5.1曲线运动
培优第一阶——基础过关练
一、曲线运动的概念和性质
1.下列关于运动和力的叙述中,正确的是( )
A.做曲线运动的物体,其加速度方向一定是变化的
B.物体受恒力作用时不可能做曲线运动
C.物体所受合力方向与运动方向夹角为45°时,该物体一定做加速曲线运动
D.物体运动的速率增大,物体所受合力方向一定与运动方向相同
2.做曲线运动的物体,下列说法正确的是( )
A.物体所受合力一定是恒力
B.物体所受合力一定是变力
C.物体的速度大小一定发生变化
D.物体的速度一定发生变化
3.北京时间2021年7月29日,在东京奥运会乒乓球女单比赛中,陈梦摘金,孙颖莎夺银。关于乒乓球的运动下列说法正确的是( )
A.研究侧旋球的打法时可以把乒乓球看做质点
B.在研究乒乓球被球拍击出点到落地点之间距离时,可以把球看做质点
C.乒乓球在空中做的是匀变速直线运动
D.球在空中飞行的过程内位移的大小等于路程
二、曲线运动瞬时速度的方向
4.2022年2月19日,北京冬奥会花样滑冰双人滑比赛中,中国选手隋文静、韩聪获得金牌,夺得中国队第九金。如图所示是某花样滑冰运动员入场时的运动轨迹,其中a、b、c、d是轨迹上的四个点。运动员在这四个点处的速度方向标注正确的是( )
A.位置a B.位置b C.位置c D.位置d
5.如图所示,在光滑水平桌面上固定一弯曲水平轨道,一钢球从弯曲轨道的N端以一定的初速度滚入,并从出口M端离开轨道。钢球离开轨道后,在桌面上的运动轨迹表示正确的是( )
A.沿虚线a B.沿虚线b
C.沿虚线c D.沿虚线a、b、c都有可能
6.如图所示,水平桌面上有一圆滑的弯曲轨道,钢球以一定的速度从轨道的始端进入,末端离开。对钢球在轨道末端速度方向的判断,图中表示正确的是( )
A.a B.b C.c D.d
图所示为一质点由M处向N处运动的轨迹图,质点在经过弯道上的P点时,下图标明了它的速度v方向和所受外力的合力F方向。正确的可能是图( )
A. B.
C. D.
三、物体做曲线运动的条件
8.如图所示,一物块在一个水平力F作用下沿足够大斜面匀速运动,此力F的方向与斜面平行。某时刻将力F撤除,下列对撤除力F后物块运动的描述正确的是( )
A.物块可能做匀变速曲线运动 B.物块仍沿斜面匀速运动
C.物块将做非匀变速曲线运动 D.物块最终将停在斜面上
9.如图所示,一物块仅在三个共点恒力F1、F2、F3的作用下以速度v0水平向右做匀速直线运动,其中F1斜向右上方,F2竖直向下,F3水平向左.某时刻撤去其中的一个力,其他力的大小和方向不变,一段时间后恢复该力,则下列说法不正确的是( )
A.如果撤去的是F1,则物块先做匀变速曲线运动,恢复该力之后将做匀速直线运动
B.如果撤去的是F1,恢复F1时物块的速度大小可能为v0
C.如果撤去的是F3,物块将向右做匀加速直线运动,恢复该力之后做匀速直线运动
D.如果撤去的是F2,在恢复该力之前的时间内,因物块做曲线运动,故在相等时间间隔内其速度的变化量Δv的方向时刻在改变
10.光滑平面上一运动质点以速度v通过原点O,v与x轴正方向成角(如图所示),与此同时对质点加上沿x轴正方向的恒力Fx和沿y轴正方向的恒力Fy,则( )
A.因为有Fx,质点一定做曲线运动
B.如果Fy>Fx,质点向y轴一侧做曲线运动
C.质点不可能做直线运动
D.如果Fy培优第二阶——拓展培优练
11.一个做匀速直线运动的物体,从某时刻起受到一个与运动方向不在同一直线上的恒力作用。在此之后,物体( )
A.做直线运动 B.做曲线运动
C.可能做匀速圆周运动 D.运动速度大小一定不断增大
12.如图所示,一物体在水平恒力的作用下沿光滑水平面做曲线运动,当物体从M点运动到N点时,其速度方向恰好改变了90°,则物体从M点到N点的运动过程中,物体的速度将( )
A.不断增大 B.不断减小
C.先增大后减小 D.先减小后增大
13.(多选)光滑水平面上一运动质点以速度v0通过点O,如图所示,与此同时给质点加上沿x轴正方向的恒力Fx和沿y轴正方向的恒力Fy,则( )
A.因为有Fx,质点一定做曲线运动
B.如果Fy<Fx,质点向y轴一侧做曲线运动
C.如果Fy=Fxtan α,质点做直线运动
D.质点一定做匀变速运动
14.如图所示,这是质点做匀变速曲线运动的轨迹的示意图。已知质点在B点的加速度方向与速度方向垂直,则下列说法中正确的是( )
A.质点在C点的速率小于B点的速率
B.质点在A点的加速度比C点的加速度大
C.质点在C点的速率大于B点的速率
D.从A点到C点,质点的加速度与速度的夹角先增大后减小,速率先减小后增大
15.若已知物体运动的初速度的方向及它受到的合力F的方向,图中a、b、c、d表示物体运动的轨迹,其中正确的是( )
A. B.
C. D.
16.如图A→E过程为一个做匀变速曲线运动的质点的轨迹,已知质点在B点时速度与加速度相互垂直,则下列说法中正确的是( )
A.质点在A点的加速度比在B点的大
B.质点在A点时加速度与速度夹角小于90°
C.质点在D点的速率比在C点大
D.质点从A到D加速度与速度的夹角先增大后减小
5.1曲线运动
培优第一阶——基础过关练
一、曲线运动的概念和性质
1.下列关于运动和力的叙述中,正确的是( )
A.做曲线运动的物体,其加速度方向一定是变化的
B.物体受恒力作用时不可能做曲线运动
C.物体所受合力方向与运动方向夹角为45°时,该物体一定做加速曲线运动
D.物体运动的速率增大,物体所受合力方向一定与运动方向相同
【答案】C
【详解】A.做曲线运动的物体,其速度方向一定是变化的,加速度方向不一定变化,例如平抛运动的加速度恒定不变,故A错误;B.物体做曲线运动的条件是合外力与速度的方向不共线,所以物体受恒力作用时也可能做曲线运动,例如平抛运动,故B错误;C.物体所受合力方向与运动方向夹角为锐角时,物体做加速曲线运动,所以物体所受合力方向与运动方向夹角45°时,该物体一定做加速曲线运动,故C正确;D.若物体做直线运动,当物体运动的速率增大时,物体所受合力方向一定与运动方向相同;若物体做曲线运动,当物体运动的速率增大时,物体所受合力方向与运动方向之间夹角为锐角,物体所受合力方向与运动方向不相同,故D错误。故选C。
2.做曲线运动的物体,下列说法正确的是( )
A.物体所受合力一定是恒力
B.物体所受合力一定是变力
C.物体的速度大小一定发生变化
D.物体的速度一定发生变化
【答案】D
【详解】CD.做曲线运动的物体速度沿着运动轨迹的切线方向,速度的方向一定改变,速度大小不一定改变,故D正确,C错误;AB.物体做曲线运动的条件:物体的初速度与力不在同一条直线上,力可以是恒力也可以是变力,故AB错误。故选D。
3.北京时间2021年7月29日,在东京奥运会乒乓球女单比赛中,陈梦摘金,孙颖莎夺银。关于乒乓球的运动下列说法正确的是( )
A.研究侧旋球的打法时可以把乒乓球看做质点
B.在研究乒乓球被球拍击出点到落地点之间距离时,可以把球看做质点
C.乒乓球在空中做的是匀变速直线运动
D.球在空中飞行的过程内位移的大小等于路程
【答案】B
【详解】A.研究侧旋球的打法时,乒乓球的大小和形状不能忽略,因此不能把乒乓球看做质点,故A项错误;B.研究乒乓球被球拍拍击出点到落地点之间的距离时,其大小和形状可以忽略不计,因此可以看成质点,故B项正确;C.乒乓球在空中做的是曲线运动,而不是直线运动,故C项错误;D.只有在单向直线运动中,位移的大小才等于路程,而乒乓球做的是曲线运动,所以位移的大小小于路程,故D项错误。
故选B。
二、曲线运动瞬时速度的方向
4.2022年2月19日,北京冬奥会花样滑冰双人滑比赛中,中国选手隋文静、韩聪获得金牌,夺得中国队第九金。如图所示是某花样滑冰运动员入场时的运动轨迹,其中a、b、c、d是轨迹上的四个点。运动员在这四个点处的速度方向标注正确的是( )
A.位置a B.位置b C.位置c D.位置d
【答案】C
【详解】因为曲线上某点的速度方向沿着该点的切向方向。故选C。
5.如图所示,在光滑水平桌面上固定一弯曲水平轨道,一钢球从弯曲轨道的N端以一定的初速度滚入,并从出口M端离开轨道。钢球离开轨道后,在桌面上的运动轨迹表示正确的是( )
A.沿虚线a B.沿虚线b
C.沿虚线c D.沿虚线a、b、c都有可能
【答案】B
【详解】物体做曲线运动的条件是合力与速度不在同一条直线上,速度的大小可以变化,但方向时刻变化,由于外力的作用,使其状态不断改变,当离开末端时,由于惯性作用,仍保持原来运动的方向,即沿着曲线的切线方向。故选B。
6.如图所示,水平桌面上有一圆滑的弯曲轨道,钢球以一定的速度从轨道的始端进入,末端离开。对钢球在轨道末端速度方向的判断,图中表示正确的是( )
A.a B.b C.c D.d
【答案】B
【详解】物体做曲线运动时速度方向是沿曲线的切线方向,当钢球离开末端时,由于惯性作用,仍保持原来运动的方向,即沿着曲线的切线方向,故B正确。故选B。
7.如图所示为一质点由M处向N处运动的轨迹图,质点在经过弯道上的P点时,下图标明了它的速度v方向和所受外力的合力F方向。正确的可能是图( )
A. B.
C. D.
【答案】C
【详解】质点做曲线运动,则质点在某位置的速度方向沿该点的切线方向,合外力方向指向轨迹的凹侧,且质点由M处向N处运动,符合条件得选项为C,故C正确。故选C。
三、物体做曲线运动的条件
8.如图所示,一物块在一个水平力F作用下沿足够大斜面匀速运动,此力F的方向与斜面平行。某时刻将力F撤除,下列对撤除力F后物块运动的描述正确的是( )
A.物块可能做匀变速曲线运动 B.物块仍沿斜面匀速运动
C.物块将做非匀变速曲线运动 D.物块最终将停在斜面上
【答案】CD
【详解】物体受重力、支持力、拉力及摩擦力而处于平衡,重力可分解为垂直于斜面及沿斜面的两个力;垂直斜面方向受力平衡,而沿斜面方向上有拉力、重力的分力及摩擦力而处于平衡,故摩擦力应与拉力与重力分力的合力平衡,运动方向与f的方向相反,如图所示
当F撤去后,合力方向与F方向相反,与v的方向由一定的夹角,大于90°,所以物体做曲线运动,速度的方向改变后,f的方向也改变,所以合力的方向也改变,故将做非匀变速曲线运动,最终将停在斜面上。故选CD。
9.如图所示,一物块仅在三个共点恒力F1、F2、F3的作用下以速度v0水平向右做匀速直线运动,其中F1斜向右上方,F2竖直向下,F3水平向左.某时刻撤去其中的一个力,其他力的大小和方向不变,一段时间后恢复该力,则下列说法不正确的是( )
A.如果撤去的是F1,则物块先做匀变速曲线运动,恢复该力之后将做匀速直线运动
B.如果撤去的是F1,恢复F1时物块的速度大小可能为v0
C.如果撤去的是F3,物块将向右做匀加速直线运动,恢复该力之后做匀速直线运动
D.如果撤去的是F2,在恢复该力之前的时间内,因物块做曲线运动,故在相等时间间隔内其速度的变化量Δv的方向时刻在改变
【答案】D
【详解】A.物块在三个共点力F1、F2、F3的作用下以速度v0水平向右做匀速直线运动,说明三个共点力平衡,如果撤去F1,则F2、F3的合力与F1等大反向,合力与初速度不在同一条直线上,物块做匀变速曲线运动,恢复F1,物块又处于平衡状态,做匀速直线运动,故A项正确,不符合题意;B.撤去F1,F2、F3的合力对物块可能先做负功后做正功,有可能总功为0,即恢复F1时物块的速度大小可能为v0,故B项正确,不符合题意;C.撤去F3后,合力水平向右,故物块向右做匀加速直线运动,故C项正确,不符合题意;D.撤去F2之后,合力竖直向上保持恒定,速度变化量Δv=aΔt由牛顿第二定律可知,加速度a是恒定的矢量,故在相等时间间隔内Δv的大小和方向都不变,故D项错误,符合题意。故选D。
10.光滑平面上一运动质点以速度v通过原点O,v与x轴正方向成角(如图所示),与此同时对质点加上沿x轴正方向的恒力Fx和沿y轴正方向的恒力Fy,则( )
A.因为有Fx,质点一定做曲线运动
B.如果Fy>Fx,质点向y轴一侧做曲线运动
C.质点不可能做直线运动
D.如果Fy【答案】D
【详解】若Fy=Fxtanα,则Fx和Fy的合力F与v在同一条直线上,此时物体做直线运动。若Fy培优第二阶——拓展培优练
11.一个做匀速直线运动的物体,从某时刻起受到一个与运动方向不在同一直线上的恒力作用。在此之后,物体( )
A.做直线运动 B.做曲线运动
C.可能做匀速圆周运动 D.运动速度大小一定不断增大
【答案】B
【详解】AB.物体所受合力与运动方向在同一直线时做直线运动,不在同一直线时做曲线运动,故B正确A错误;C.匀速圆周运动的合外力大小不变但方向时刻在变,因此恒力作用下不会做匀速圆周运动,故C错误;D.当合外力与速度夹角为锐角时做加速运动,合外力与速度夹角为钝角时做减速运动,故D错误。
故选B。
12.如图所示,一物体在水平恒力的作用下沿光滑水平面做曲线运动,当物体从M点运动到N点时,其速度方向恰好改变了90°,则物体从M点到N点的运动过程中,物体的速度将( )
A.不断增大 B.不断减小
C.先增大后减小 D.先减小后增大
【答案】D
【详解】其速度方向恰好改变了90°,可以判断恒力方向应为右下方,与初速度的方向夹角要大于90°小于180°才能出现末速度与初速度垂直的情况,因此恒力先做负功,当达到速度与恒力方向垂直后,恒力做正功,动能先减小后增大。故选D。
13.(多选)光滑水平面上一运动质点以速度v0通过点O,如图所示,与此同时给质点加上沿x轴正方向的恒力Fx和沿y轴正方向的恒力Fy,则( )
A.因为有Fx,质点一定做曲线运动
B.如果Fy<Fx,质点向y轴一侧做曲线运动
C.如果Fy=Fxtan α,质点做直线运动
D.质点一定做匀变速运动
【答案】CD
【详解】质点所受合力方向与速度方向不在同一条直线上时,质点做曲线运动,若所受合力与速度同方向,则做直线运动,因为和的大小恒定,所以合力F为定值,则加速度不变,无论是做曲线运动还是直线运动,质点都是做匀变速运动,若则和的合力F与在同一条直线上,此时质点做直线运动,若即则和的合力F与水平方向的夹角小于,则质点偏向x轴一侧做曲线运动,故CD正确,AB错误。故选CD。
14.如图所示,这是质点做匀变速曲线运动的轨迹的示意图。已知质点在B点的加速度方向与速度方向垂直,则下列说法中正确的是( )
A.质点在C点的速率小于B点的速率
B.质点在A点的加速度比C点的加速度大
C.质点在C点的速率大于B点的速率
D.从A点到C点,质点的加速度与速度的夹角先增大后减小,速率先减小后增大
【答案】C
【详解】AC.质点做匀变速曲线运动,B点到C点的过程中加速度方向与速度方向夹角小于90°,即从B点C点质点的速度大小在增大,所以,C点的速率比B点的速率大,故A项错误,C项正确;B.质点做匀变速曲线运动,则加速度大小和方向不变,所以质点经过C点时的加速度与A点的相同,故B项错误;
D.若质点从A点运动到C点,质点运动到B点时速度方向与加速度方向恰好互相垂直,则有A点速度与加速度方向夹角大于90°,C点的加速度方向与速度方向夹角小于90°,即质点的加速度与速度的夹角一直在减小,速率先减小后增大,故D项错误。故选C。
15.若已知物体运动的初速度的方向及它受到的合力F的方向,图中a、b、c、d表示物体运动的轨迹,其中正确的是( )
A. B.
C. D.
【答案】B
【详解】如果受力的方向与初速度方向不在一条直线上,物体将做曲线运动,并且向力的方向弯曲。
故选B。
16.如图A→E过程为一个做匀变速曲线运动的质点的轨迹,已知质点在B点时速度与加速度相互垂直,则下列说法中正确的是( )
A.质点在A点的加速度比在B点的大
B.质点在A点时加速度与速度夹角小于90°
C.质点在D点的速率比在C点大
D.质点从A到D加速度与速度的夹角先增大后减小
【答案】C
【详解】A.质点做匀变速曲线运动,加速度不变,合外力也不变,A错误;B.质点运动到B点时速度方向与加速度方向恰好互相垂直,速度沿B点轨迹的切线方向,则知加速度方向向下,在A点时速度方向斜向上,质点在A点时加速度与速度夹角大于90°,B错误;C.质点运动到B点时速度方向与加速度方向恰好互相垂直,速度沿B点轨迹的切线方向,则知加速度方向向下,合外力也向下,质点做匀变速曲线运动,合外力恒定不变,质点由C到D过程中,合外力和速度方向成锐角,速度增大,D点的速度比C点速度大,C正确;D.质点由A到D过程中,受力的方向向下,速度的方向从斜向上变为斜向下,加速度与速度之间的夹角一直减小,D错误。故选C