高中物理人教版 (2019)必修 第二册1 曲线运动备课ppt课件

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关键能力·情境探究达成
知识点一　曲线运动的速度方向
知识点二　物体做曲线运动的条件
1．曲线运动运动轨迹是____的运动称为曲线运动。2．速度的方向质点在某一点的速度方向，沿曲线在这一点的________。3．运动性质由于曲线运动中速度方向是____(选填“不变化”或“变化”)的，所以曲线运动是____运动。
下面两幅图片中分别为抛出的篮球和过山车的运动情况。请思考：
【问题】(1)如何确定它们运动过程中某一位置的速度方向？(2)它们运动过程中的速度恒定吗？(3)曲线运动一定是变速运动，一定有加速度吗？加速度一定变化吗？提示：(1)某一位置的速度方向为这一位置轨迹的切线方向。(2)它们做曲线运动时速度大小或许不变，速度方向时刻发生改变，故其速度不恒定。(3)曲线运动一定是变速运动，一定有加速度，加速度不一定变化。
1．曲线运动的速度(1)质点在某一时刻(某一位置)速度的方向与这一时刻质点所在位置处的切线方向一致。如图所示，故其速度的方向时刻改变。(2)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，但速度的大小不一定变化。
2．曲线运动的性质及分类(1)性质：速度是矢量，由于速度方向时刻在发生变化，所以曲线运动一定是变速运动。(2)分类。①匀变速曲线运动：加速度恒定的曲线运动，即物体在恒力作用下的曲线运动。②变加速曲线运动：加速度不断变化的曲线运动，即物体在变力作用下的曲线运动。
【典例1】　(多选)自由式滑雪在高山滑雪的基础上发展而来，可谓充分展现了“自由”二字，运动员们在不同类型的场地上展现华丽的技巧和娴熟的技术，凌空飞跃、闪展腾挪、惊险刺激，欣赏性极强，因此自由式滑雪又称为“空中舞蹈”。2022年2月8日上午，在北京冬奥会自由式滑雪女子大跳台决赛中，中国运动员凭借第三跳上的出色发挥，拿到全场最高分，最终以188.25的总分获得冠军，结合运动员(可视为质点)在空中运动情况，下列说法中正确的是(　　)A．运动员在空中做曲线运动，速度方向不断改变，因此曲线运动一定是变速运动B．忽略空气阻力的影响，运动员在空中只受重力，做匀变速曲线运动C．速度变化的运动一定是曲线运动D．加速度变化的运动一定是曲线运动
AB　[曲线运动速度方向一定改变，一定是变速运动，A正确；运动员在空中只受重力，合力恒定，做匀变速曲线运动，B正确；速度变化的运动有可能是变速直线运动，C错误；加速度变化说明有加速度，但是也可能加速度只有大小变化，方向不变，可能做变加速直线运动，D错误。]
规律方法　确定某点速度方向的两个关键(1)明确物体沿轨迹的运动方向，确定轨迹在该点的切线方向。(2)曲线运动的性质由加速度是否恒定决定。
[跟进训练]1．下列说法正确的是(　　)A．做曲线运动的物体速度方向一定发生变化B．速度方向发生变化的运动一定是曲线运动C．速度变化的运动一定是曲线运动D．加速度变化的运动一定是曲线运动
A　[做曲线运动的物体的速度方向时刻发生变化，故A正确；速度方向发生变化不是判断物体做曲线运动的条件，而是曲线运动的特点，如物体在弹簧作用下的往返运动，物体速度方向改变，但做直线运动，故B错误；速度是矢量，速度的变化包括大小和方向的变化，如匀变速直线运动，物体速度大小发生变化，但物体不做曲线运动，故C错误；做直线运动的物体的加速度也可以变化，如变加速直线运动，故D错误。]
1．从动力学角度：当物体所受____的方向与它的速度方向不在同一直线上时，物体做曲线运动。2．从运动学角度：当物体______的方向与速度的方向不在同一直线上时，物体做曲线运动。
如图所示，将圆弧形滑轨放在铺了一层白纸的平滑桌面上，使其底端与桌面相切，让钢球从圆弧形滑轨滚下获得一定的初速度。为了便于观察，在离开滑轨处沿钢球运动方向用直尺在白纸上画一条直线。图甲中将条形磁铁沿直线放置；图乙中将条形磁铁放在钢球运动路线的旁边。
【问题】(1)图甲中钢球从滑轨上滚下时，观察钢球做什么运动，钢球的运动方向与所受磁铁吸引力方向有什么关系？(2)图乙中钢球从滑轨上滚下时，观察钢球做什么运动，钢球的运动方向与所受磁铁吸引力方向有什么关系？(3)比较上述两种情况，体会轨迹、速度方向与合力方向三者有什么关系？
提示：(1)钢球做加速直线运动，钢球的运动方向与所受磁铁吸引力方向相同。(2)钢球做曲线运动，钢球的运动方向与所受磁铁吸引力方向不在同一条直线上。(3)速度方向与所受合力方向共线时，物体做直线运动；不在同一条直线上时，物体做曲线运动。
1．物体做曲线运动的条件(1)初速度不为零。(2)合力不为零(或加速度不为零)。(3)合力方向(或加速度方向)与速度方向不共线。
2．曲线运动的轨迹与速度、合力的关系做曲线运动的物体的轨迹与速度方向相切，夹在速度方向与合力方向之间。并向合力方向弯曲，也就是合力指向运动轨迹的凹侧，如图所示。
3．合外力与速率变化的关系若合力方向与速度方向的夹角为α，则：
A．合力的方向与速度方向在一条直线上B．合力的方向沿轨迹切线方向，速度方向指向轨迹内侧C．合力方向指向轨迹内侧，速度方向沿轨迹切线方向D．合力方向指向轨迹外侧，速度方向沿轨迹切线方向
角度1　曲线运动的条件【典例2】　在足球场上罚任意球时，运动员踢出的“香蕉球”，在行进中绕过“人墙”转弯进入了球门，守门员“望球莫及”，其轨迹如图所示。关于足球在这一飞行过程中的受力方向和速度方向，下列说法正确的是(　　)
C　[足球做曲线运动，则其速度方向为轨迹的切线方向；根据物体做曲线运动的条件可知，合力的方向一定指向轨迹的内侧，且合力方向与速度不在同一直线上。由此可知，只有C选项符合，故C正确。]
角度2　合外力与速率变化关系【典例3】　“嫦娥五号”探月卫星在由地球飞向月球时，假设沿曲线由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(　　)
A　　 　 B 　 　　　 C 　　　 　D
C　[由合力方向指向轨迹凹侧知A、D一定错误。由于探月卫星是从M点向N点飞行，且速度逐渐减小，B中合力与速度的夹角为锐角，速度增加，C中合力与速度的夹角为钝角，速度减小，故B错误，C正确。]
规律方法　力和运动轨迹关系的三点提醒(1)物体的运动轨迹由初速度、合力两个因素决定，轨迹在合力与速度之间且与速度相切。(2)物体在恒力作用下做曲线运动时，速度的方向将越来越接近力的方向，但不会与力的方向相同。(3)合力方向与速度方向成锐角时，物体做加速曲线运动；成钝角时，物体做减速曲线运动。
[跟进训练]2．一物体由静止开始自由下落，一小段时间后突然受一恒定水平向右的风力的影响，但着地前一段时间内风突然停止，则其运动的轨迹可能是(　　)
A 　　 　 B　 　 　 　C 　　　　D
C　[物体自由下落到某处突然受一恒定水平向右的风力，此时合力向右下方，则轨迹应向右弯曲，且拐弯点的切线方向应与速度方向相同，即竖直向下；风停止后，物体只受重力，即合力竖直向下，轨迹应向下弯曲，只有C符合，故选C。]
3．(多选)物体受到几个力作用而做匀速直线运动，若突然撤去其中的一个力，它可能做(　　)A．匀速直线运动　　　　B．匀加速直线运动C．匀减速直线运动 D．匀变速曲线运动
BCD　[剩余几个力的合力恒定不为零，所以物体不可能做匀速直线运动，选项A错误；剩余的几个力的合力与撤去的力等值、反向、共线，所以这个合力恒定不变，物体一定做匀变速运动。若物体的速度方向与此合力方向相同，则物体做匀加速直线运动；若剩余的几个力的合力与物体的速度方向相反，则物体做匀减速直线运动；若剩余几个力的合力与速度不共线，物体做匀变速曲线运动，选项B、C、D正确。]
学习效果·随堂评估自测
1．曲线运动是自然界中普遍存在的运动形式，下面关于曲线运动的说法中，正确的是(　　)A．物体只要受到变力的作用，就会做曲线运动B．物体在恒定的合力作用下一定会做直线运动C．物体做曲线运动时，合力方向可能发生变化，也可能不变D．物体在大小不变的合力作用下必做匀变速曲线运动
C　[当物体所受合力的方向与它的速度方向不在同一直线上时，物体做曲线运动，A、B错误；物体做曲线运动时，其所受合力的方向与速度方向不在同一直线上，合力的方向可能发生变化，也可能不变，C正确；做匀变速曲线运动的物体所受的合力恒定不变，而且合力方向与速度方向不共线，D错误。]
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．在圆形轨道上与过M点时速度方向相同的点在AB段上
B　[翻滚过山车经过A、B、C三点的速度方向如图所示，由图可判断出B正确，A、C错误；翻滚过山车在圆形轨道AB段上的速度方向偏向左上方，不可能与过M点时速度方向相同，D错误。]
3．如图所示是物体做匀变速曲线运动的轨迹的示意图。已知物体在B点的加速度方向与速度方向垂直，则下列说法正确的是(　　)A．物体在B点的加速度最大B．物体在C点的速率大于在B点的速率C．物体在A点的加速度比在C点的加速度大D．物体从A点到C点，加速度与速度的夹角先增大后减小，速率先减小后增大
B　[物体做匀变速曲线运动，加速度恒定，则物体在各点的加速度相同，故A、C错误；物体运动到B点时速度方向与加速度方向恰好互相垂直，结合运动轨迹可知，物体从A点运动到B点的过程中，加速度方向和速度方向的夹角大于90°，且夹角在不断减小，物体做减速曲线运动，物体从B点运动到C点的过程中，加速度方向和速度方向的夹角小于90°，且夹角在不断减小，物体做加速曲线运动，因此物体从A点运动到C点的过程中，加速度方向和速度方向的夹角一直在减小，物体在B点的速率最小，故B正确，D错误。]
4．在长约1.0 m的一端封闭的玻璃管中注满清水，水中放一个适当的圆柱形的红蜡块，将玻璃管的开口端用胶塞塞紧，并迅速竖直倒置，红蜡块就沿玻璃管由管口匀速上升到管底。将此玻璃管倒置安装在小车上，并将小车置于水平导轨上。若小车一端连接细线绕过定滑轮悬挂小物体，小车从位置A由静止开始运动，同时红蜡块沿玻璃管匀速上升。经过一段时间后，小车运动到位置B，如图所示。按照如图所示建立坐标系，在这一过程中红蜡块实际运动的轨迹可能是选项中的(　　)
A 　　　　B　　　　C　　　　D