5.1曲线运动
一、单选题
1.在水平桌面上,小钢球在弧形轨道作用下运动,如图所示,是它运动中一段轨迹,则在这段运动过程中,与a点运动方向相同的点有几处( )
A.1 B.2 C.3 D.4
2.关于曲线运动,下列说法中正确的是( )
A.物体只有受到变力作用才做曲线运动
B.物体做曲线运动时,加速度可能不变
C.做曲线运动的物体加速度方向与速度方向有可能在同一条直线上
D.物体做曲线运动时,有可能处于平衡状态
3.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
4.如图为一个质点从A点到E点做匀变速曲线运动的轨迹示意图。已知质点在B点时的速度与加速度相互垂直,下列说法正确的是( )
A.质点运动中加速度大小始终不变,方向时刻沿轨迹的切线方向
B.从A点到E点,质点的速度先减小后增大
C.从A点到E点,质点的加速度与速度方向的夹角先减小后增大
D.运动轨迹中AB和BC两段,质点速度变化量的方向相反
5.如图,某物体在外力作用下沿曲线从E到F一直做加速运动,则途径P点时有( )
A.外力沿Pa方向,速度沿Pb方向
B.外力沿Pb方向,速度沿Pd方向
C.外力沿Pc方向,速度沿Pa方向
D.外力沿Pc方向,速度沿Pd方向
6.近日某中学足球队获合肥市校足球联赛冠军,如图所示,比赛进行到59分钟时李同学以一粒“香蕉球”破门赢得比赛。下列说法正确的是( )
A.研究如何踢出“香蕉球”时,足球可看做质点
B.足球在空中做匀变速运动
C.在月球上不可能踢出“香蕉球”
D.足球在空中受到李同学施加的指向轨迹内侧的力
7.如图是一种创新设计的“空气伞”,它的原理是从伞柄下方吸入空气,然后将空气加速并从顶部呈环状喷出形成气流,从而改变周围雨水的运动轨迹,形成一个无雨区,起到传统雨伞遮挡雨水的作用。在无风的雨天,若“空气伞”喷出的气流水平,则雨水从气流上方穿过气流区至无气流区的运动轨迹可能与下列四幅图中哪一幅类似( )
A. B. C. D.
8.一个做曲线运动的物体的轨迹由上到下(如图中曲线所示),物体通过轨迹中点时的速度v的方向和加速度a的方向可能正确的是( )
A. B.
C. D.
9.汽车在水平公路上转弯,沿曲线由M向N行驶,图中分别画出了汽车转弯时所受合力F的四种方向,你认为可能正确的是( )
A. B.
C. D.
10.在某次拉雪橇表演中,一只雪橇犬拉着雪橇沿圆弧从向运动,速率逐渐增大,已知雪地对雪橇的阻力不能忽略,则关于雪橇犬对雪橇的拉力方向,正确的是( )
A. B.
C. D.
11.伽利略首次发现,力是改变物体状态的原因,开创了现代意义上的物理学。物体的运动状态的改变,受物体所受合外力及速度两个因素的影响,一物体在两个恒力的共同作用下匀速直线运动,某时刻只将其中的一个恒力撤去,则关于此后该物体的运动情况的下列说法,正确的是( )
A.可能做加速度恒定不变的曲线运动
B.可能仍做匀速直线运动
C.不可能做匀减速直线运动
D.加速度的方向与未撤去的恒力方向不同
12.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二、解答题
13.图为砂轮打磨下来的炽热微粒飞离砂轮时的情形,微粒离开砂轮的时刻不同,飞离时的速度方向也不一样.
(1)微粒离开砂轮瞬间速度方向如何?
(2)微粒在离开砂轮前速度是否变化?
(3)微粒做曲线运动时,加速度可以是零吗?为什么?
14.一质点做曲线运动,如图所示,先后经过A、B、C、D四点,速度分别是、、、,加速度为、、、,试在图中标出各点的速度方向、加速度的大致方向.
15.如图是抛出的铅球运动轨迹的示意图(把铅球看成质点),画出铅球沿这条曲线运动时在A、B、C、D、E各点的速度方向及铅球在各点的受力方向(空气阻力不计)。
16.如图所示为一空间探测器的示意图,、、、是四个喷气发动机,、的连线与空间一固定坐标系的x轴平行,、的连线与y轴平行,每台发动机开动时,都能向探测器提供推力,但不会使探测器转动。开始时,探测器以恒定的速率沿x轴正方向平移。
(1)单独开动、、、,探测器将做什么运动?
(2)同时开动与,探测器将做什么运动?
(3)若四个发动机能产生大小相等的推力,那么同时开动时探测器将做什么运动?
(4)单独开动与单独开动探测器的运动有何不同?
5.1曲线运动
一、单选题
1.在水平桌面上,小钢球在弧形轨道作用下运动,如图所示,是它运动中一段轨迹,则在这段运动过程中,与a点运动方向相同的点有几处( )
A.1 B.2 C.3 D.4
【答案】B
【详解】小钢球在某时刻的速度方向沿轨迹切线方向,如图所示,可知与a点运动方向相同的点有2处。
故选B。
2.关于曲线运动,下列说法中正确的是( )
A.物体只有受到变力作用才做曲线运动
B.物体做曲线运动时,加速度可能不变
C.做曲线运动的物体加速度方向与速度方向有可能在同一条直线上
D.物体做曲线运动时,有可能处于平衡状态
【答案】B
【详解】A. 不管物体受力是恒力还是变力,只要所受合力方向与速度方向不在同一直线上,物体就做曲线运动,A错误;
B. 物体做匀变速曲线运动时,加速度保持不变,比如平抛运动,加速度为重力加速度,B正确;
C. 做曲线运动的物体所受合力方向与速度方向一定不在同一直线上,故做曲线运动的物体加速度方向与速度方向不可能在同一条直线上,C错误;
D. 物体做曲线运动时,所受合外力一定不为0,故不可能处于平衡状态,D错误;
故选B。
3.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。
4.如图为一个质点从A点到E点做匀变速曲线运动的轨迹示意图。已知质点在B点时的速度与加速度相互垂直,下列说法正确的是( )
A.质点运动中加速度大小始终不变,方向时刻沿轨迹的切线方向
B.从A点到E点,质点的速度先减小后增大
C.从A点到E点,质点的加速度与速度方向的夹角先减小后增大
D.运动轨迹中AB和BC两段,质点速度变化量的方向相反
【答案】B
【详解】A.质点做匀变速曲线运动,则运动中合外力及加速度恒定,但方向指向轨迹的凹侧,故A错误;
B.从A点到E点,合外力指向凹侧,速度沿轨迹切向,则其夹角从钝角变为直角,然后为锐角,故速度先减小后增大,故B正确;
C.从A点到E点,质点的加速度与速度方向的夹角一直减小,故C错误;
D.运动轨迹中AB和BC两段,因加速度恒定,则质点速度变化量的方向相同,均为加速度的方向,故D错误;
故选B。
5.如图,某物体在外力作用下沿曲线从E到F一直做加速运动,则途径P点时有( )
A.外力沿Pa方向,速度沿Pb方向
B.外力沿Pb方向,速度沿Pd方向
C.外力沿Pc方向,速度沿Pa方向
D.外力沿Pc方向,速度沿Pd方向
【答案】D
【详解】曲线运动的速度方向沿轨迹的切线,则沿曲线从E到F过P点时的速度沿Pd方向,而物体做加速运动,要求合外力指向凹侧且与速度成锐角,故外力只可能沿Pc方向,故选D。
6.近日某中学足球队获合肥市校足球联赛冠军,如图所示,比赛进行到59分钟时李同学以一粒“香蕉球”破门赢得比赛。下列说法正确的是( )
A.研究如何踢出“香蕉球”时,足球可看做质点
B.足球在空中做匀变速运动
C.在月球上不可能踢出“香蕉球”
D.足球在空中受到李同学施加的指向轨迹内侧的力
【答案】C
【详解】A.研究如何踢出“香蕉球”时,足球各部分的运动差异不能忽略,此时不能将足球看成质点,故A错误;
B.足球在空中运动时除了受重力外,还受到空气的作用力,该作用力与足球的运动状态有关,是变力,所以足球所受合力为变力,不可能做匀变速运动,故B错误;
C.“香蕉球”的基本原理在于足球在高速旋转时,运动轨迹内、外侧对足球具有气压差,从而使足球受到指向轨迹凹侧的压力,使其沿弧线运动,月球上是真空状态,不可能造成上述气压差,所以在月球上不可能踢出“香蕉球”,故C正确;
D.足球在空中运动时,与李同学没有接触,不可能受到李同学施加的指向轨迹内侧的力,故D错误。
故选C。
7.如图是一种创新设计的“空气伞”,它的原理是从伞柄下方吸入空气,然后将空气加速并从顶部呈环状喷出形成气流,从而改变周围雨水的运动轨迹,形成一个无雨区,起到传统雨伞遮挡雨水的作用。在无风的雨天,若“空气伞”喷出的气流水平,则雨水从气流上方穿过气流区至无气流区的运动轨迹可能与下列四幅图中哪一幅类似( )
A. B. C. D.
【答案】C
【详解】AB.气流对雨滴有排斥力,当雨滴接近空气伞时,受到水平方向的作用力,将产生水平方向的加速度,此时雨滴所受的合力与运动的方向不在一条直线上,所以其运动轨迹将逐渐发生弯曲,速度的方向不能发生突变,故AB错误。
CD.雨滴原来的运动方向沿是竖直方向向下,当受到水平方向的作用力后,水平方向做匀加速直线运动,竖直方向做匀加速直线运动,从受力点开始,合外力和速度成锐角,雨滴所做的运动的轨迹一定是向合外力方向发生弯曲,故C正确,D错误。
故选C。
【点睛】明确曲线运动的条件,即主要看所受合外力的方向与初速度的方向的关系,这是判断是否做曲线运动的依据。
8.一个做曲线运动的物体的轨迹由上到下(如图中曲线所示),物体通过轨迹中点时的速度v的方向和加速度a的方向可能正确的是( )
A. B.
C. D.
【答案】B
【详解】A.速度方向沿轨迹切线方向是正确的,而加速度不可能沿切线方向,否则将是直线运动,故A错误;
B.图中速度方向沿轨迹的切线方向,加速度指向轨迹的内侧,符合曲线运动条件,故B正确;
C.图中速度方向沿轨迹的切线方向,加速度方向应该指向轨迹的曲线内侧,故C错误;
D.加速度方向指向轨迹的内侧,而速度方向应该是沿切线方向,故D错误。
故选B。
9.汽车在水平公路上转弯,沿曲线由M向N行驶,图中分别画出了汽车转弯时所受合力F的四种方向,你认为可能正确的是( )
A. B.
C. D.
【答案】C
【详解】做曲线运动的汽车受到的合力指向其运动轨迹弯曲的内侧,只有C正确。
故选C。
10.在某次拉雪橇表演中,一只雪橇犬拉着雪橇沿圆弧从向运动,速率逐渐增大,已知雪地对雪橇的阻力不能忽略,则关于雪橇犬对雪橇的拉力方向,正确的是( )
A. B.
C. D.
【答案】C
【详解】雪橇为速率增大的圆周运动,雪橇受到的阻力与速度方向相反,把雪橇犬的拉力沿着径向和切线方向分解,径向分力作为向心力改变速度方向,切线分力大于阻力时,沿切线方向的合力与速度方向相同,速度增大,综合以上分析选项C正确,ABD错误。
故选C。
11.伽利略首次发现,力是改变物体状态的原因,开创了现代意义上的物理学。物体的运动状态的改变,受物体所受合外力及速度两个因素的影响,一物体在两个恒力的共同作用下匀速直线运动,某时刻只将其中的一个恒力撤去,则关于此后该物体的运动情况的下列说法,正确的是( )
A.可能做加速度恒定不变的曲线运动
B.可能仍做匀速直线运动
C.不可能做匀减速直线运动
D.加速度的方向与未撤去的恒力方向不同
【答案】A
【详解】A.在两个恒力的共同作用下匀速直线运动,某时刻只将其中的一个恒力撤去,将受到未撤去的恒力作用,若方向与原速度的方向不共线,则质点将做匀变速曲线运动,A正确;
B.在两个恒力的共同作用下匀速直线运动,某时刻只将其中的一个恒力撤去,将受到未撤去的恒力作用,不可能做匀速直线运动,B错误;
C.在两个恒力的共同作用下匀速直线运动,某时刻只将其中的一个恒力撤去,将受到未撤去的恒力作用,若方向与原速度的方向相反,则做匀减速直线运动,C错误;
D.根据牛顿第二定律可知,则加速度的方向与未撤去的恒力方向相同,D错误。
故选A。
12.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故选D。
二、解答题
13.图为砂轮打磨下来的炽热微粒飞离砂轮时的情形,微粒离开砂轮的时刻不同,飞离时的速度方向也不一样.
(1)微粒离开砂轮瞬间速度方向如何?
(2)微粒在离开砂轮前速度是否变化?
(3)微粒做曲线运动时,加速度可以是零吗?为什么?
【答案】(1)沿砂轮的切线方向;(2)是;(3)不可以;因为速度的方向时刻在变化,即速度在变化
【详解】略
14.一质点做曲线运动,如图所示,先后经过A、B、C、D四点,速度分别是、、、,加速度为、、、,试在图中标出各点的速度方向、加速度的大致方向.
【答案】
【分析】做曲线运动的物体,其方向沿轨迹的切线方向,而加速度指向曲线的内侧.
【详解】如图所示:
【点睛】该题考查曲线运动的速度方向和加速度方向间的关系,牢记沿曲线轨迹的切线方向、加速度方向指向曲线内侧即可.
15.如图是抛出的铅球运动轨迹的示意图(把铅球看成质点),画出铅球沿这条曲线运动时在A、B、C、D、E各点的速度方向及铅球在各点的受力方向(空气阻力不计)。
【答案】
【详解】根据曲线运动的速度方向可知,各点的速度方向沿轨迹的切线方向,如图;铅球在运动的过程中只受到重力的作用,方向竖直向下;如图.
【点睛】物体做曲线运动的条件是合力与速度不在同一条直线上,速度的方向与该点曲线的切线方向相同;铅球的运动可以分解成不同方向的两个分运动,抛体运动一般将小物体的运动沿水平方向和竖直方向正交分解,水平方向匀速直线运动,竖直方向为匀变速直线运动,加速度保持g不变.
16.如图所示为一空间探测器的示意图,、、、是四个喷气发动机,、的连线与空间一固定坐标系的x轴平行,、的连线与y轴平行,每台发动机开动时,都能向探测器提供推力,但不会使探测器转动。开始时,探测器以恒定的速率沿x轴正方向平移。
(1)单独开动、、、,探测器将做什么运动?
(2)同时开动与,探测器将做什么运动?
(3)若四个发动机能产生大小相等的推力,那么同时开动时探测器将做什么运动?
(4)单独开动与单独开动探测器的运动有何不同?
【答案】(1) 见解析;(2)见解析;(3)匀速直线运动;(4) 见解析
【详解】(1)单独开动时,推力沿x轴负方向,探测器做匀变速直线运动;单独开动时,推力沿x轴正方向,探测器做匀加速直线运动;单独开动或时,推力沿平行y轴方向,探测器做匀变速曲线运动;
(2)同时开动与,合力方向与y轴正方向的夹角为锐角,探测器做匀变速曲线运动;
(3)若四个发动机能产生大小相等的推力,那么同时开动时探测器受力平衡,仍做匀速直线运动;
(4)单独开动时,探测器加速度方向向上,做匀变速曲线运动,而单独开动时,探测器加速度方向向下,做匀变速曲线运动