物理必修 第二册1 曲线运动备课ppt课件

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一、曲线运动的速度方向1.曲线运动:物体运动轨迹是曲线的运动,叫作曲线运动。2.切线:如图所示,过曲线上的A、B两点作直线,这条直线叫作曲线的割线。设想B点逐渐沿曲线向A点移动,这条割线的位置也就不断变化。当B点非常非常接近A点时,这条割线就叫作曲线在A点的切线。
3.速度的方向:质点在某一点的速度方向,沿曲线在这一点的切线方向。4.曲线运动是一种什么性质的运动?提示:速度是矢量,既有大小,又有方向。由于曲线运动中速度的方向是变化的,因此不论速度大小是否变化,速度一定变化,所以曲线运动是变速运动。
二、物体做曲线运动的条件1.动力学角度: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。2.运动学角度:物体加速度的方向与速度的方向不在同一直线上时,物体做曲线运动。3.物体做曲线运动时,合力一定不为零吗?为什么?提示:若运动的物体所受合力为零,物体将做匀速直线运动,所以做曲线运动的物体,所受合力一定不为零。
【思考讨论】 1.判断下列说法的正误。(1)做曲线运动的物体,速度可能不变。(　　)(2)物体的速度不断改变,它一定做曲线运动。(　　)(3)做曲线运动的物体所受的合力一定是变力。(　　)(4)做曲线运动的物体一定有加速度。(　　)
2.如图所示,游乐场中的摩天轮在竖直方向上转动。当乘客到达最高点时,乘客在这一时刻的速度沿什么方向?当摩天轮匀速转动时,乘客的速度是否发生变化?提示:乘客的速度沿水平方向。乘客做曲线运动时,速度方向不断变化。
3.将粉笔头向空中水平抛出,观察粉笔头的运动轨迹,分析判断粉笔头为什么做曲线运动,速度大小和方向如何变化,并与同学一起交流想法。提示:粉笔头的初速度方向与所受合力(重力)方向不在同一直线上;速度变大,方向由水平变为斜向下。
问题引领下图为砂轮打磨下来的炽热微粒飞离砂轮时的情形,微粒离开砂轮的时刻不同,飞离时的速度方向也不一样。(1)微粒离开砂轮瞬间速度方向如何?(2)微粒在离开砂轮前速度变化吗?(3)微粒做曲线运动时,加速度可以是零吗?为什么?
提示:(1)沿砂轮的切线方向。(2)变化。(3)不可以。因为速度的方向时刻在变化,即速度在变化。
归纳提升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,沿曲线在这一点的切线方向。(2)速度是矢量,既有大小,又有方向,做曲线运动的物体速度的方向是变化的,所以物体的速度时刻变化。
2.曲线运动的分类(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:加速度变化的曲线运动,即物体在变力作用下的曲线运动。
典型例题【例题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
答案:A解析:做曲线运动的物体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,但此运动是直线运动,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,但不是曲线运动,故C错误。做直线运动的物体加速度也可以变化,如变加速直线运动,故D错误。
误区警示 曲线运动是变速运动,速度方向一定变化,速度大小不一定变化;但变速运动不一定是曲线运动,如匀变速直线运动。曲线运动是变速运动,就一定有加速度,但加速度不一定变化(如将物体沿水平方向抛出,其加速度不变),即曲线运动既可以是匀变速曲线运动,也可以是变加速曲线运动。
【变式训练1】 假如在弯道上高速行驶的赛车的后轮突然脱离赛车,关于脱离赛车后的车轮的运动情况,以下说法正确的是(　　)A.仍然沿着赛车行驶的弯道运动 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.上述情况都有可能答案:C
解析:赛车沿弯道行驶,任一时刻赛车上任意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。脱离赛车的后轮的速度方向就是脱离点所在轨迹的切线方向,所以C选项正确。此题主要考查曲线运动的速度方向,意在培养理解分析能力,形成物理观念。
问题引领如图所示,将圆弧形光滑轨道放在铺了一层白纸的水平桌面上,使其底端与桌面相切,让钢球从圆弧形光滑轨道顶端滚下以获得一定的初速度。为便于观察,在离开光滑轨道处沿钢球运动方向用刻度尺在白纸上画一直线。
试根据上述实验讨论:(1)将条形磁体沿直线放置(如图甲所示),当钢球从光滑轨道顶端滚下时,观察钢球做什么运动。钢球的运动方向与所受磁体吸引力的方向有什么关系?(2)将条形磁体放在钢球运动路线的旁边(如图乙所示),钢球从光滑轨道顶端滚下时,观察钢球做什么运动。钢球的运动方向与所受磁体吸引力的方向有什么关系?(3)钢球做曲线运动时,受到的吸引力与轨迹弯曲的方向有什么关系?
提示:(1)钢球做加速直线运动,钢球的运动方向与所受磁体吸引力方向相同(钢球的运动方向与所受磁体吸引力方向在一条直线上)。(2)钢球做曲线运动,钢球的运动方向与所受磁体吸引力方向不在同一条直线上。(3)钢球做曲线运动时,受到的吸引力方向指向轨迹弯曲的内侧。
归纳提升1.物体做曲线运动的条件(1)动力学条件:合外力方向与速度方向不共线是物体做曲线运动的条件,这包含三个层次的内容,即速度不为零、合外力不为零、合外力方向与速度方向不共线。(2)运动学条件:加速度方向与速度方向不共线。
2.曲线运动的轨迹特点做曲线运动的物体的轨迹与速度方向相切且向合外力方向弯曲,而且处在运动方向与合外力方向构成的夹角之间(如图所示),即合外力指向曲线的凹侧。
画龙点睛 1.F与v的夹角为锐角时,物体运动的速度增大。2.F与v的夹角为钝角时,物体运动的速度减小。3.F与v始终垂直时,力F只改变速度的方向,不改变速度的大小。
典型例题【例题2】 若已知物体运动的初速度v0的方向及它受到的恒定的合力F的方向,如图所示。则物体运动可能的轨迹是(　　)
解析:物体做曲线运动时,速度沿曲线的切线方向,合力方向和速度方向不共线,且指向曲线凹的一侧,即运动轨迹在合力方向与速度方向之间,且向合力的方向弯曲,故选项B正确。此题主要考查对物体做曲线运动条件的理解,培养综合分析能力,形成科学思维。
科学思维 确定曲线运动轨迹的方法(1)做曲线运动的物体,运动方向不断改变,其轨迹处在速度方向与合力方向构成的夹角之间,且偏向合力所指的一侧。(2)若物体在恒力作用下做曲线运动,则物体的运动轨迹越来越接近力的方向,但不会与力的方向相同。
【变式训练2】 对做曲线运动的物体,下列说法正确的是(　　)A.速度方向与合外力方向不可能在同一条直线上B.加速度方向与合外力方向可能不在同一条直线上C.加速度方向与速度方向有可能在同一条直线上D.合外力的方向一定是变化的答案:A
解析:由物体做曲线运动的条件可知,速度方向与合外力方向不可能在同一条直线上,所以A正确。根据牛顿第二定律,加速度与合外力一定同向,所以B、C错误。在恒力作用下,物体也可以做曲线运动,只要合外力方向与速度方向不共线就可以,所以D错误。
1.(对曲线运动速度的理解)(多选)关于曲线运动的速度,下列说法正确的是(　　)A.速度的大小与方向都在时刻变化B.速度的大小不断发生变化,速度的方向不一定发生变化C.速度的方向不断发生变化,速度的大小不一定发生变化D.质点在某一点的速度方向就是运动轨迹上该点的切线方向答案:CD
解析:做曲线运动的物体,速度的大小可以不发生变化,但速度的方向一定会发生变化,故A、B错误,C正确。质点在某一点的速度方向就是运动轨迹上该点的切线方向,D正确。
2.(曲线运动速度方向的判断)一个钢球在水平面上做直线运动。从不同方向给它施加力,例如在钢球运动路线的旁边放一块磁铁,如图所示。钢球做曲线运动时,下列图示中P点的速度v方向可能正确的是(虚线是曲线上过P点的切线)(　　)
解析:钢球做曲线运动时,某一位置的速度方向在该点的切线方向上。故B正确,A、C、D错误。
3.(曲线运动的受力与轨迹的关系)(多选)一辆汽车在水平公路上由直道进入弯道,沿曲线由M向N行驶,下图中分别画出了这辆汽车转弯时所受合力F的四种方向,你认为可能正确的是(　　)答案:CD解析:做曲线运动的物体,合力指向轨迹凹侧,故选项C、D正确。