高中物理 51 曲线运动同步课件 新人教版必修2.ppt

第一节曲线运动 1 知道什么是曲线运动 会确定曲线运动速度的方向 2 知道曲线运动是变速运动 3 知道物体做曲线运动的条件 4 会确定物体在平面内运动的位置 速度与轨迹 一 曲线运动1 曲线运动 质点运动的轨迹是的运动 2 速度的方向 质点在某一点的速度 沿曲线在这一点的 3 特点 做曲线运动的质点的时刻发生变化 即速度时刻发生变化 因此曲线运动一定是 曲线 切线方向 速度方向 变速运动 二 物体做曲线运动的条件1 演示实验 如图所示 桌面上沿直线运动的钢球在磁铁的吸引力作用下做运动 2 结论 当物体所受合力的方向跟它的速度方向时 物体做曲线运动 曲线 不在同一直线上 不计空气阻力 水平抛出的小石块做什么运动 石块为何做这种运动 提示 曲线运动 石块被抛出后合力 约为重力 竖直向下 合力方向始终与石块速度方向不在一条直线上 三 蜡块运动的实验探究1 装置 在一端封闭 长约1m的玻璃管内注满清水 水中放一个用红蜡块做成的小圆柱体r 将玻璃管口塞紧 2 实验过程 1 将这个玻璃管倒置 如图甲所示 可以看到蜡块上升的速度大小不变 即蜡块做运动 2 再次将玻璃管上下颠倒 在蜡块上升的同时将玻璃管水平向右匀速移动 观察蜡块的运动情况 匀速直线 3 以开始时蜡块的位置为原点 建立平面直角坐标系 如图乙所示 设蜡块匀速上升的速度为vy 玻璃管水平向右匀速移动的速度为vx 乙 图 vxt vyt 3 结论 蜡块的运动可分解为竖直向上的运动和水平向右的运动 这两个运动都叫做 蜡块实际参与的运动叫做 由以上过程可以看出 研究平面内物体的运动主要就是研究物体的位置 轨迹与速度 分运动 合运动 一 对曲线运动性质的理解1 曲线运动的速度 1 曲线运动中质点在某一时刻 或某一位置 的速度方向 就是质点从该时刻 或该点 脱离曲线后自由运动的方向 也就是曲线上这一点的切线方向 2 速度是一个矢量 既有大小 又有方向 假如在运动过程中只有速度大小的变化 而物体的速度方向不变 则物体只能做直线运动 因此 若物体做曲线运动 表明物体的速度方向发生了变化 2 曲线运动的性质 1 由于做曲线运动物体的速度方向时刻在变化 不管速度大小是否改变 因其矢量性 物体的速度在时刻变化 即曲线运动一定是变速运动 2 曲线运动是否是匀变速运动取决于物体的合外力情况 合外力为恒力 物体做匀变速曲线运动 合外力为变力 物体做非匀变速曲线运动 特别提醒 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 只要物体的合外力为恒力 它一定做匀变速运动 可能是直线运动也可能是曲线运动 二 对物体做曲线运动的条件的理解1 物体做曲线运动的条件 1 物体受到的合外力方向与其运动方向不共线时 物体做曲线运动 2 根据牛顿第二定律 物体的加速度方向与其合外力方向一致 因此物体做曲线运动的条件还可以表述为 物体的加速度方向与它的运动方向不在一条直线上 3 若物体的合外力 或加速度 方向与它的运动方向在一条直线上 物体做直线运动 2 物体做直线运动与做曲线运动的比较 3 速度 轨迹与合力间的关系做曲线运动的物体 运动轨迹始终处于合外力与速度方向的夹角之间 并且合外力的方向一定指向轨迹的凹侧 如图所示 当合外力沿f方向 与速度v夹角小于90 时 物体速度增加 当合外力沿f 方向 与速度v夹角大于90 时 物体速度减小 特别提醒 1 做曲线运动的物体其合外力一定不为0 2 物体做直线运动还是曲线运动取决于其合力方向与速度方向是否共线 不在于其合力f合是否变化 物体在变力作用下的运动也可能为直线运动 物体在恒力作用下的运动也可能为曲线运动 三 两个直线运动的合成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 1 根据合加速度是否恒定判定合运动是匀变速运动还是非匀变速运动 若合加速度不变且不为零 则合运动为匀变速运动 若合加速度变化 则为非匀变速运动 2 根据合加速度与合初速度是否共线判断合运动是直线运动还是曲线运动 若合加速度与合初速度在同一直线上 则合运动为直线运动 否则为曲线运动 例如 四 小船渡河问题分析情境 河岸为平行直线 水流速度v水恒定 船在静水的速度v船大小一定 河宽设为d 小船渡河问题通常包括以下两类问题 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段上思路点拨 曲线运动速度方向沿轨迹切线方向 解析 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 答案 b 针对训练 1 下列说法正确的是 a 曲线运动的速度大小可以不变 但速度方向一定改变b 曲线运动的速度方向可以不变 但速度大小一定改变c 曲线运动的物体的速度方向可以改变也可以不变d 曲线运动物体在某点的速度方向即为该点的切线方向解析 曲线运动中轨迹为曲线 其速度方向沿该点切线方向 故速度方向一定变化 所以a d正确 答案 ad 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 撤去f1后物体所受合力的方向与速度v的方向关系不确定 若撤去其中的一个力f1 则剩余几个力的合力f与f1等大反向 物体一定做变速运动 若f的方向与速度同向 则物体做匀加速直线运动 若f的方向与速度反向 则物体做匀减速直线运动 若f的方向与速度的方向不在同一直线上 则物体做曲线运动 所以选项a对 答案 a 题后总结 1 合力仅仅确定了加速度的大小和方向 即只能确定物体是做匀变速运动还是非匀变速运动 2 物体做直线运动还是曲线运动取决于合力方向与速度方向是否在同一直线上 针对训练 2 下列说法正确的是 a 物体在恒力作用下可能做曲线运动b 物体在变力作用下不可能做曲线运动c 做曲线运动的物体 其速度方向与加速度的方向不在同一直线上d 物体在变力作用下有可能做曲线运动 解析 物体做曲线运动的条件是 物体所受合外力的方向与它的速度方向不在同一条直线上 这里合外力并未限定是变力还是恒力 物体可以受一个力 也可以受多个力 受力可以是恒力 也可以是变力 所以a d正确 b错误 据牛顿第二定律可知 加速度方向与合外力方向一致 故可判断c也正确 故选a c d 答案 acd 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ab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f f 即f 只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 所以本题的正确答案是c 答案 c 题后总结 1 物体做曲线运动时合外力指向轨迹弯曲的凹侧 2 速度方向变化是垂直于速度方向的力的作用效果 针对训练 3 我国 嫦娥一号 探月卫星经过无数人的协作和努力 在2007年10月24日晚6点多发射升空 如图所示 嫦娥一号 探月卫星在由地球飞向月球时 沿曲线从m点向n点飞行的过程中 速度逐渐减小 在此过程中探月卫星所受合力方向可能是下列图中的 解析 做曲线运动物体的运动轨迹向合力方向弯曲 a d错误 卫星速度减小 表明它的合力沿切线方向的分力与速度方向相反 如图所示 故b错 c对 答案 c 如图所示的塔吊臂上有一可以沿水平方向运动的小车a 小车下装有吊着物体b的吊钩 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 吊钩将物体b向上吊起 a b之间的距离以d h 2t2 si si表示国际单位制 式中h为吊臂离地面的高度 规律变化 则物体做 a 速度大小不变的曲线运动b 速度大小增加的曲线运动c 加速度大小方向均不变的曲线运动d 加速度大小方向均变化的曲线运动答案 bc 题后总结 1 运动轨迹的判定要看物体的合加速度a和合初速度v是否在一条直线上 2 判断合速度 合加速度如何变化要抓住速度和加速度的平行四边形 针对训练 4 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 玻璃管水平向右做匀加速直线运动 则红蜡块实际运动的轨迹是图中的 a 直线pb 曲线qc 曲线rd 无法确定 解析 合运动的轨迹主要是由合初速度与合加速度的方向决定 该题中合初速度方向向上 而合加速度方向向右 有夹角 因此物体一定做曲线运动 a选项排除 又因为该蜡块的运动可以看做水平向右的匀加速直线运动和竖直向上的匀速直线运动的合成 则在运动轨迹中两段相等时间内 竖直方向位移是相等的 而水平方向位移是随时间增加的 因此实际运动轨迹应是q 答案 b 已知某船在静水中的速度为v1 4m s 现让船渡过某条河 假设这条河的两岸是理想的平行线 河宽为d 100m 水流速度为v2 3m s 方向与河岸平行 1 欲使船以最短时间渡河 航向怎样 最短时间是多少 船发生的位移有多大 2 欲使船以最小位移渡河 航向又怎样 渡河所用时间是多少 思路点拨 当船头垂直河岸时 渡河时间最短 当v1与v2的合速度垂直河岸时 渡河位移最小 甲 乙 答案 见解析 针对训练 5 某人游珠江如图所示 他以一定速度头部始终垂直河岸