2022-2023年教科版(2019)新教材高中物理必修2 第1章抛体运动1.1认识曲线运动课件

认识曲线运动一、曲线运动【情境思考】链球比赛中,链球做什么运动,沿什么方向飞出?

提示:链球做曲线运动,沿运动曲线上的切线方向飞出.1.定义:运动轨迹是_____的运动.2.速度方向:质点在做曲线运动时,在某一位置的速度方向就是曲线在这一点的_____方向.3.特点:曲线运动的速度方向时刻在变化,所以曲线运动是一种_____运动.曲线切线变速二、曲线运动的条件【情境思考】一个钢球在水平面上做匀速直线运动,现在用磁铁给钢球施加一个引力作用,钢球运动轨迹变成了曲线,磁铁在钢球的前面还是侧面?提示:侧面1.从动力学角度看:当物体所受合外力的方向与它的速度方向_________________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_________________时,物体做曲线运动.不在同一条直线上不在同一条直线上知识点一物体做曲线运动的条件1.物体做曲线运动时,关于受力(加速度)的“一定”与“不一定”:(1)“一定”:物体受到的合外力(加速度)一定不为零.物体所受合外力(加速度)的方向与其速度方向一定不在同一条直线上.(2)“不一定”:物体受到的合外力(加速度)不一定变化,即物体受到的合外力可以是恒力,也可以是变力.2.物体做曲线运动时,合外力与运动轨迹和运动速率变化的关系:(1)合外力与运动轨迹的关系:物体运动时其轨迹总偏向合外力所指的一侧,或者说合外力总指向运动轨迹的凹侧.(2)合外力与速率变化的关系.①合外力方向与速度方向夹角为锐角时,物体做速率越来越大的曲线运动.②合外力方向与速度方向夹角为直角时,物体做速率不变的曲线运动.③合外力方向与速度方向夹角为钝角时,物体做速率越来越小的曲线运动.

【问题探究】分析垒球的运动方向与合力方向是否共线?

提示:不共线【典例示范】【典例】一物体以速度v运动,到达位置A开始受到向前但偏右(观察者沿物体的运动方向看,下同)的合力,到达B时,合力改成与前进方向相同,到达C时,合力又突然改成向前但偏左,最终到达D.以下四图表示物体全程的运动轨迹,正确的是(

)【解析】选A.从位置A开始,它受到向前但偏右(观察者沿着物体前进方向看,下同)的合力,运动的轨迹位于F与v之间,故C错误.到达B时,这个合力的方向突然变得与前进方向相同,所以受力的方向与速度的方向相同,故B错误.到达C时,又突然改为向前但偏左的力,物体的轨迹向下发生偏转,该偏转的过程中是逐步发生偏转,不能发生突变,故D错误.故只有A正确.故选A.

【规律方法】分析曲线运动方向的技巧(1)若具有一定初速度的物体在恒力作用下做曲线运动,物体的末速度会越来越接近力的方向,但不会与力的方向相同.(2)做曲线运动物体的轨迹处在运动方向与合力方向构成的夹角之间.【素养训练】

1.在越野赛车时,一辆赛车在水平公路上减速转弯,从俯视图中可以看到赛车沿曲线由M向N行驶.图中分别画出了赛车转弯时所受合力F的四种方向,你认为正确的是 (

)

【解析】选C.赛车做的是曲线运动,赛车受到的合力应该指向轨迹弯曲的内侧,由于赛车是从M向N运动的,并且速度在减小,所以所受合力方向与赛车的速度方向的夹角大于90°,故C正确.2.一小球在水平面上运动,每隔0.02s小球的位置如图所示,依次经历了甲、乙、丙、丁、戊5个阶段.哪一阶段小球所受的合外力方向与运动方向相同 (

)A.甲B.乙C.丙D.戊【解析】选D.根据图像可知,甲阶段做减速直线运动,则受合外力的方向与运动的方向相反,故A错误;乙阶段做曲线运动,受合外力的方向指向轨迹弯曲的方向,与运动的方向是不同的,故B错误;丙阶段做匀速直线运动,小球所受合外力为零,故C错误;戊阶段做加速直线运动,故戊阶段小球所受的合外力方向与运动方向相同,故D正确.3.如图所示,小鸟沿图中虚线向上加速飞行,空气对其作用力可能是 (

)

A.F1 B.F2 C.F3 D.F4【解析】选D.根据做加速曲线运动的条件可知,小鸟所受重力与空气对其作用力的合力方向只能沿着斜向左上方,因此只有F4可能正确,选项D正确.【加固训练】做匀变速曲线运动的物体,随着时间的延续,其加速度与速度方向的夹角 (

)A.可能增大 B.一定减小C.一定增大 D.无法判断变化的情况【解析】选B.曲线运动的轨迹向合力方向偏转,即合力与速度方向的夹角逐渐减小,但不会变为零.根据牛顿第二定律,加速度与速度方向的夹角也逐渐减小,故B对.

知识点二曲线运动的性质1.曲线运动的速度:(1)速度方向: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)关于速度的“一定”与“不一定”.①“一定”:物体做曲线运动时,运动方向不断变化,即速度方向一定变化.②“不一定”:物体做曲线运动时,速度的大小不一定变化.2.曲线运动与直线运动的比较:内容项目直线运动曲线运动匀速直线运动匀加速直线运动匀减速直线运动速度方向运动方向运动方向运动方向曲线上各点的切线方向速度改变情况不变大小改变大小改变方向改变,大小可能变、可能不变运动性质匀速运动匀变速运动匀变速运动变速运动运动条件F合=0(a=0)F合(a)方向与v0相同F合(a)方向与v0相反F合(a)方向与v0方向不在同一直线上【问题探究】当摩天轮匀速转动时,乘客的速度是否发生变化?提示:乘客做匀速曲线运动,速度大小不变,方向不断发生变化,故速度一定发生变化.【典例示范】

【典例】一物体在某段时间内做曲线运动,则在这段时间内 (

)A.速度方向在不断地改变,大小也在不断地改变B.速度方向一定在不断地改变,大小可以不变C.速度可以不变,加速度一定不断地改变D.速度可以不变,加速度也可以不变【解析】选B.物体既然是在做曲线运动,它的速度的方向必定是改变的,但是大小不一定改变,如匀速圆周运动,故A错误,B正确;物体既然是在做曲线运动,它的速度的方向必定是改变的,所以速度一定变化,合力不一定改变,所以加速度不一定改变,所以C、D错误.故选B.【素养训练】

1.关于做曲线运动的物体,下列说法正确的是 (

)A.它所受的合力可能为零B.有可能处于平衡状态C.速度方向一定时刻改变D.受到的合外力方向有可能与速度方向在同一条直线上【解析】选C.物体做曲线运动的条件是合力方向与速度方向不在同一条直线上,且合力不为零,故选项A、D错误;物体做曲线运动的合外力不为零,加速度一定不为零,不是平衡状态,故选项B错误;曲线运动速度的方向沿曲线的切线方向,所以速度的方向不断变化,故选项C正确.2.(多选)关于物体的运动状态与受力关系,下列说法中正确的是 (

)A.物体的运动状态发生变化,物体的受力情况一定变化B.物体在恒力作用下,一定做匀变速直线运动C.物体的运动状态保持不变,说明物体所受的合外力为零D.物体做曲线运动时,受到的合外力可以是恒力【解析】选C、D.运动状态变化了,说明有加速度,即合外力不为零,选项A错误、选项C正确;恒力作用与匀变速相对应,合外力方向与速度方向是否共线决定了物体做直线还是曲线运动,选项B错误;物体做曲线运动,只能说明合外力方向与速度方向不共线,与是否是恒力无关,选项D正确.3.(多选)物体受到几个恒力的作用而处于平衡状态,若再对物体施加一个恒力,则物体可能 (

)A.静止或做匀速直线运动B.做匀变速直线运动C.做变加速曲线运动 D.做匀变速曲线运动【解析】选B、D.物体处于平衡状态,则原来几个力的合力一定为零,现受到另一个恒力作用,物体一定做匀变速运动,故选项A、C错误.若物体原来静止,则现在一定做匀加速直线运动;若物体原来做匀速直线运动,且速度与恒力的方向共线,则现在做匀变速直线运动,故选项B正确.若速度与恒力的方向不在同一直线上,则物体做匀变速曲线运动,D正确.

【拓展例题】考查内容:运动轨迹与受力方向的关系【典例】(多选)在光滑水平面上有一质量为2kg的物体,受几个共点力作用做匀速直线运动.现突然将与速度反方向的2N的力水平旋转90°,则关于物体运动情况的叙述正确的是 (

)A.物体做速度大小不变的曲线运动B.物体做加速度为m/s2的匀变速曲线运动C.物体做速度越来越大的曲线运动D.物体做非匀变速曲线运动,其速度越来越大【解析】选B、C.物体原来所受合外力为零,当将与速度反方向的2N的力水平旋转90°后其受力如图所示,Fx=Fy=2N,其中F是Fx、Fy的合力,即F=2N,且大小、方向都不变,是恒力,那么物体的加速度为a=m/s2=m/s2恒定.又因为F与v夹角θ<90°,所以物体做速度越来越大、加速度恒为m/s2的匀变速曲线运动.故B、C正确.【课堂回眸】1.高台跳水比赛时,运动员起跳后在空中做出各种动作,最后沿竖直方向进入水中.若此过程中运动员头部连续的运动轨迹示意图如图中虚线所示,a、b、c、d为运动轨迹上的四个点.关于运动员头部经过这四个点时的速度方向,下列说法中正确的是 (

)

A.经过a、b、c、d四个点的速度方向均可能竖直向下B.只有经过a、c两个点的速度方向可能竖直向下C.只有经过b、d两个点的速度方向可能竖直向下D.只有经过c点的速度方向可能竖直向下【解析】选B.由于曲线运动的速度方向为该点轨迹的切线方向,所以在图中的点中,a点速度方向竖直向下,b点的速度方向竖直向上,c点的速度方向竖直向下,d点的速度方向竖直向上,故B正确.2.如图所示,虚线MN为一小球在水平面上由M到N的运动轨迹,P是运动轨迹上的一点.四位同学分别画出了带有箭头的线段甲、乙、丙和丁来描述小球经过P点时的速度方向.其中正确的是 (

)

A.甲 B.乙C.丙 D.丁【解析】选C.小球在水平面上由M到N,某一时刻对应某一位置,此时的速度方向沿曲线上该点的切线方向,因此丙为小球经过P点的速度方向.故选C.3.假如赛车在弯道上高速行驶,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.被甩出的后轮的速度方向就是甩出点轨迹的切线方向.所以C选项正确.4.如图所示,小钢球m以初速度v0在光滑水平面上运动,后受到磁铁的侧向作用力而做如图所示的曲线运动经过D点.则由图可知磁铁的位置及极性可能是 (

)A.磁铁在A位置,极性一定是N极B.磁铁在B位置,极性一定是S极C.磁铁在C位置,极性一定是N极D.