5.2运动的合成与分解
一、单选题
1.趣味投篮比赛中,运动员站在一个旋转较快的大平台边缘上,相对平台静止,向平台圆心处的球筐内投篮球.则如图(俯视图)篮球可能被投入球筐的是( )(图中箭头指向表示投篮方向)
A. B. C. D.
2.质点在xOy平面内从O点开始运动的轨迹如图所示,已知质点在y轴方向的分运动是匀速运动,则关于质点运动的描述正确的是( )
A.质点先减速运动后加速运动
B.质点所受合力的方向先沿x轴正方向后沿x轴负方向
C.质点的加速度方向始终与速度方向垂直
D.质点所受合力的大小不可能恒定不变
3.关于运动的合成,下列说法中正确的是( )
A.合运动的速度一定比每一个分运动的速度大
B.两个匀变速直线运动的合运动可能是曲线运动
C.只要两个分运动是直线运动,那么合运动也一定是直线运动
D.两个分运动的时间不一定与它们合运动的时间相等
4.路灯维修车如图所示,车上带有竖直自动升降梯。若车匀速向左运动的同时梯子匀速上升,则关于梯子上的工人的描述正确的是( )
A.工人相对地面的运动轨迹为曲线
B.仅增大车速,工人相对地面的速度可能不变
C.仅增大车速,工人到达顶部的时间将变短
D.仅增大车速,工人相对地面的速度方向与竖直方向的夹角将变大
5.如图所示,物体A和B的质量均为m,分别与跨过定滑轮的轻绳连接(不计绳与滑轮、滑轮与轴之间的摩擦)。现用水平变力F拉着物体A沿水平方向向右做匀速直线运动。则下列说法中正确的是( )
A.物体B做匀速直线运动 B.物体B做加速直线运动
C.绳子对物体B的拉力等于mg D.绳子对物体B的拉力小于mg
6.如图所示,一块橡皮用细线悬挂于O点,用钉子靠着线的左侧,沿与水平方向成角的斜面向右上以速度匀速运动,运动中始终保持悬线竖直,橡皮的速度方向与水平方向的夹角为,则( )
A.若,则随钉尖的速度的增大而增大
B.若,则随钉尖的速度的增大而减小
C.若,钉尖的速度为,则橡皮速度为
D.若,钉尖的速度为,则橡皮速度为
7.如图所示,帆船船头指向正东以速度v(静水中速度)航行,海面正刮着南风,风速为,以海岸为参考系,不计阻力。关于帆船的实际航行方向和速度大小,下列说法中正确的是( )
A.帆船北偏东30°方向航行,速度大小为2v
B.帆船东偏北60°方向航行,速度大小为
C.帆船东偏北30°方向航行,速度大小为2v
D.帆船东偏南60°方向航行,速度大小为
8.今年夏天暴雨灾害频发。若雨滴(可视为球形、密度一定)在空中下落时受到的空气阻力为f=kR2v2,k是常量,R为雨滴半径,v为雨滴速度,方向和速度方向相反。所有雨滴从同一足够高高度由静止下落,无风时最终匀速落到地面上。重力加速度为g,落地过程雨滴保持球形不变,下列说法正确的是( )
A.无风时,雨滴开始下落做匀加速直线运动
B.无风时,半径不同的雨滴落到地面时的速度也不相等
C.刮水平风时,雨滴落地的竖直速度不会改变
D.刮水平风时,雨滴落地速率与无风时相等
二、多选题
9.质量m=2kg的物体在光滑平面上运动,其互相垂直的分速度vx和vy的随时间变化的图线如下图所示,则( )
A.物体受到的合力为1N
B.物体做匀变速曲线运动,轨迹是抛物线
C.t=8s时物体的速度的大小为5m/s
D.t=4s时物体的位移的大小为20m
10.在一光滑水平面内建立平面直角坐标系xoy,一物体从t=0时刻起,由坐标原点O(0,0)开始运动,其沿x轴和y轴方向运动的速度-时间图象如图所示,下列说法中正确的是( )
A.前2s内物体沿x轴做匀加速直线运动
B.4s末物体坐标为(4m,4m)
C.4s末物体坐标为(6m,2m)
D.后2s内物体继续做匀加速直线运动,但加速度沿y轴方向
11.光滑的水平桌面上有一个直角坐标系xOy。质量m =0.2 kg的物体从t=0时刻由坐标原点O沿桌面运动,它在x方向和y方向的分速度vx和vy,随时间变化的图线如图所示。以下说法中正确的是( )
A.物体所受合力的大小是0.2 N,指向x轴负方向
B.t=2s末,物体的位置坐标是(6 m,8 m)
C.t=2s末,物体的速度与x轴正方向成60°角
D.t=0时刻,物体速度的大小是4m/s
12.下列关于斜上抛运动的说法中正确的是( )
A.上升阶段与下落阶段的加速度相同
B.物体到达最高点时,速度最小,但不为零
C.物体到达最高点时,速度为v0cosθ(θ是v0与水平方向间的夹角),但不是最小
D.上升和下落至空中同一高度时,速度相同
三、解答题
13.小船在200 m宽的河中横渡,水流速度为2 m/s,船在静水中的速度为4 m/s。求:
(1)小船过河的最短时间;
(2)要使小船到达正对岸,应如何航行?历时多久?
14.在一次渡河的实战演练中,指挥部要求红、蓝两个连队按不同的要求渡过一条宽的河道。假设河水中水流速度是均匀的,流速为,战士用的渡船在静水中的速度为。现要求红队以最短时间渡河,要求蓝队以最短路程渡河,求:
(1)红队的渡河时间;
(2)红队的渡河路程;
(3)蓝队的渡河时间。
15.船以5m/s垂直河岸的速度渡河,水流的速度为3m/s,若河的宽度为100m,试分析和计算:
(1)船能否垂直达到对岸;
(2)船需要多少时间才能达到对岸。
参考答案:
1.C
【详解】当沿圆周切线方向的速度和出手速度的合速度沿篮筐方向,球就会被投入篮筐,故C正确,ABD错误.
2.B
【详解】A.速度沿轨迹的切线方向,所以合力方向先与速度成锐角后与速度成钝角,质点先加速运动后减速运动,A错误;
B.质点所受合力方向与加速度方向相同,质点在y轴方向的分运动是匀速运动,Fy=0,合力一定在x轴方向上,由于合力指向曲线轨迹的凹侧,所以合力方向先沿x轴正方向后沿x轴负方向,B正确;
C.加速度总沿x轴方向,而速度并不总沿y轴方向,因此加速度方向并不始终与速度方向垂直,C错误;
D.质点在x轴方向的加速度大小可能是恒定值,因此合力的大小也可能是恒定值,D错误。
故选B。
3.B
【详解】A.速度是矢量,速度的运算满足平行四边形定则,合速度可以比分速度大也可以比分速度小,故A错误;
B.两个匀变速直线运动,两个方向上物体所受的加速度恒定,加速度是矢量,加速度合成后的合加速度一定,两个方向的物体的速度合成后,合速度与合加速度有可能在同一条直线上,物体做匀变速直线运动,如果合速度与合加速度不在一条直线上,物体做匀变速曲线运动,故B正确;
C.平抛运动水平方向分解为匀速直线运动和竖直方向为自由落体运动,合运动是曲线运动,故C错误;
D.运动的分解与合成具有等时性,故D错误。
故选B。
4.D
【详解】A.车匀速向左运动的同时梯子匀速上升,根据运动的合成可知,工人相对地面一定做匀速直线运动,故A错误;
B.仅增大车速,依据矢量的合成法则,工人相对地面的速度将变大,故B错误;
C.仅增大车速,不影响竖直方向的运动,则工人到达顶部的时间不变,故C错误;
D.仅增大车速,工人相对地面的速度方向与水平方向的夹角将变小,而与竖直方向的夹角将变大,故D正确。
故选D。
5.B
【详解】AB.将A物体的速度vA进行分解如图所示
则有
vB=vAcosα
α减小,vA不变,则vB逐渐增大,说明B物体向上做加速运动,故选项A错误,B正确。
CD.物体B加速上升,处于超重状态,则绳子对物体B的拉力大于mg,选项CD错误。
故选B。
6.D
【详解】AB.若,则橡皮的运动可视为水平方向随钉尖一起匀速,竖直方向细线的缩短长度等于水平方向细线增加的长度,即竖直方向也做与钉尖运动速率相同的匀速运动,所以橡皮的速度方向与水平方向的夹角,与钉尖的速度v无关,故AB错误;
CD.若,钉尖的速度为v,则橡皮在水平方向的分速度为,而在t时间内沿竖直方向向上运动的距离为
即竖直方向的分速度为,所以橡皮速度为,故C错误,D正确。
故选D。
7.A
【详解】由于帆船的船头指向正东,并以相对静水中的速度v航行,南风以v的风速向北吹来,当以海岸为参考系时,实际速度
v实=
设帆船实际航行方向与正北方向夹角为α,则
sin α=
α=30°
即帆船沿北偏东30°方向航行,故选项A正确,选项BCD错误。
故选A。
8.B
【详解】A.无风时,雨滴开始下落过程中所受阻力随速度增大而增大,所受合外力逐渐减小,雨滴做加速度减小的加速直线运动,故A错误;
B.雨滴匀速运动时,根据平衡条件有
设雨水密度为ρ,则
联立解得
根据③式可知半径不同的雨滴落到地面时的速度不可能相等,故B正确;
CD.刮水平风时,假设风力恒定,大小为,则雨滴刚开始受到重力和风力,合力为
,
雨滴下落时,空气阻力和速度方向方向相反。则空气阻力在与重力和风力的合力在同一方向上。在合力方向上
当雨滴匀速时,雨滴速度
雨滴在竖直方向的速度
则刮水平风时,水滴在竖直方向上的速度变小,落地速率大于无风时,故CD错误。
故选B。
9.ABC
【详解】A.物体运动的加速度为
所受合外力为
故A正确;
B.由图像可知,物体在x方向上做匀速直线运动,在y方向上做初速度为零的匀加速直线运动,初速度与加速度垂直,物体做匀变速曲线运动,轨迹是抛物线。故B正确;
C.t=8s时,沿x方向速度为
沿y方向速度为
此时,物体合速度为
故C正确;
D.t=4s时物体的分位移为
合位移为
故D错误。
故选ABC。
10.AC
【详解】A.前2s内物体沿x轴方向做匀加速直线运动,y轴方向速度为零,因此前2s内物体沿x轴做匀加速直线运动,A正确;
B.速度-时间图像中速度图线与时间轴围成图形的面积表示物体走过的位移,4s末物体沿x轴的位移
4s末物体沿y轴的位移
4s末物体坐标为(6m,2m),B错误;
C.由B项分析可知,C正确;
D.后2s内物体x轴方向做匀速直线运动,但加速度y轴方向,物体做匀变速曲线运动,D错误.
故选AC。
11.AB
【详解】A.在x方向做匀减速运动,在y方向做匀速运动,则合外力方向沿x轴负方向,合外力大小为
选项A正确;
B.t=2s末,物体在x方向的位移为
在y方向的位移为
则位置坐标是(6 m,8 m)选项B正确;
C.t=2s末,物体的速度与x轴正方向成
则速度与x轴正方向成的角不是 60°,选项C错误;
D.t=0时刻,物体速度的大小是
选项D错误。
故选AB。
12.AB
【详解】A.斜抛运动的物体上升阶段与下落阶段都只受重力,加速度为g,保持不变,选项A正确;
B.斜上抛运动的水平分运动是匀速直线运动,竖直分运动是竖直上抛运动,到最高点时竖直分速度是0,而水平分速度不为0,所以最高点速度不为0,选项B正确;
C.斜上抛运动的物体到达最高点时,竖直方向的速度为0,最小,水平方向的速度为v0cosθ(θ是v0与水平方向间的夹角),不变,因此在最高点速度最小,选项C错误;
D.斜上抛运动的物体上升和下落至空中同一高度时,水平方向速度相同,竖直方向的速度大小相同,但方向不同,因此合速度方向不同,选项D错误。
故选AB。
13.(1)50s;(2)航向与岸成60°角,57.7s
【详解】(1)小船船头指向河对岸时,时间最短,故小船渡河时间等于垂直河岸的分运动时间
(2)要小船垂直过河,即合速度应垂直河岸,则
所以,即航向与岸成角;小船渡河时间
14.(1)50s;(2)250m;(3)
【详解】(1)船头正对河岸过河时间最短
(2)红队的渡河沿河岸的位移
红队的渡河路程
(3)蓝队的渡河的合速度
蓝队的渡河时间
15.(1)不可以垂直到达正对岸;(2)20s
【详解】(1)因为船速垂直河岸,因为船在沿水流方向还做匀速运动,则船不能垂直到达正对岸。
(2)在垂直于河岸方向船做匀速运动,则渡河时间