高中物理平拋運(yùn)動的知識點(diǎn)詳細(xì)介紹
高中物理平拋運(yùn)動的知識點(diǎn)詳細(xì)介紹
平拋運(yùn)動是高中物理的重要知識點(diǎn)，一般會出現(xiàn)在物理的大題上，下面學(xué)習(xí)啦的小編將為大家?guī)砦锢砥綊佭\(yùn)動的介紹，希望能夠幫助到大家。
高中物理平拋運(yùn)動的知識點(diǎn)
物體以一定的初速度沿水平方向拋出，如果物體僅受重力作用，這樣的運(yùn)動叫做平拋運(yùn)動。平拋運(yùn)動是勻變速曲線運(yùn)動。
平拋運(yùn)動可看作水平方向的勻速直線運(yùn)動以及豎直方向的自由落體運(yùn)動的合運(yùn)動。其實(shí)，這里平拋運(yùn)動，就是數(shù)學(xué)中講到的拋物線(二次曲線)中“拋物”二字的由來了。
平拋運(yùn)動的公式
(1)平拋運(yùn)動的位移公式
(2)平拋運(yùn)動的分速度公式
平拋運(yùn)動軌跡是二次函數(shù)的證明
前文中講到了，平拋運(yùn)動軌跡與是數(shù)學(xué)中講到的拋物線一致。下面我們來給大家做一個證明。我們知道拋物線軌跡是二次曲線(函數(shù)y關(guān)于自變量x的二次曲線)，下面我們來對拋物線軌跡做一個證明，證明其也是二次函數(shù)關(guān)系。這是新課標(biāo)改革新添加的內(nèi)容，在大綱版中沒有涉及。
前面已經(jīng)提及，做平拋運(yùn)動的物體，在水平與豎直兩個方向上的位移公式如下：
水平方向x=v0t;(1)
豎直方向y=½gt2;(2)
把(1)中的t=x/v0帶入到(2)中，不難得到這樣的結(jié)論y=gx2/(2v02)
我們可以將其寫成y=kx2的形式;其中k=g/(2V02)。
顯然，y與x這兩個位移量之間是二次線性關(guān)系，且此函數(shù)圖像過原點(diǎn)。這個二次函數(shù)(y=ax2+bx+c)的特點(diǎn)是b和c均為零。
平拋運(yùn)動的三種典型軌跡分析
(1)落到斜面上
示意圖如下圖所示，這種情況下，同學(xué)們要列出唯一方程。因為根據(jù)題中限制，要求的是平拋運(yùn)動軌跡與斜面直線相交。
需寫出唯一方程，這種情況下在N點(diǎn)滿足y和x的比例，等于θ角的正切值。
(2)垂直打到斜面上
示意圖如圖所示，這種情況下要從速度方程入手。題中的垂直落到，指的是速度的問題，速度的方向與斜面所在直線垂直。因此，滿足的是在P點(diǎn)，物體的合速度方向與水平速度方向的夾角與斜面夾角互余。
(3)距離斜面最遠(yuǎn)
示意圖如下圖所示，這種情況下，滿足的是B點(diǎn)合速度的方向與斜面方向平行。
從A點(diǎn)到B點(diǎn)，物體的始終在偏離斜面，而從B點(diǎn)到C點(diǎn)物體始終在接近斜面。因此，在B點(diǎn)時，物體距離斜面最遠(yuǎn)。此時合速度與水平方向的夾角等于斜面的夾角。
平拋運(yùn)動的基本性質(zhì)
平拋運(yùn)動是所有運(yùn)動概念和分類中考察最多的一種?；拘再|(zhì)有：
平拋運(yùn)動的時間僅與拋出點(diǎn)的豎直高度有關(guān)。
物體落地的水平位移與下落時間、水平初速度大小有關(guān)。
平拋運(yùn)動的物體在任何相等的時間內(nèi)速度的增量都是相同的。
平拋運(yùn)動的物體在任意相等的時間里，物體動量的變化量相等。
落地時間越長，速度越接近于豎直狀態(tài)。
平拋運(yùn)動可看作水平方向的勻速直線運(yùn)動以及豎直方向的自由落體運(yùn)動的合運(yùn)動，這兩個分運(yùn)動各自獨(dú)立，又是同時進(jìn)行，具有分運(yùn)動的獨(dú)立性和等時性。
平拋運(yùn)動重要的結(jié)論
(1)平拋物體任意時刻瞬時速度方向的反向延長線與初速度延長線的交點(diǎn)到拋出點(diǎn)的距離都等于水平位移的一半。
(2)從斜面上沿水平方向拋出物體，若物體落在斜面上，物體與斜面接觸時的速度方向與水平方向的夾角的正切是斜面傾角正切的二倍。
(3)上面的這句話，還可以這么來分析:從斜面上水平拋出的物體，若物體落在斜面上，物體與斜面接觸時速度方向、物體與斜面接觸時速度方向和斜面形成的夾角與物體拋出時的初速度無關(guān)，只取決于斜面的傾角。
高中物理圓周運(yùn)動的介紹
圓周運(yùn)動的概念
質(zhì)點(diǎn)在以某點(diǎn)為圓心半徑為r的圓周上運(yùn)動時，即其軌跡是圓周的運(yùn)動叫圓周運(yùn)動。
在運(yùn)動過程中速率的大小維持不變而僅僅是方向變化，這樣的圓周運(yùn)動稱之為勻速圓周運(yùn)動。
嚴(yán)格來說，勻速圓周運(yùn)動應(yīng)該叫做勻速率圓周運(yùn)動。因為其速度并非“均勻不變”的，速度是矢量，其大小速率不變。在圓周運(yùn)動的過程中，速度大小不變，其方向時刻發(fā)生變化。
圓周運(yùn)動是一種最常見的曲線運(yùn)動。例如電動機(jī)轉(zhuǎn)子、車輪、皮帶輪等都作圓周運(yùn)動。
圓周運(yùn)動分為，勻速圓周運(yùn)動和變速圓周運(yùn)動。變速圓周運(yùn)動的代表是：豎直平面內(nèi)繩或桿轉(zhuǎn)動小球、豎直平面內(nèi)的圓錐擺運(yùn)動等。在講解機(jī)械振動的時候，我們研究的單擺其實(shí)在做的就是非勻速的圓周運(yùn)動(往復(fù)性質(zhì))。
從運(yùn)動性質(zhì)上來說，勻速圓周運(yùn)動是變速運(yùn)動(v方向時刻在變)，而且是變加速運(yùn)動(a方向時刻在變)。
請同學(xué)們注意，只要物體做圓周運(yùn)動，那么必然受力不平衡，必須有外力提供向心力。
描述勻速圓周運(yùn)動的物理量
描述勻速圓周運(yùn)動的物理量有很多，包括線速度v、角速度ω、周期T、頻率f、轉(zhuǎn)速n、向心加速度a、向心力F等等。
轉(zhuǎn)速n的單位是r/s(轉(zhuǎn)每秒)或r/min(轉(zhuǎn)每分)，注意區(qū)分r/s和rad/s。
凡是直接用皮帶傳動(包括鏈條傳動、摩擦傳動)的兩個輪子，兩輪邊緣上各點(diǎn)的線速度大小相等;凡是同一個輪軸上(各個輪都繞同一根軸同步轉(zhuǎn)動)的各點(diǎn)角速度相等(軸上的點(diǎn)除外)。
圓周運(yùn)動向心力和向心加速度
向心加速度的定義a = v^2/r;
同時也可證明a =(2π)^2r/T^2;
向心力的定義F = mv^2/r;
也可表示為F=mω^2r(v是線速度，ω是角速度)
牛頓第二定律在圓周運(yùn)動中的應(yīng)用
(1)做勻速圓周運(yùn)動物體所受的合力為向心力。“向心力”是一種效果力?？梢允且粋€力，也可以是幾個力的合力，只要其最終效果是使物體做勻速圓周運(yùn)動的，都可以作為向心力。
(2)一般地說，當(dāng)做非勻速圓周運(yùn)動物體所受的合力不指向圓心時，可以將它沿半徑方向和切線方向正交分解，其沿半徑方向的分力為向心力，只改變速度的方向，不改變速度的大小;其沿切線方向的分力為切向力，只改變速度的大小，不改變速度的方向。做圓周運(yùn)動物體所受的向心力和向心加速度的關(guān)系同樣遵從牛頓第二定律:Fn=ma在列方程時，根據(jù)物體的受力分析，在方程左邊寫出外界給物體提供的合外力，右邊寫出物體需要的向心力(可選用 等各種形式)。如果沿半徑方向的合外力大于做圓周運(yùn)動所需的向心力，物體將做向心運(yùn)動，半徑將減小;如果沿半徑方向的合外力小于做圓周運(yùn)動所需的向心力，物體將做離心運(yùn)動，半徑將增大。
(3)圓錐擺是運(yùn)動軌跡在水平面內(nèi)的一種典型的勻速圓周運(yùn)動。其特點(diǎn)是由物體所受的重力與彈力的合力充當(dāng)向心力，向心力的方向水平。也可以說是其中彈力的水平分力提供向心力(彈力的豎直分力和重力互為平衡力)。常見的水平面內(nèi)的勻速圓周運(yùn)動還有：汽車在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)彎、物體隨轉(zhuǎn)盤做勻速圓周運(yùn)動等，這兩種情況下，都是靜摩擦力充當(dāng)向心力。
(4)豎直面內(nèi)圓周運(yùn)動最高點(diǎn)處的受力特點(diǎn)及分類。這類問題的特點(diǎn)是：由于機(jī)械能守恒，物體做圓周運(yùn)動的速率時刻在改變，物體在最高點(diǎn)處的速率最小，在最低點(diǎn)處的速率最大。
圓周運(yùn)動公式整理
勻速率圓周運(yùn)動的最基本公式(向心力公式)：F合=F向=m*v*w;
換句話來說，某物體在做勻速率圓周運(yùn)動，必然受到外力作用，這些外力的合成效果(合外力)共同提供一個向心力，這個力的大小等于m*v*w;
其中m為物體的質(zhì)量，v為物體運(yùn)動的線速度，w為物體運(yùn)動的角速度。向心力的方向始終指向物體圓周運(yùn)動的圓心。
再來補(bǔ)充一下圓周運(yùn)動中角速度的概念。
角速度是相對于速度來定義的。
角速度研究的是單位時間內(nèi)角度的變化，其的定義w=△θ/△t;
如果是勻速率的旋轉(zhuǎn)，角速度大小不變，當(dāng)我們?nèi)r間△t=周期T時，不難看出w=2π/T;這個公式的應(yīng)用更加廣泛，在高中數(shù)學(xué)中也提及過。
我們再來補(bǔ)充線速度v的定義，與前面勻變速直線運(yùn)動講解的有些區(qū)別，這里的線速度的運(yùn)動是弧線上的，其定義為：
v=△l/△t;
其中△l為△t時間內(nèi)走過的弧長，與數(shù)學(xué)上講解的弧長計算一直，即弧長l=Rθ，我們將其帶入有
v=△l/△t=R△θ/△t=R*w;(注意后面的△θ/△t正好是w的定義)
我們將v=w*R代入F合=F向=m*v*w;有這樣的一系列變形公式：
上面公式中，去掉m的部分，就是圓周運(yùn)動加速度公式。
不同情況下圓周運(yùn)動通過最高點(diǎn)的規(guī)律
物體在最低點(diǎn)處向心力向上，而重力向下，所以彈力的方向必然向上且大于重力;而在最高點(diǎn)處，向心力向下，重力也向下，所以彈力的方向就不能確定了，要分三種情況進(jìn)行討論。
(1)彈力方向只可能向下，如繩拉球。這種情況下有:即v≥v0，否則不能通過最高點(diǎn)。
(2)彈力只可能向上，如車過橋。在這種情況下有:v
(3)彈力既可能向上又可能向下，如管內(nèi)轉(zhuǎn)(或桿連球、環(huán)穿珠)。這種情況下，速度大小v可以取任意值。但可以進(jìn)一步討論:
?、偎俣群艽笪矬w受到的彈力必然是向下的;速度太小時物體受到的彈力必然是向上的;介于兩者之間的值時，物體受到的彈力恰好為零。
②當(dāng)彈力大小Fmg時，向心力只有一解:F +mg。
生活中的圓周運(yùn)動應(yīng)用
火車過彎道：實(shí)際做圓周運(yùn)動，設(shè)計成外軌比內(nèi)軌稍高，具有向心加速度。
汽車過拱形橋：也可看作圓周運(yùn)動，橋?qū)嚨闹С至π∮谥亓?兩者的合力必須提供圓周運(yùn)動的向心力。
汽車過凹形橋：也可看作圓周運(yùn)動，橋?qū)嚨闹С至Υ笥谥亓?兩者的合力必須提供圓周運(yùn)動的向心力。
汽車在拐彎時，不能速度太大，目的就是速度太大，需要的向心力就越大，汽車的向心力主要是地面摩擦力提供的。如果太大，則會變?yōu)榛瑒幽Σ亮?，俗稱打滑，是十分危險的。
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