优化方案高中物理 第五章 曲线运动 第一节 曲线运动学案 新人教版必修2.doc

第一节曲线运动学习目标1.知道曲线运动与直线运动的区别，理解曲线运动是一种变速运动2.掌握物体做曲线运动的条件及运动速度的方向，会判断曲线运动的轨迹3.掌握曲线运动的描述，会求解曲线运动的位移、速度4.能够熟练使用平行四边形定则进行运动的合成与分解学生用书p5一、曲线运动的位移(阅读教材p2)1坐标系的选择：研究物体在同一平面内做曲线运动时，应选择平面直角坐标系2.位移的描述：如图所示，物体从o点运动到a点，位移大小为l，与x轴夹角为，则在x方向的分位移为xalcos_，在y方向的分位移为yalsin_.拓展延伸(解疑难)1在曲线运动中，某段时间内位移的大小比该段时间内路程要小2在曲线运动中，当物体运动一段时间后回到原处，路程不为零，但位移大小等于零1.关于曲线运动的位移，下列说法正确的是()a曲线运动的位移是曲线b只要曲线运动不停止，曲线运动的位移就一定越来越大c曲线运动的位移不可能是零d做曲线运动的质点在一段时间内水平分位移是4 m，竖直分位移是3 m，则其位移大小为5 m提示：选d.曲线运动的位移是指运动的物体从出发点到所研究位置的有向线段，不是曲线，选项a错误；轨迹是曲线的运动，如抛出的物体所做的运动、圆周运动等都属于曲线运动，其位移可能逐渐变大，也可能周期性变化，当然也可能在某时刻为零，选项b、c都错误；如果做曲线运动的质点在一段时间内水平分位移是4 m，竖直分位移是3 m，则其位移大小为l5 m，选项d正确二、曲线运动的速度(阅读教材p3p4)1速度的方向：质点在某一点的速度沿曲线在这一点的切线方向2运动性质：做曲线运动的质点的速度方向时刻发生变化，即速度时刻发生变化，因此曲线运动一定是变速运动3速度的描述：可以用相互垂直的两个方向的分矢量来表示这两个分矢量叫做分速度如图，两个分速度vx、vy与速度v的关系是：vxvcos_，vyvsin_.拓展延伸(解疑难)物理中所讲的切线方向与数学中所讲的切线方向的区别：物理中所讲的“切线方向”是唯一的，而数学中所讲的“切线方向”有两个方向(两个方向正好相反)如图所示，虚线mn是曲线上某一点a的切线，在物理学中，当质点从a沿曲线运动到b，它经过a点时速度方向(即切线方向)为图中v1方向；若质点从b沿曲线运动到a，则它经过a点时速度方向(即切线方向)为图中的v2方向2.(1)曲线运动一定是变速运动()(2)变速运动一定是曲线运动()(3)曲线运动的速度方向一定是变化的()(4)曲线运动的速度大小一定是变化的()提示：(1)(2)(3)(4)三、运动描述的实例(阅读教材p4p6)1蜡块的位置：蜡块沿玻璃管匀速上升的速度设为vy，玻璃管向右匀速移动的速度设为vx.从蜡块开始运动的时刻计时，于是，在时刻t，蜡块的位置p可以用它的x、y两个坐标表示：xvxt，yvyt.2蜡块的速度：速度的大小v，速度的方向满足tan .3蜡块运动的轨迹：yx，是一条过原点的直线拓展延伸(解疑难)求轨迹方程的一般方法：分别写出x、y轴方向上两个分运动的物体的位置坐标方程，消去t，并注意x、y的取值范围，即可得到y与x的关系方程，此即轨迹方程3.下雨时，如果没有风，雨滴是竖直下落的，如果有风，雨滴是倾斜下落的，为什么？提示：有风时，雨滴下落过程中，同时参与了竖直方向的运动和水平方向的运动，合运动方向倾斜向下四、物体做曲线运动的条件(阅读教材p6)1从动力学角度看：当物体所受合力的方向与它的速度方向不在同一条直线上时，物体做曲线运动2从运动学角度看：物体的加速度方向与它的速度方向不在同一条直线上时，物体做曲线运动拓展延伸(解疑难)1不论是直线运动还是曲线运动，加速度与合力一定同向2做曲线运动的物体，合力(加速度)一定不为零，可能是恒定不变的，也可能是变化的4.关于曲线运动，下列说法正确的是()a物体在恒力作用下不可能做曲线运动b物体在变力作用下一定做曲线运动c做曲线运动的物体，其速度大小一定变化d加速度(不为0)不变的运动可能是曲线运动提示：选d.物体做曲线运动的条件是合外力与速度不在同一直线上，而不一定是恒力或变力；做曲线运动的物体速度方向变化，但速度大小和加速度不一定变化物体运动性质的判断学生用书p6 物体的运动性质取决于所受合力以及与速度的方向关系，具体判断思路如下：(自选例题，启迪思维)(2015宣城高一检测)关于运动的性质，以下说法中正确的是()a做曲线运动的物体某段时间内的位移可能为零b变速运动一定是曲线运动c曲线运动一定是变加速运动d加速度不变的运动一定是直线运动解析做曲线运动的物体速度方向时刻变化，在一段时间内可能回到出发点，a正确变速运动可能是速度的方向在变化，也可能是速度的大小在变化，所以不一定是曲线运动，b错误曲线运动可能是变加速曲线运动，也可能是匀变速曲线运动，c错误加速度不变的运动可能是匀变速直线运动，也可能是匀变速曲线运动，d错误答案a一个物体在力f1、f2、f3等几个力的共同作用下，做匀速直线运动若突然撤去力f1后，则物体()a可能做曲线运动b不可能继续做直线运动c必然沿f1的方向做直线运动d必然沿f1的反方向做匀加速直线运动解析物体做匀速直线运动的速度方向与f1的方向关系不明确，可能是相同、相反或不在同一条直线上因此，撤去f1后物体所受合力的方向与速度的方向关系不确定，所以只有选项a正确答案a(2015天水高一检测)一个质点受到两个互成锐角的恒力f1和f2的作用，由静止开始运动若运动中保持二力方向不变，但让f1突然增大到f1f，则质点以后()a一定做匀变速曲线运动b可能做匀变速直线运动c一定做匀变速直线运动d可能做变加速曲线运动解析质点是受两恒力f1和f2的作用，从静止开始沿两个力的合力方向做匀加速直线运动，当f1发生变化后，f1f和f2的合力大小和方向与原合力f合相比均发生了变化，如图所示，此时合外力仍为恒力，但方向与原来的合力方向不同，即与速度方向不相同，所以此后物体将做匀变速曲线运动，故a正确答案a感悟提升(1)曲线运动一定是变速运动，但变速运动不一定是曲线运动(2)物体所受的合外力为恒力时，它一定做匀变速运动，但可能是匀变速直线运动，也可能是匀变速曲线运动曲线运动的轨迹分析学生用书p6 曲线运动的轨迹、速度、合力(加速度)之间的关系1加速度方向与合力方向一致，指向轨迹弯曲的内侧2曲线运动的轨迹处于速度方向与合力方向之间，且向合力方向弯曲(自选例题，启迪思维)如图所示，物体在恒力f作用下沿曲线从a运动到b，这时突然使它所受的力反向而大小不变(即由f变为f)，在此力作用下，物体以后的运动情况，下列说法正确的是()a物体可能沿曲线ba运动b物体可能沿直线bb运动c物体可能沿曲线bc运动d物体可能沿原曲线由b返回a解析物体在a点时的速度va沿a点的切线方向，物体在恒力f作用下沿曲线运动，此力f必有垂直于va的分量，即力f可能为图中所示的各种方向之一，当物体到达b点时，瞬时速度vb沿b点的切线方向，这时受力ff，即f可能为图中所示的方向之一；可知物体以后只可能沿曲线bc运动，所以本题的正确选项为c.答案c如图所示，汽车在一段弯曲水平路面上匀速行驶，关于它受的水平方向的作用力的示意图，下列选项中可能正确的是(选项中f为地面对它的静摩擦力，ff为它行驶时所受阻力)()解析汽车行驶时所受阻力ff总与该时刻它的速度方向相反，故d错误做曲线运动的物体所受合力的方向不仅与其速度方向成一角度，而且总是指向曲线的“内侧”，a、b两选项中f与ff的合力方向都不满足这一条件，只有c选项中f与ff的合力方向指向曲线的“内侧”，所以c正确答案c如图所示为一质点在恒力f作用下在xoy平面上从o点运动到b点的轨迹，且在a点时的速度va与x轴平行，则恒力f的方向可能是()a沿x方向b沿x方向c沿y方向 d沿y方向解析根据做曲线运动的物体所受合外力指向曲线内侧的特点，质点在o点受力方向可能沿x方向或y方向，而在a点速度方向沿x可以推知恒力方向不能沿x方向，但可以沿y方向，所以d项正确答案d感悟提升(1)物体的运动轨迹与初速度和合外力两个因素有关：轨迹在合外力与速度所夹区域之间且与速度相切(2)做匀变速曲线运动的物体，其速度将越来越接近力的方向，但不会与力的方向相同运动的合成与分解学生用书p7 1合运动与分运动的关系：等效性各分运动的共同效果与合运动的效果相同等时性各分运动与合运动同时发生和结束，时间相同独立性各分运动之间互不相干，彼此独立，互不影响同体性各分运动与合运动是同一物体的运动2.运动的合成与分解包括位移、速度和加速度的合成与分解，这些描述运动的物理量都是矢量，对它们进行合成与分解时都要运用平行四边形定则3运动的分解方法和步骤理论上讲，一个合运动可以分解成无数组分运动，但在解决实际问题时，一定要依据运动的实际效果进行分解分解步骤如下：(1)确定合运动方向(实际运动方向)(2)分析合运动的运动效果(例如蜡块的实际运动从效果上就可以看成在竖直方向匀速上升和在水平方向随管移动)(3)依据合运动的实际效果确定分运动的方向(4)利用平行四边形定则、三角形定则或正交分解法作图，将合运动的速度、位移、加速度分别分解到分运动的方向上(自选例题，启迪思维)降落伞在匀速下降过程中遇到水平方向吹来的风，风速越大，则降落伞()a下落的时间越短b下落的时间越长c落地时速度越小d落地时速度越大解析降落伞在匀速下降过程中遇到水平方向吹来的风，不会影响其竖直方向的运动，所以其下落时间不会变化，a、b错；风速越大，则降落伞水平方向的速度越大，于是落地时速度越大，c错、d对答案d(2015高考广东卷)如图所示，帆板在海面上以速度v朝正西方向运动，帆船以速度v朝正北方向航行，以帆板为参照物()a帆船朝正东方向航行，速度大小为vb帆船朝正西方向航行，速度大小为vc帆船朝南偏东45方向航行，速度大小为vd帆船朝北偏东45方向航行，速度大小为v解析以帆板为参照物，帆船具有朝正东方向的速度v和朝正北方向的速度v，两速度的合速度大小为v，方向朝北偏东45，故选项d正确答案d 直升机空投物资时，可以停留在空中不动，设投出的物资离开直升机后由于降落伞的作用在空中能匀速下落，无风时落地速度为5 m/s.若直升机停留在离地面100 m高处空投物资，由于风力的作用，使降落伞和物资获得1 m/s 的水平向北的速度，求：(1)物资在空中运动的时间；(2)物资落地时速度的大小；(3)物资在下落过程中水平方向移动的距离思路探究(1)物资在空中的运动时间与水平速度是否有关？(2)有风时，物资同时参与了哪两个运动？(3)物资在水平方向上的运动时间与竖直方向上的运动时间有什么关系？解析如图所示，物资的实际运动可以看做是竖直方向的匀速直线运动和水平方向的匀速直线运动两个分运动的合运动(1)分运动与合运动具有等时性，故物资实际运动的时间与竖直方向分运动的时间相等所以t s20 s.(2)物资落地时vy5 m/s，vx1 m/s，由平行四边形定则得v m/s m/s.(3)物资水平方向的位移大小为xvxt120 m20 m.答案(1)20 s(2) m/s(3)20 m感悟提升(1)运动的合成与分解和力的合成与分解遵从相同的法则，具有类似的规律(2)当两个分速度v1、v2大小一定时，合速度的大小范围为：|v1v2|vv1v2，故合速度可能比分速度大，也可能比分速度小，还有可能跟分速度大小相等(3)进行运动的分解时，确定分运动的方向是关键学生用书p8方法技巧互成角度的两个直线运动的合运动的性质和轨迹的判断两个互成角度的分运动合运动的性质两个匀速直线运动匀速直线运动一个匀速直线运动一个匀变速直线运动匀变速曲线运动两个初速度为零的匀加速直线运动匀加速直线运动两个初速度不为零的匀变速直线运动如果v合与a合共线，为匀变速直线运动如果v合与a合不共线，为匀变速曲线运动范例关于互成角度(非0或180)的两个匀变速运动的合运动，下述说法中正确的是()a一定是曲线运动b可能是直线运动c一定是匀变速运动d可能是匀速直线运动解析求解本题，我们可从运动的合成和力与运动的关系两个方面进行分析判断对于a、b两个选项，从运动合成的角度看，若两个分运动均为初速度为零的匀变速直线运动，则合运动必为匀变速直线运动，物体做的将是初速度为零的匀加速直线运动从动力学的角度看，此种情况即为静止物体受两个互成角度的恒力作用，因此合力也一定是恒力，物体做初速度为零的匀加速直线运动，如图甲所示若两个分运动中有一个的初速度不为零，则初速度方向与合加速度方向存在夹角(即初速度方向与合外力方向不在同一直线上)，合运动必为曲线运动，如图乙所示若两个分运动均为初速度不为零的匀变速直线运动，则合运动可能是匀变速直线运动(合外力或合加速度方向恰与两初速度的合速度方向相同)，也可能是匀变速曲线运动(合外力或合加速度方向与两初速度的合速度方向不在同一直线上)，如图丙所示，故选项a错误，b正确对于选项c，关键在于弄清匀变速运动的概念物体在恒力作用下所做的加速度恒定不变的运动，不管是直线运动还是曲线运动，都叫做匀变速运动，故c是正确的由于两个互成角度的加速度的合加速度一定不等于零，故合运动不可能是匀速直线运动，选项d是错误的答案bc归纳提升两个互成角度的直线运动的合运动的性质和轨迹，由两分运动的性质及合初速度与合加速度的方向关系决定，故判断此类问题可分三步进行第一步：把两个直线运动的初速度合成第二步：把两个直线运动的加速度合成第三步：观察合初速度与合加速度的方向关系(1)a0：匀速直线运动或静止(2)a恒定：性质为匀变速运动，其可分为：v、a同向，匀加速直线运动；v、a反向，匀减速直线运动；v、a成某一角度，匀变速曲线运动(轨迹在v、a之间，且和速度v的方向相切，方向逐渐向a的方向接近，但不可能达到)(3)a变化：性质为变加速运动在光滑平面上的一运动质点以速度v通过原点o，v与x轴成角(如图所示)，与此同时，质点上加有沿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fyfx，质点向y轴一侧做曲线运动c如果fyfx tan ，质点做直线运动d如果fxfycot ，质点向x轴一侧做曲线运动解析：选cd.质点所受合外力与速度方向不在同一直线上时，质点做曲线运动；若所受合外力始终与速度同方向，则做直线运动若fyfxtan ，则fx和fy的合力f与v在同一直线上(如图所示)，此时质点做直线运动；若fxfycot ，即tan ，则fx、fy的合力f与x轴的夹角，则质点向x轴一侧做曲线运动学生用书p9随堂达标1(2015长春高一检测)关于曲线运动，下列说法中正确的是()a做曲线运动的物体，在一段时间内运动的路程可能为零b曲线运动一定是匀速运动c在平衡力作用下，物体可以做曲线运动d在恒力作用下，物体可以做曲线运动解析：选d.做曲线运动的物体，在一段时间内可能回到出发点，位移可能为零，但路程不为零，a错误；曲线运动的速度方向一定变化，所以一定是变速运动，b错误；由牛顿第一定律可知，在平衡力作用下，物体一定做匀速直线运动或处于静止状态，c错误；不论是否为恒力，只要物体受力方向与物体速度方向不共线，物体就做曲线运动，所以d正确2.翻滚过山车是大型游乐园里的一种比较刺激的娱乐项目如图所示，翻滚过山车(可看成质点)从高处冲下，过m点时速度方向如图所示，在圆形轨道内经过a、b、c三点下列说法中正确的是()a过a点时的速度方向沿ab方向b过b点时的速度方向沿水平方向c过a、c两点时的速度方向相同d圆形轨道上与m点速度方向相同的点在ab段上解析：选b.翻滚过山车经过a、b、c三点的速度方向如图所示由图判断b正确，a、c错误用直尺和三角板作m点速度方向的平行线且与圆相切于n点，则过山车过n点时速度方向与m点相同，d错误3若已知物体的速度方向和它所受合力的方向，如图所示，则物体的运动轨迹可能是()解析：选c.根据曲线运动的轨迹特点：轨迹在力与速度方向之间，与速度相切，力指向轨迹凹侧，只有c符合上述条件4.如图所示，当吊车以速度v1沿水平直线匀速行驶，同时以速度v2收拢绳索提升物体时，下列表述正确的是()a物体的实际运动速度为v1v2b物体的实际运动速度为c物体相对地面做曲线运动d绳索保持竖直状态解析：选bd.物体的速度是由水平速度和竖直速度合成的，v，故相对于地面做匀速直线运动，所以a、c选项错，b选项正确；两个方向的运动互不影响，物体竖直方向始终做匀速直线运动，因此绳索保持竖直状态，所以d选项正确5(选做题)(2015哈师大附中高一期中)质量为2 kg的质点在xoy平面上做曲线运动，在x方向的速度图象和y方向的位移图象如图所示，下列说法正确的是()a质点2 s末的速度是2 m/sb质点做匀变速曲线运动c质点所受的合外力是3 nd质点初速度的方向与合外力方向垂直解析：选abc.由两图象知，质点在x方向做匀加速直线运动，在y方向做匀速直线运动，合运动为匀变速曲线运动，故选项b正确；质点所受合外力为x方向的外力，由vt图象知，质点加速度a1.5 m/s2，f合ma21.5 n3 n，选项c正确；由y方向的位移图象得，在y方向的速度vy4 m/s,2 s末质点的速度为v m/s2 m/s，选项a正确；质点的初速度v0，v0与x轴成一夹角，tan ，90，而合外力沿x轴正方向，因此质点初速度方向与合外力方向不垂直，故选项d错误课时作业(温馨提示：凡题号前标“”的为难度稍大的题目)一、选择题1(多选)关于曲线运动，下列说法中正确的是()a变速运动一定是曲线运动b做曲线运动的物体所受的合外力一定不为零c速率不变的曲线运动是匀速运动d曲线运动也可以是速率不变的运动解析：选bd.变速运动也可能是直线运动，a错误；曲线运动一定是变速运动，一定有加速度，合力一定不为零，b正确；曲线运动的速率可以不变，但速度方向一定改变，故c错误d正确2假如在弯道上高速行驶的赛车，突然后轮脱离赛车，关于脱离赛车后的车轮的运动情况，以下说法正确的是()a仍然沿着汽车行驶的弯道运动b沿着与弯道垂直的方向飞出c沿着脱离时轮子前进的方向做直线运动，离开弯道d上述情况都有可能解析：选c.赛车沿弯道行驶，任一时刻赛车上任何一点的速度方向，都是赛车运动的曲线轨迹上对应点的切线方向脱离的后轮的速度方向就是脱离点轨迹的切线方向所以c选项正确3(2015咸阳高一检测)一个物体做曲线运动，在某时刻物体的速度v和合外力f的方向可能正确的是()解析：选a.物体做曲线运动时，速度沿该点的切线方向，合外力与速度不共线，且指向轨迹弯曲方向的凹侧，故选项a正确4(多选)(2015深圳高一检测)关于运动的合成，下列说法中错误的是()a如果合运动是曲线运动，其分运动至少有一个是曲线运动b两个直线运动的合运动一定是直线运动c两个分运动的时间一定与合运动的时间相等d合运动的加速度一定比每一个分运动的加速度大解析：选abd.合运动与分运动的速度、加速度大小没有直接关系，合运动的速度、加速度可能大于、小于或等于分运动的速度、加速度，d错误；互成角度的匀速直线运动和匀加速直线运动的合运动是曲线运动，b错误；分运动与合运动具有等时性，c正确；两个匀加速直线运动的合运动可能是直线运动，也可能是曲线运动，故a错误5.(多选)(2015中山一中高一检测)如图所示，红蜡块能在玻璃管的水中匀速上升，若红蜡块在a点匀速上升的同时，使玻璃管水平向右做直线运动，则红蜡块实际运动的轨迹是图中的()a若玻璃管做匀速运动，则为直线pb若玻璃管做匀加速运动，则为曲线qc若玻璃管做匀加速运动，则为曲线rd不论玻璃管做何种运动，轨迹都是直线p解析：选ab.若玻璃管做匀速运动，由两个匀速直线运动的合运动仍为匀速直线运动知，a正确；若玻璃管做匀加速运动，由一个匀速运动与一个不在同一直线上的匀加速运动的合运动为匀变速曲线运动知，轨迹为曲线，又因为物体做曲线运动时曲线总向加速度方向偏折(或加速度方向总是指向曲线的凹侧)，故b正确，c、d错误6(2015高考新课标全国卷)由于卫星的发射场不在赤道上，同步卫星发射后需要从转移轨道经过调整再进入地球同步轨道当卫星在转移轨道上飞经赤道上空时，发动机点火，给卫星一附加速度，使卫星沿同步轨道运行已知同步卫星的环绕速度约为3.1103 m/s，某次发射卫星飞经赤道上空时的速度为1.55103 m/s，此时卫星的高度与同步轨道的高度相同，转移轨道和同步轨道的夹角为30，如图所示，发动机给卫星的附加速度的方向和大小约为()a西偏北方向，1.9103 m/sb东偏南方向，1.9103 m/s c西偏北方向，2.7103 m/sd东偏南方向，2.7103 m/s解析：选b.设当卫星在转移轨道上飞经赤道上空与同步轨道高度相同的某点时，速度为v1，发动机给卫星的附加速度为v2，该点在同步轨道上运行时的速度为v.三者关系如图，由图知附加速度方向为东偏南，由余弦定理知v22vv22v1vcos 30，代入数据解得v21.9103 m/s.选项b正确7.(多选)一物体在光滑的水平桌面上运动，在相互垂直的x方向和y方向上的分运动速度随时间变化的规律如图所示关于物体的运动，下列说法正确的是()a物体做曲线运动b物体做直线运动c物体运动的初速度大小为50 m/sd物体运动的初速度大小为10 m/s解析：选ac.由vt图象可以看出，物体在x方向上做匀速直线运动，在y方向上做匀变速直线运动，故物体做曲线运动，选项a正确，b错误；物体的初速度大小为v0 m/s50 m/s，选项c正确，d错误8(多选)(2013高考上海卷)右图为在平静海面上，两艘拖船a、b拖着驳船c运动的示意图a、b的速度分别沿着缆绳ca、cb方向，a、b、c不在一条直线上由于缆绳不可伸长，因此c的速度在ca、cb方向的投影分别与a、b的速度相等，由此可知c的()a速度大小可以介于a、b的速度大小之间b速度大小一定不小于a、b的速度大小c速度方向可能在ca和cb的夹角范围外d速度方向一定在ca和cb的夹角范围内解析：选bd.根据题述“c的速度在ca、cb方向的投影分别与a、b的速度相等”可知，c的速度大小一定不小于a、b的速度大小，选项a错误b正确c的速度方向一定在ca和cb的夹角范围内，选项c错误d正确9雨点正在以4 m/s的速度竖直下落，忽然一阵风以3 m/s的速度水平吹来，雨中撑伞正在行走的人，为使雨点尽量不落在身上，手中伞杆应与竖直方向所成夹角为()a30b37c45 d0解析：选b.雨点同时参与两个方向的分运动，一是竖直向下的匀速直线运动，二是沿水平风方向的匀速直线运动，其合速度方向与竖直方向的夹角为，tan ，所以37，为使雨点尽量不落在身上，应使伞面与雨点速度方向垂直，伞杆与雨点的速度方向平行，所以，伞杆与竖直方向应成37夹角，b对10.(多选)一质点在xoy平面内从o点开始运动的轨迹如图所示，则质点的速度()a若x方向始终匀速，则y方向先加速后减速b若