曲线运动 教案 高一下学期物理人教版（2019）必修第二册

5.1曲线运动教案【教学目标】1、知道什么是曲线运动。2、知道曲线运动中速度的方向。３、理解曲线运动是一种变速运动。４、理解物体做曲线运动的条件是所受合外力方向与速度方向不在一条直线上。【教学重难点】教学重点1.知道什么是曲线运动。2.知道曲线运动中速度的方向是如何确定的。3.理解物体做曲线运动的条件。教学难点理解物体做曲线运动的条件。【新课导入】前面我们学习过了各种直线运动，包括匀速直线运动、匀变速直线运动、自由落体运动等。下面来看这个小实验，判断该物体的运动状态。实验：1.演示自由落体运动，该运动的特征是什么？（轨迹是直线）2.演示平抛运动，该运动的特征是什么？（轨迹是曲线）这里我们看到一种我们前面没有学过的运动形式，它与我们前面学过的运动形式有本质的区别。前面我们学过的运动的轨迹都是直线，而我们现在看到的这种运动的轨迹是曲线，我们把这种运动称为曲线运动。【新课讲解】曲线运动的速度方向图5.1-11图5.1-1如图5.1－1所示的是砂轮打磨工件的情景，提出问题：我们该如何描述铁屑飞出时的运动方向？师生共同探讨得出：“质点在某一点的速度，沿曲线在这一点的切线方向”的结论。2．质点在某一点(或某一时刻)的速度方向是在曲线的这一点的切线方向上。注意：物理中所讲的“切线方向”与数学上的“切线方向”是有区别的。二、曲线运动的性质：曲线运动一定是变速运动因为速度是矢量，既有大小，又有方向。当速度的大小发生改变，或者速度的方向发生改变，或者速度的大小和方向都发生改变，就表示速度矢量发生了变化。而曲线运动中速度的方向时刻在改变(无论速度大小是否改变)，即速度矢量时刻改变着，所以曲线运动必是变速运动。三、做曲线运动的物体一定具有加速度，所受合外力一定不等于零做曲线运动的物体的速度时刻在改变，即运动状态时刻在改变着，由牛顿运动定律可知，力是改变物体运动状态的原因即改变速度的原因，力是产生加速度的原因。而加速度等于速度的变化△v与时间t的比值。只要速度有改变，即△v≠O，就一定具有加速度。四、物体做曲线运动的条件1．当合外力的方向与初速度在同一直线上的情况下，合外力所产生的加速度只改变速度的大小，不改变速度的方向，此时物体只能作变速直线运动。图5.1-22．运动物体所受合外力的方向跟它的速度方向不在同一直线上时，合外力所产生的加速度就不但可以改变速度的大小，而且可以改变速度图5.1-2的方向，物体将做曲线运动，如图5.1-2所示。【学习探究】物体受力与运动关系对照表物体做曲线运动的条件观察与思考三个对比实验说明：以下三个实验是在实物展示台面上做的，由于展示台是玻璃面，而运动的物体是小钢球，摩擦力很小，可看成光滑的平面。（1）在光滑的水平面上具有某一初速度的小球在不受外力时将如何运动？讨论结果：由于小球在运动方向上不受外力，合外力为零，根据牛顿第一定律，小球将做匀速直线运动。（动画演示受力分析）（2）在光滑的水平面上具有某一初速度的小球在运动方向的正前方向或正后方向放一条形磁铁将如何运动？

讨论结果：由于小球在运动方向受磁铁作用，会使小球加速或减速，但仍做直线运动。（受力分析）（3）在光滑的水平面上具有某一初速度的小球在运动方向一侧放一条形磁铁时小球将如何运动？

讨论结果：由于小球在运动过程中受到一个侧力，小球将改变轨迹而做曲线运动。（受力分析）2、从以上实验得出三个启示（学生总结得出）：问题一：物体有初速度但不受外力时，将做什么运动？（提问）答：匀速直线运动（如实验一）问题二：物体没有初速度但受外力时，将做什么运动？（提问）答：做加速直线运动（如自由落体运动等）问题三：物体既有初速度又有外力时，将做什么运动？答：a、当初速度方向与外力方向在同一直线上（方向相同或相反）时将做直线运动。（如竖直上抛、实验二等）b、当初速度与外力不在同一直线上时，做曲线运动。（如实验三、水平抛物体等）思考：根据以上实验及启示，分析做曲线运动的条件是什么？3、结论：曲线运动既然是一种变速运动，就一定有加速度，由牛顿第二定律可知，也一定受到合力的作用。当运动物体所受合力的方向跟物体的速度方向在同一条直线上（同向或反向）时，物体做直线运动。这时合力只改变速度大小，不改变速度的方向。当合力的方向跟速度方向不在同一直线上时，可将合力分解到沿着速度方向和垂直于速度方向上，沿着速度方向的分力改变速度大小，垂直于速度方向的分力改变速度的方向，这时物体做曲线运动。若合力与速度方向始终垂直，物体就做速度大小不变、方向不断改变的曲线运动。若合力为恒力，物体就做匀变速曲线运动。总之，物体做曲线运动的条件是：物体所受的合力方向跟它的速度方向不在同一直线上。做曲线运动的条件是：要有初速度（2）要有合外力（3）初速度与合外力有一个角度4、怎样认识曲线运动中物体所受合外力的作用效果？设质点按图所示在t时刻位于A点，经位于B点，它在A点和B点的瞬时速度分别用v1和v2表示，那么，在内质点的平均加速度应表示为：式中是速度的变化量，的方向与的方向相同，按照矢量运算法则（平行四边形定则），的方向如图中方向，即的方向指向曲线凹的一侧。当足够小趋于零时，平均加速度无限接近于质点在A点的瞬时加速度a，它的方向与足够小的方向相同，也指向曲线的凹侧，由牛顿第二定律可知，质点所受合外力的方向与其加速度方向相同，总指向曲线的凹侧。把加速度和合外力F都分解在沿曲线和沿法线（与切线垂直）方向上，如图所示。沿切线方向的分力f1产生切线方向的加速度a1。当a1与v同向时，速率增大，如图中a所示；当a1与v反向时，速率减小，如图中b所示。如果物体做曲线运动速率不变，说明a1=0即f1=0，此时的合外力方向一定与速度方向垂直。沿法线方向的分力f2产生法线方向上的加速度a2改变了速度的方向。由于曲线运动的速度方向时刻在改变，合外力的这一作用效果对任何曲线运动总是存在的。可见，在曲线运动中合外力的作用，首先是产生a2以改变速度的方向，对于变速率曲线运动，合外力不仅要改变速度的方向，同时还要产生a1以改变速度的大小，后面我们将要学习的平抛运动中重力的作用就是如此。物体做变速运动是匀变速运动取决于物体所受的合力。如果物体所受合力为恒力，则物体做匀变速运动，当轨迹为直线时为匀变速直线运动，当轨迹为曲线时为匀变速曲线运动；如果物体所受合力为变力，则物体做变加速运动。【板书】6.1曲线运动一、曲线运动定义：运动轨迹是曲线的运动