的划行速率恒定,不影响各自的航行,下列判断正确的是( )
A.两船在静水中的划行速率不同
B.甲船渡河的路程有可能比乙船渡河的路程小
C.两船同时到达D点
D.河水流速为
9 .关于合运动与分运动,下列说法不正确的是( )
A.合运动的位移大小等于两分运动的位移大小之和
B.合运动的位移可能比其中的一个分位移大
C.合运动的速度可能比其中的一个分速度小
D.合运动的时间与分运动的时间相同
10.一物体在xOy平面内从坐标原点开始运动,沿x轴和y轴方向运动的速度随时间t变化的图像分别如图甲、乙所示,则物体0~t0时间内( )
A.做匀速运动
B.做非匀变速运动
C.运动的轨迹可能如图丙所示
D.运动的轨迹可能如图丁所示
11.河宽d=60 m,水流速度v1=4 m/s不变,小船在静水中的行驶速度为v2=3 m/s,则( )
A.小船能垂直直达正对岸
B.若船头始终垂直于河岸渡河,渡河过程中水流速度加快,渡河时间将变长
C.小船渡河时间最短为20 s
D.小船渡河的实际速度一定为5 m/s
12.用跨过定滑轮的绳把湖中小船向右拉到岸边的过程中,如图所示,如果保持绳子上P点的速度v不变,则小船的速度( )
A.不变 B.逐渐增大
C.逐渐减小 D.先增大后减小
13.如图所示的塔吊臂上有一可以沿水平方向运动的小车A,小车下装有吊着物体B的吊钩,在小车A与物体B以相同的水平速度向右沿吊臂匀速运动的同时,吊钩将物体B由地面向上吊起,B、A之间的距离以d=H-2t2(式中H为吊臂离地面的高度)规律变化,则物体做( )
A.斜向上的直线运动
B.速度大小减小的曲线运动
C.加速度大小方向均变化的曲线运动
D.加速度大小方向均不变的曲线运动
14.小船横渡一条河,为尽快到达对岸,船头方向始终与河岸垂直,为避免船撞击河岸,小船先做加速运动后做减速运动,使小船到达河对岸时恰好不与河岸相撞。小船在静水中的行驶速度v1如图甲所示,水的流速v2如图乙所示,则下列关于小船渡河的说法正确的是( )
甲 乙
A.小船的运动轨迹为直线
B.河宽是150 m
C.小船到达对岸时,沿河岸下游运动了60 m
D.小船渡河的最大速度是13 m/s
15.一艘小艇从河岸A处出发渡河,小艇保持与河岸垂直方向行驶,经过10 min到达正对岸下游120 m的C处,如图所示,如果小艇保持原来的速度逆水斜向上游与河岸成α角方向行驶,则经过12.5 min恰好到达正对岸的B处,求:河的宽度。
16.起重机是指在一定范围内垂直提升和水平搬运重物的多动作起重机械,又称天车、航吊、吊车。起重机所吊物体在水平方向的运动情况如图甲,在竖直方向的运动情况如图乙。
甲 乙
问题:(1)起重机所吊物体在3 s内做匀变速曲线运动,对吗?
(2)在t=4 s时,起重机所吊物体的速度大小。
17.如图,A、B两物体系在跨过光滑定滑轮的一根轻绳的两端,若A物体以速度v沿水平地面向左运动,某时刻系A、B的绳分别与水平方向成α、β角,求此时B物体的速度。
18.设“歼20”质量为m,以水平速度v0飞离跑道后逐渐上升,若飞机在此过程中水平速度保持不变,同时受到重力和竖直向上的恒定升力(该升力由其他力的合力提供,不含重力)。求:
(1)若测得当飞机在水平方向的位移为L时,它的上升高度为h。求“歼20”受到的升力大小;
(2)当飞机水平位移为L,上升到h高度时飞机的速度大小和方向。
参考解析
1 D [若x轴方向匀速直线运动,根据运动轨迹的形状,则y轴方向的加速度方向沿y轴负方向,即y轴方向减速直线运动,故AB两项错误;若y轴方向匀速直线运动,根据运动轨迹的形状,则x轴方向的加速度方向沿x轴正方向,即x轴方向加速直线运动,故C项错误,D项正确。]
2 A [红蜡块R在竖直方向做匀速运动,则y=v0t,在水平方向有x=at2,解得x=y2,故A正确,B错误;R的合速度的方向与y轴正方向的夹角α满足tan α==,即tan α与时间t成正比,故C错误;蜡块的合速度的大小v=,故D错误。]
3 D [两个不在同一条直线上的初速度为零的匀加速直线运动合成时,其合加速度为两个方向的加速度的矢量和,由于初速度为零,所以合运动是匀加速直线运动,A正确;两个分运动都是匀速直线运动,则合加速度为零,合速度不为零,因此合运动仍然是匀速直线运动,B正确;不在同一直线上的匀加速直线运动和匀速直线运动合成时,合加速度的方向与合速度的方向不在同一直线上,因此合运动是曲线运动,C正确;两个直线运动的合运动不一定是直线运动,比如C选项中两个直线运动的合运动是曲线运动,D错误。故本题应选D。]
4 D [由题可知,画笔相对白板竖直方向向下做匀速运动,水平方向先向右做匀加速运动,根据运动的合成和分解可知此时画笔做曲线运动,由于合加速度向右,则曲线凹侧向右,然后水平向右做匀减速运动,同理可知轨迹仍为曲线运动,由于合加速度向左,则曲线凹侧向左,故D正确,ABC错误。]
5 B [消防队员参与了两个分运动,一个是随车匀速后退,另一个是沿梯子向上匀加速直线运动,即合初速度与合加速度不共线,故合运动是匀变速曲线运动,故AC错误,B正确;将消防队员的运动分解为水平方向和竖直方向,知水平方向上的最终速度为匀速后退的速度和沿梯子方向的速度在水平方向上的分速度的合速度,因为沿梯子方向的速度在水平方向上的分速度在变,所以消防队员水平方向的速度在变,故D错误。]
6 A [在0~2 s内,x方向的初速度大小v0x=0,加速度大小ax= m/s2=6 m/s2,y方向初速度大小voy=0,加速度大小ay= m/s2=8 m/s2,根据平行四边形定则可以得到无人机合初速度为v=0,合加速度大小为a==10 m/s2,故合运动为匀变速直线运动,A正确,BCD错误。]
7 B [由题意可知,船相对静水的速度大小、方向不变,但合速度的方向越来越趋向于垂直河岸方向,由速度合成图可知,船越接近B,水速越小,即由A到B水速一直减小,B项正确,ACD三项错误。]
8 C [由题意可知,两船渡河的时间相等,两船沿垂直河岸方向的分速度v1相等,由v1=vsin θ知两船在静水中的划行速率v相等,选项A错误;乙船沿BD到达D点,可见河水流速v水方向沿AB方向,可见甲船不可能到达到正对岸,甲船渡河的路程较大,选项B错误;由于甲船沿AB方向的位移大小x=(vcos θ+v水)t==AB,可见两船同时到达D点,选项C正确;根据速度的合成与分解,v水=vcos θ,而vsin θ=,得v水=,选项D错误。]
9 A [位移是矢量,位移的合成遵循平行四边形定则,合运动的位移等于两分运动位移的矢量和,A错误;根据平行四边形定则可知,合运动的位移(速度)可能比分位移(分速度)大,也可能比分位移(分速度)小,还可能与分位移(分速度)相等,故B、C正确;合运动与分运动具有等时性,合运动的时间等于分运动的时间,D正确。本题不正确的选A。]
10 C [0~t0时间内物体在x轴方向做匀速直线运动,在y轴方向上做匀减速直线运动,所受合力沿y轴负方向且大小保持不变,物体做向y轴负方向弯曲的匀变速曲线运动,故选项C正确。]
11 C [由于船速小于水速,小船的合速度不可能垂直于河岸,小船不能垂直直达正对岸,故A错误;当船速垂直于河岸时,小船渡河时间最短为tmin== s=20 s
当水速增大时,渡河时间不受影响,故B错误,C正确;
由于船速方向未知,无法求解渡河实际速度,故D错误。]
12 B [小船的运动为实际运动,把小船的运动分解为沿绳子方向和垂直于绳子斜向下方向的两个分运动,如图所示。小船运动过程中保持绳子上P点速度大小不变,两个分运动方向始终垂直,合运动方向不变,绳子与水平方向的夹角θ逐渐增大。v船=,由于θ不断增大,则cos θ不断减小,故v船逐渐增大。选项ACD错误,B正确。]
13 D [B、A之间的距离以d=H-2t2(式中H为吊臂离地面的高度)规律变化,则物体B竖直向上的位移y=2t2,物体B竖直分运动的加速度的大小为ay=4 m/s2,竖直分运动的初速度为v0y=0,故竖直分速度为vy=4t,物体B参与了两个分运动:水平方向的匀速直线运动和竖直方向的匀加速直线运动。合运动的速度为竖直分速度与水平分速度的合速度,遵循平行四边形定则,故合速度的方向不断变化,物体一定做曲线运动,合速度的大小v=,故合速度的大小也一定不断变大,故AB错误;物体B水平方向加速度等于零,故合加速度等于竖直分运动的加速度,因而合加速度的大小和方向都不变,故D正确,C错误。]
14 B [小船在静水中的速度先增大后减小,又因水的流速恒定,且方向与小船在静水中的速度方向垂直,所以小船的实际运动是两者的合运动,是曲线运动,A错误;研究小船垂直于河岸方向的运动,根据速度—时间图像中图线与时间轴围成的面积表示位移大小,可得河宽d=×30×10 m=150 m,B正确;根据运动的等时性可知,小船沿河岸方向运动了30 s,则沿河岸方向运动的距离x=3×30 m=90 m,C错误;根据矢量合成法则可知,小船在静水中的速度最大时,渡河速度最大,为 m/s= m/s,D错误。]
15 [答案] 200 m
[解析] 设河宽为d,河水流速为v1,船速大小为v2,船两次运动速度合成如图所示。
依题意有:v2t1=v2 sin α·t2
BC的距离为:=v1t1
速度关系为:=cos α
联立可得:v1=12 m/min
由上可得:sin α=0.8,故cos α=0.6
河宽:d=v2t1=×10 m=200 m。
16 [答案] (1)对 (2)10 m/s
[解析] (1)在3 s内,起重机所吊物体在水平方向做初速度为零的匀加速直线运动,在竖直方向做匀速直线运动,则所吊物体的加速度恒定,故起重机所吊物体在3 s内做匀变速曲线运动。
(2)在t=4 s时,起重机所吊物体在水平方向的速度大小vx=6 m/s,在竖直方向的速度大小vy=8 m/s,则起重机所吊物体的速度大小v==10 m/s。
17 [答案] v,方向水平向右
[解析] A、B两物体速度分解图如图所示,由于两物体沿绳的速度分量相等,所以有v1=vB1,即vcos α=vBcos β,解得vB=v,方向水平向右。
18 [答案] (1)mg (2),与水平方向夹角θ,tan θ=
[解析] (1)水平方向:L=v0t
竖直方向:h=at2
得:a=v
由牛顿第二定律:F-mg=ma
所以F=mg。
(2)水平方向速度:vx=v0
竖直方向速度:vy==
由于两速度垂直,合速度:
v==
合速度与水平方向夹角为θ,则有:tan θ==。