1、第五章 抛体运动2运动的合成与分解学习目标1.理解合运动、分运动、运动的合成、运动的分解的概念，掌握运动的合成与分解的方法.2.能运用运动的合成与分解的知识分析一些实际运动.一、一个平面运动的实例观察蜡块的运动1.建立坐标系研究蜡块在平面内的运动，可以选择建立平面直角坐标系.如图1所示，以蜡块开始匀速运动的位置为原点O，以水平向右的方向和竖直向上的方向分别为x轴和y轴的方向，建立平面直角坐标系.图12.蜡块运动的位置：玻璃管向右匀速平移的速度设为vx，蜡块沿玻璃管匀速上升的速度设为vy，在某时刻t，蜡块的位置P的坐标：xvxt，yvyt.3.蜡块运动的轨迹：将x、y消去t，得到yx，可见蜡块的
2、运动轨迹是一条过原点的直线.4.蜡块运动的速度：大小v，方向满足tan .二、运动的合成与分解1.合运动与分运动如果物体同时参与了几个运动，那么物体实际发生的运动就是合运动，同时参与的几个运动就是分运动.2.运动的合成与分解：已知分运动求合运动的过程，叫作运动的合成；已知合运动求分运动的过程，叫作运动的分解.3.运动的合成与分解遵循矢量运算法则.1.判断下列说法的正误.(1)合运动与分运动是同时进行的，时间相等.()(2)合运动一定是实际发生的运动.()(3)合运动的速度一定比分运动的速度大.()(4)两个夹角为90的匀速直线运动的合运动，一定也是匀速直线运动.()2.竖直放置的两端封闭的玻璃
3、管中注满清水，内有一个蜡块能在水中以0.3 m/s的速度匀速上浮.在蜡块从玻璃管的下端匀速上浮的同时，使玻璃管沿水平方向匀速向右运动，测得蜡块实际运动方向与水平方向成37角，如图2所示.若玻璃管的长度为0.9 m，在蜡块从底端上升到顶端的过程中，玻璃管水平方向的移动速度和沿水平方向运动的距离分别约为_m/s和_m.(sin 370.6，cos 370.8)图2答案0.41.2解析设蜡块沿玻璃管匀速上升的速度为v1，位移为x1，蜡块随玻璃管水平向右移动的速度为v2，位移为x2，如图所示，v2 m/s0.4 m/s.蜡块沿玻璃管匀速上升的时间t s3 s.由于两分运动具有等时性，故玻璃管水平移动的
4、时间为3 s.水平运动的距离x2v2t0.43 m1.2 m.一、运动的合成与分解1.合运动与分运动(1)如果物体同时参与了几个运动，那么物体实际发生的运动就是合运动，参与的几个运动就是分运动.(2)物体实际运动的位移、速度、加速度是它的合位移、合速度、合加速度，而分运动的位移、速度、加速度就是它的分位移、分速度、分加速度.2.合运动与分运动的四个特性等时性各分运动与合运动同时发生和结束，时间相同等效性各分运动的共同效果与合运动的效果相同同体性各分运动与合运动是同一物体的运动独立性各分运动之间互不相干，彼此独立，互不影响3.运动的合成与分解(1)运动的合成与分解是指位移、速度、加速度的合成与分
5、解.其合成、分解遵循平行四边形定则.(2)对速度v进行分解时，不能随意分解，应按物体的实际运动效果进行分解.跳伞是人们普遍喜欢的观赏性体育项目，当运动员在某高度从直升机上由静止跳下后，在下落过程中将会受到水平风力的影响，下列说法中正确的是()A.风力越大，运动员下落时间越长，运动员可完成更多的动作B.风力越大，运动员着地速度越大，有可能对运动员造成伤害C.运动员下落时间与风力有关D.运动员着地速度与风力无关答案B解析运动员同时参与了两个分运动：竖直方向向下落的运动和水平方向随风飘的运动.这两个分运动同时发生，相互独立.所以水平风力越大，运动员着地速度越大，但下落时间由下落的高度决定，与风力无关
6、，故选B.针对训练1竖直放置的两端封闭的玻璃管中注满清水，内有一个红蜡块能在水中匀速上浮.如图3所示，当红蜡块从玻璃管的下端匀速上浮的同时，第一次使玻璃管水平向右匀速运动，测得红蜡块运动到顶端所需时间为t1；第二次使玻璃管水平向右加速运动，测得红蜡块从下端运动到顶端所需时间为t2，则()图3A.t1t2 B.t1t2C.t1t2 D.无法比较答案A解析由于分运动的独立性，故玻璃管水平向右的分运动不影响红蜡块向上的运动，t1t2，所以A正确.(多选)玻璃生产线的最后有一台切割机，能将一定宽度但很长的原始玻璃板按需要的长度切成矩形.假设送入切割机的原始玻璃板的宽度是L2 m，它沿切割机的轨道(与玻
7、璃板的两侧边平行)以v10.15 m/s的速度水平向右匀速移动；已知割刀相对玻璃板的切割速度v20.2 m/s，为了确保割下的玻璃板是矩形，则相对地面()A.割刀运动的轨迹是一段直线B.割刀完成一次切割的时间为10 sC.割刀运动的实际速度大小为0.05 m/sD.割刀完成一次切割的时间内，玻璃板的位移大小是1.5 m答案ABD解析为了使割下的玻璃板都成规定尺寸的矩形，割刀相对玻璃板的运动速度应垂直于玻璃板侧边，割刀实际参与了两个分运动，即沿玻璃板侧边方向的运动和垂直于玻璃板侧边方向的运动.两个分运动都是匀速直线运动，则合运动为匀速直线运动，故A正确；对于垂直于玻璃板侧边方向的运动，运动时间t
8、 s10 s，故B正确；割刀运动的实际速度v m/s0.25 m/s，故C错误；10 s内玻璃板沿轨道方向的位移xv1t1.5 m，故D正确.二、合运动的性质与运动轨迹1.分析两个互成角度的直线运动的合运动的性质时，应先求出合运动的合初速度v和合加速度a，然后进行判断.(1)是否为匀变速的判断：加速度或合力(2)曲、直判断：加速度或合力与速度方向2.两个互成角度的直线运动的合运动轨迹的判断：轨迹在合初速度v0与合加速度a之间，且向加速度一侧弯曲.(多选)质量为2 kg的质点在xOy平面内做曲线运动，在x方向的速度时间图像和y方向的位移时间图像如图4所示，下列说法正确的是()图4A.质点的初速度
9、为5 m/sB.质点所受的合外力为3 N，做匀变速曲线运动C.2 s末质点速度大小为6 m/sD.2 s内质点的位移大小约为12 m答案ABD解析由题图x方向的速度时间图像可知，在x方向的加速度为1.5 m/s2，x方向受力Fx3 N，由题图y方向的位移时间图像可知在y方向做匀速直线运动，速度大小为vy4 m/s，y方向受力Fy0.因此质点的初速度为5 m/s，A正确；受到的合外力恒为3 N，质点初速度方向与合外力方向不在同一条直线上，故做匀变速曲线运动，B正确；2 s末质点速度大小为v m/s2 m/s，C错误；2 s内，xvx0tat29 m，y8 m，合位移l m12 m，D正确.针对训
10、练2(2018汕头市高一检测)质量为1 kg的物体在水平面内做曲线运动，已知该物体在两个互相垂直方向上的分运动的速度时间图像分别如图5甲、乙所示，则下列说法正确的是()图5A.2 s末物体速度大小为7 m/sB.物体所受的合外力大小为3 NC.物体的初速度大小为5 m/sD.物体初速度的方向与合外力方向垂直，做匀变速曲线运动答案D解析根据题意可知，物体在两个互相垂直方向上运动，即x方向与y方向垂直，且物体在x方向做初速度为零的匀加速直线运动，在y方向做匀速直线运动，2 s末，vx3 m/s，vy4 m/s，因而v5 m/s，A错误；ax1.5 m/s2，ay0，根据牛顿第二定律Fxmax11.
11、5 N1.5 N，Fy0，因而F1.5 N，B错误；t0时，vx0，vy4 m/s.因而初速度v04 m/s，C错误；由于初速度v04 m/s，且沿y方向，F1.5 N，且沿x方向，故物体做匀变速曲线运动，D正确.(2018广元市高一检测)如图6所示，在光滑水平面上有两条互相平行的直线l1、l2，AB是这两条平行直线的垂线，其中A点在直线l1上，B、C两点在直线l2上.一个物体正沿直线l1以恒定的速度匀速向右运动，如果物体要从A点运动到C点，图中1、2、3为可能的路径，则可以使物体通过A点时()图6A.获得由A指向B的任意瞬时速度，物体的路径是2B.获得由A指向B的确定瞬时速度，物体的路径是2
12、C.持续受到平行AB的任意大小的恒力，物体的路径可能是1D.持续受到平行AB的确定大小的恒力，物体的路径可能是3答案B解析获得由A指向B的确定瞬时速度，即两个匀速直线运动的合运动轨迹可能是2，A错误，B正确.持续受到平行AB的确定大小的恒力，即合加速度与合初速度垂直，轨迹偏向加速度一侧，轨迹可能是1，C、D错误.1.(运动的合成和分解)(多选)关于运动的合成和分解，下列说法正确的是()A.合运动的时间就是分运动的时间之和B.已知两分运动的速度大小，就可以确定合速度的大小C.已知两分运动的速度大小和方向，可以用平行四边形定则确定合速度的大小和方向D.若两匀速直线运动的速度大小分别为v1、v2，则
13、合速度v大小的范围为|v1v2|vv1v2答案CD解析合运动与分运动具有等时性，故A错误；已知两分运动的速度大小和方向，可以用平行四边形定则确定合速度的大小和方向，故B错误，C正确；两匀速直线运动的速度大小分别为v1、v2，则合速度v大小的范围为|v1v2|vv1v2，故D正确.2.(运动的合成和分解)(2018金华市十校高一下期末)在第十一届珠海国际航展上，歼20战机是此次航展最大的“明星”.如图7，歼20战机在降落过程中水平方向的初速度为60 m/s，竖直方向的初速度为6 m/s，已知歼20战机在水平方向做加速度大小为2 m/s2的匀减速直线运动，在竖直方向做加速度大小为0.2 m/s2的
14、匀减速直线运动，则歼20战机在降落过程中，下列说法正确的是()图7A.歼20战机的运动轨迹为曲线B.经20 s，歼20战机水平方向的分速度与竖直方向的分速度大小相等C.在前20 s内，歼20战机在水平方向的分位移与竖直方向的分位移大小相等D.歼20战机在前20 s内，水平方向的平均速度为40 m/s答案D解析歼20战机的合初速度方向与水平方向夹角的正切值tan ，歼20战机的合加速度方向与水平方向夹角的正切值tan ，可以知道歼20战机的合初速度的方向与合加速度的方向在同一直线上，歼20战机做匀变速直线运动，故A错误；经20 s，歼20战机水平方向的分速度v160 m/s220 m/s20 m
15、/s，竖直方向上的分速度为v26 m/s0.220 m/s2 m/s，故B错误；在前20 s内，歼20战机水平方向的平均速度水平 m/s40 m/s，D正确.歼20战机在水平方向的分位移s1水平20 s800 m，在竖直方向的分位移h20 s80 m，故C错误.3.(合运动轨迹的判断)如图8所示，在一次救灾工作中，一架离水面高为H m、沿水平直线飞行的直升机A，用悬索(重力可忽略不计)救护困在湖水中的伤员B，在直升机A和伤员B以相同的水平速率匀速运动的同时，悬索将伤员吊起.设经t s时间后，A、B之间的距离为l m，且lHt2，则在这段时间内伤员B的受力情况和运动轨迹是下列哪个图()图8答案A
16、解析根据lHt2，位移hHlt2，可知伤员B在竖直方向上是匀加速上升的，悬索中拉力大于重力，即表示拉力F的线段要比表示重力G的线段长，伤员B在水平方向匀速运动，所以F、G都在竖直方向上；向上加速，运动轨迹向上偏转，只有A符合，所以在这段时间内伤员B的受力情况和运动轨迹是A.4.(合运动性质的判断)(多选)如图9甲所示，在杂技表演中，猴子沿竖直杆向上运动，其vt图像如图乙所示，同时人顶着杆沿水平地面运动的xt图像如图丙所示.若以地面为参考系，下列说法正确的是()图9A.猴子的运动轨迹为直线B.猴子在02 s内做匀变速曲线运动C.t0时猴子的速度大小为8 m/sD.猴子在02 s内的加速度大小为4
17、 m/s2答案BD解析猴子在竖直方向做初速度为8 m/s，加速度大小为4 m/s2的匀减速直线运动，水平方向做速度大小为4 m/s的匀速直线运动，其合运动为曲线运动，故猴子在02 s内做匀变速曲线运动，选项A错误，B正确；t0时猴子的速度大小为v0 m/s4 m/s，选项C错误；猴子在02 s内的加速度大小为4 m/s2，选项D正确.考点一运动的合成和分解1.关于合运动、分运动的说法，正确的是()A.合运动的位移为分运动位移的矢量和B.合运动的位移一定比其中的一个分位移大C.合运动的速度一定比其中的一个分速度大D.合运动的时间一定比分运动的时间长答案A解析位移是矢量，其运算遵循平行四边形定则，
18、A正确；合运动的位移可大于分位移，也可小于分位移，还可等于分位移，B错误；同理可知C错误；合运动和分运动具有等时性，D错误.2.(2018常州高级中学期中)关于运动的合成，下列说法正确的是()A.合运动的时间等于分运动的时间之和B.合运动的时间大于任意一个分运动的时间C.合运动的时间小于任意一个分运动的时间D.合运动和分运动是同时进行的答案D解析分运动就是由合运动根据实际效果分解来的，分运动的时间与合运动的时间相等，即合运动与分运动同时发生同时结束，所以选D.3.如图1所示，乒乓球从斜面上滚下，以一定的速度沿直线运动.在与乒乓球路径相垂直的方向上放一个纸筒(纸筒的直径略大于乒乓球的直径)，当乒
19、乓球经过筒口正前方时，对着球横向吹气，则关于乒乓球的运动，下列说法中正确的是()图1A.乒乓球将保持原有的速度继续前进B.乒乓球将偏离原有的运动路径，但不进入纸筒C.乒乓球一定能沿吹气方向进入纸筒D.只有用力吹气，乒乓球才能沿吹气方向进入纸筒答案B解析当乒乓球经过筒口正前方时，对着球横向吹气，乒乓球沿着原方向做匀速直线运动的同时也会沿着吹气方向做加速运动，实际运动是两个运动的合运动，故一定不会进入纸筒，A、C、D错误，B正确.4.(2018大庆市铁人中学期中)某电视台举办了一期群众娱乐节目，其中有一个环节是让群众演员站在一个旋转较快的大平台边缘上，向大平台圆心处的球筐内投篮球.如果群众演员相对
20、平台静止，则下面各俯视图中的篮球可能被投入球筐的是(图中箭头指向表示投篮方向)()答案B解析如图所示，由于篮球和群众演员随大平台一起旋转，所以篮球抛出前有沿v0方向的初速度，若使篮球抛出后能沿虚线进入球筐，则沿vB方向投出，篮球可能被投入球筐，故选B.5.(2018乌鲁木齐质量监测)我国自主研发的C919大型客机从地面起飞后在t时间内做匀加速直线运动，若起飞后其所受水平方向合外力与竖直方向合外力大小之比为21，则C919起飞后t时刻在空中的()A.水平加速度与竖直加速度大小之比为21B.水平加速度与竖直加速度大小之比为41C.水平位移与竖直位移大小之比为21D.水平位移与竖直位移大小之比为41
21、答案A解析C919起飞后，水平方向和竖直方向都做初速度不为零的匀加速直线运动，根据牛顿第二定律，C919起飞后，水平加速度和竖直加速度大小之比为21，A正确，B错误；由xv0tat2可知，由于不知道初速度，故无法确定t时刻C919水平位移和竖直位移大小之比，C、D错误.考点二合运动的性质与运动轨迹6.(2018重庆十八中期中)关于相互垂直的一个匀速直线运动和一个匀加速直线运动的合运动，下列说法正确的是()A.一定是曲线运动B.可能是直线运动C.运动的方向不变D.速度一直在变，是变加速运动答案A解析由题意可知，初速度方向和加速度方向一定不在一条直线上，所以这两个分运动的合运动一定是曲线运动，选A
22、.7.(2019福州市高一下期中)如图2所示，沿y轴方向的一个分运动的初速度v1是沿x轴方向的另一个分运动的初速度v2的2倍，而沿y轴方向的分加速度a1是沿x轴方向的分加速度a2的一半.对于这两个分运动的合运动，下列说法中正确的是()图2A.一定是直线运动B.一定是曲线运动C.可能是曲线运动，也可能是直线运动D.无法判定答案B解析根据平行四边形定则，作出合加速度与合初速度，如图所示，图中各个矢量大小与有向线段的长度成正比，由图可知合运动的加速度与初速度方向不共线，由曲线运动的条件知，这两个分运动的合运动一定是曲线运动，故B正确.8.某同学在研究运动的合成时做了如图3所示活动：用左手沿黑板推动直
23、尺竖直向上运动，运动中保持直尺水平，同时，用右手沿直尺向右移动笔尖.若该同学左手的运动为匀速运动，右手相对于直尺的运动为初速度是零的匀加速运动，则关于笔尖的实际运动，下列说法中正确的是()图3A.笔尖做匀速直线运动B.笔尖做匀变速直线运动C.笔尖做匀变速曲线运动D.笔尖的速度方向与水平方向夹角逐渐变大答案C解析由题意知，笔尖在竖直向上做匀速直线运动，水平向右做初速度为零的匀加速运动，合外力向右，故其做匀变速曲线运动，选项A、B错误，C正确；竖直方向的速度大小恒定，水平方向的速度逐渐增大，故笔尖的速度方向与水平方向的夹角逐渐变小，选项D错误.9.(2018温州市新力量联盟高一下学期期中联考)在学
24、习运动的合成与分解时我们做过如图4所示的实验.在长约80100 cm且一端封闭的玻璃管中注满清水，水中放一个用红蜡做成的小圆柱体(小圆柱体恰能在管中匀速上浮)，将玻璃管的开口端用胶塞塞紧，然后将玻璃管竖直倒置，在红蜡块匀速上浮的同时使玻璃管紧贴黑板面在水平方向上匀加速移动，你正对黑板面将看到红蜡块相对于黑板面的移动轨迹可能是下列选项中的()图4答案C10.(2018邢台二中高一下月考)如图5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30角的斜面斜向右上方以速度v匀速运动，运动中始终保持悬线竖直，下列说法正确的是()图5A.橡皮的速度大小为vB.橡皮的速度大小为vC.橡皮
25、的速度与水平方向成30角D.橡皮的速度与水平方向成45角答案B解析橡皮参与了平行于斜面方向的匀速直线运动和竖直方向上的匀速直线运动，两个分速度大小相等，都为v，如图所示，根据平行四边形定则知v合2vcos 30v，合速度的方向与水平方向的夹角为60，故B正确.11.(多选)如图6所示，塔吊臂上有一个可以沿水平方向运动的小车A，小车A通过钢索吊着物体B，在小车A与物体B以相同的水平速度沿吊臂方向匀速运动的同时，钢索将物体B从地面上吊起.A、B之间的距离d随时间t以dH2t2的规律变化，式中H为小车A距地面的高度.这段时间内从地面上观察，下列说法中正确的是()图6A.物体B的运动轨迹是直线B.物体
26、B的运动轨迹是曲线C.钢索对物体B的拉力等于物体B所受的重力D.钢索对物体B的拉力大于物体B所受的重力答案BD解析由dH2t2可得物体位移h2t2，则物体B在竖直方向上做匀加速运动，加速度ay恒定，由牛顿第二定律得，钢索对物体B的拉力Fmgmaymg，D正确；物体B同时参与水平方向的匀速运动和竖直方向的匀加速运动，故合运动的轨迹是曲线，B正确.12.(2018日照一中期末)物体在直角坐标系xOy所在平面内由O点开始运动，其沿坐标轴方向的两个分速度随时间变化的图像如图7所示，则对该物体运动过程的描述正确的是()图7A.物体在03 s做匀变速直线运动B.物体在03 s做匀变速曲线运动C.物体在34
27、 s做变加速直线运动D.物体在34 s做匀变速曲线运动答案B解析物体在03 s内，由题意可知，x方向做vx4 m/s的匀速直线运动，y方向做初速度为0、加速度ay1 m/s2的匀加速直线运动，合初速度v0vx4 m/s，合加速度aay1 m/s2，物体的合初速度与合加速度不在同一直线上，所以物体的合运动为匀变速曲线运动，如图甲所示，A错误，B正确.物体在34 s内，x方向做初速度vx4 m/s、加速度ax4 m/s2的匀减速直线运动，y方向做初速度vy3 m/s、加速度ay3 m/s2的匀减速直线运动，合初速度大小v5 m/s，合加速度大小a5 m/s2，v、a方向恰好相反，所以物体的合运动为
28、匀减速直线运动，如图乙所示，C、D错误.13.质量m4 kg的质点静止在光滑水平面上的直角坐标系的原点(0,0)处，先用沿x方向的力F18 N作用了2 s，然后撤去F1；再用沿y方向的力F224 N作用了1 s，则质点在这3 s内的轨迹为下列图中的()答案D解析根据牛顿第二定律可知，前2 s内质点的加速度为ax2 m/s2，从静止开始沿x方向匀加速运动x1axt124 m，速度达到vxaxt4 m/s；随后1 s内加速度为ay6 m/s2，方向沿y方向，质点沿y方向运动了y1ayt223 m，同时沿x方向运动了x2vxt24 m，轨迹弯向y方向，D正确.14.(2018诸暨中学期中)如图8甲所
29、示，在一端封闭、长约1 m的玻璃管内注满清水，水中放一个蜡块，将玻璃管的开口端用胶塞塞紧，然后将这个玻璃管倒置，在蜡块沿玻璃管上升的同时，将玻璃管水平向右移动.假设从某时刻开始计时，蜡块在玻璃管内每1 s上升的距离都是10 cm，玻璃管向右匀加速平移，每1 s通过的水平位移依次是2.5 cm、7.5 cm、12.5 cm、17.5 cm.图乙中，y表示蜡块竖直方向的位移，x表示蜡块随玻璃管通过的水平位移，t0时蜡块位于坐标原点.图8(1)请在坐标图中画出蜡块4 s内的轨迹；(2)求玻璃管向右平移的加速度大小a；(3)求t2 s时蜡块的速度大小v.答案(1)见解析图(2)0.05 m/s2(3)
30、 m/s解析(1)轨迹如图所示(2)根据xa(t)2，则a m/s20.05 m/s2(3)t2 s时蜡块的水平速度vx m/s0.1 m/s，竖直速度vy0.1 m/s，则合速度大小v m/s.15.一物体在光滑水平面上运动，它在相互垂直的x方向和y方向上的两个分运动的速度时间图像如图9所示.图9(1)计算物体的初速度大小；(2)计算物体在前3 s内的位移大小.答案(1)50 m/s(2)30 m解析(1)由题图可看出，物体沿x方向的分运动为匀速直线运动，沿y方向的分运动为匀变速直线运动.x方向的初速度vx030 m/s，y方向的初速度vy040 m/s；则物体的初速度大小为v050 m/s.(2)在前3 s内，x方向的分位移大小x3vxt303 m90 my方向的分位移大小y3t3 m60 m，故x m30 m.