人教版高中物理必修二曲线运动精品课件

第五章曲线运动学习导言●情景切入在我们生活的广阔空间里，物体在做各种各样的运动，其中有很多是直线运动，更普遍的则是曲线运动。如斜向喷出的水(图1)，在弯曲公路上奔驰的汽车(图2)，游乐场的过山车(图3)等等，它们的运动都是曲线运动。那么曲线运动有什么规律？我们如何来研究曲线运动？这一章我们就来探究这些问题。●知识导航本章以曲线运动的两种特殊情况——平抛运动和匀速圆周运动为例，研究物体做曲线运动的条件和规律。本章所研究的运动形式不同于前面的直线运动，但研究的方法仍与前面一致，即根据牛顿第二定律研究物体做曲线运动时力与运动的关系。所以本章知识是牛顿运动定律在曲线运动形式下的具体应用。学好本章的概念和规律，将加深对速度、加速度及其关系的理解，加深对牛顿运动定律的理解。提高应用牛顿运动定律分析和解决实际问题的能力。本章内容可划分为三个单元：第一单元：(第1节)讲述了曲线运动的特点和物体做曲线运动的条件。第二单元：(第2、3节)阐述了平抛运动的特点和规律。第三单元：(第4～7节)学习匀速圆周运动的描述方法和基本规律及匀速圆周运动规律的应用实例。本章的重点是平抛运动及圆周运动的规律，难点是处理曲线运动的基本方法——运动的合成与分解。●学法指导1．学习中要注意结合生产、生活、现代科技中的实例，领略曲线运动的奇妙与和谐，重视对物理现象的深入观察和对物理规律的亲身体验，例如课本的“飞镖”实验、“做一做”“研究平抛运动”“生活中的圆周运动”等，经过了深入观察和亲身体验后，物理知识不仅容易领悟而且印象深刻。2．注意物理方法的学习，例如“极限的思想”“等效思维方法”。运动的合成与分解是物理学中一种极其重要的等效思维方法，利用运动的合成与分解的方法，可以把较为复杂的曲线运动问题分解为简单的直线运动来解决，这是必须要掌握的。3．平抛运动是典型的匀变速曲线运动，它的动力学特征是水平方向有初速度而不受力，是匀速直线运动；竖直方向只受重力而无初速度，是自由落体运动，抓住平抛运动的这个初始条件，也就抓住了它的解题关键。掌握利用平抛运动时间、偏转角和轨迹分析解决问题的方法。4．匀速圆周运动是变速曲线运动，要充分理解描述圆周运动的基本概念，知道圆周运动的动力学知识是牛顿第二定律的具体应用。掌握与传动装置有关的圆周运动、水平面内的圆周运动和竖直面内圆周运动问题的分析方法。5．解决问题时强调规范化的方法。在物理学中，不同的问题有不同的特点，解决起来要遵从不同的程序，也就是说有不同的规范，这是科学方法的问题。对于所学各种抛体运动及圆周运动的规律要灵活运用，对具体问题进行具体分析，不可生搬硬套，要注意各物理量及各物理规律的物理意义。●考纲须知内容要求1.运动的合成与分解Ⅱ2.抛体运动Ⅱ3.匀速圆周运动、角速度、线速度、向心加速度Ⅰ4.匀速圆周运动的向心力Ⅱ5.离心现象Ⅰ第五章第一节曲线运动课堂情景切入方法警示探究知识自主梳理重点难点突破易错案例剖析课后强化作业考点题型设计学习目标定位*知道曲线运动与直线运动的区别，理解曲线运动是一种变速运动**掌握物体做曲线运动的条件及运动速度的方向*经历蜡块运动的探究过程，体会研究平面运动的方法**掌握运动的合成与分解的方法课堂情景切入日常生活中曲线运动是最常见的运动。如：抛出的石块在空中的运动(图1)，沿弧形跑道运动的学生(图2)等等，曲线运动具有什么特点？怎样研究这类运动遵循的规律？现在让我们一起探究这些问题。知识自主梳理知识点1曲线运动定义：质点运动的轨迹是的运动。曲线知识点2曲线运动的位移1.坐标系的建立研究曲线运动时通常建立___________坐标系。2．描述对于做曲线运动的物体，其位移应尽量用坐标轴方向的________来表示(如图)，当物体由O运动到A点时，可以用A点的__________________来表示位移矢量l。平面直角分矢量位置坐标(xA，yA)知识点3曲线运动的速度1.速度的方向质点在某一点的速度的方向，沿曲线在这一点的______2．运动性质做曲线运动的质点的速度_____时刻发生变化，即速度时刻发生变化，因此曲线运动一定是_______运动。切线方向。方向变速3．速度的描述可以用相互垂直的两个方向的分矢量表示，这两个分矢量叫做。如图，两个分速度vx、vy与速度v的关系是：vx＝，vy＝。分速度vcosθvsinθ知识点4运动描述的实例1.蜡块的运动当蜡块在竖直玻璃管内向上匀速运动的同时，让玻璃管向右做匀速直线运动，则蜡块就参与了方向和方向的两个不同的分运动。竖直水平2．蜡块的位置以蜡块的初始位置为坐标原点，水平向右和竖直向上的方向分别为x、y轴的正方向建立坐标系，如图所示。位置P可以用它的x、y两个坐标表示x＝_____①y＝______②3．蜡块的速度v＝_____________速度的方向：tanθ＝(角θ表示v的方向与x轴的夹角)vxtvytv2x＋v2yvyvx4．蜡块的运动轨迹①②两式消去t，得y＝vx、vy均是常量，所以蜡块的轨迹是一条_____________vyvxx过原点的直线。知识点5物体做曲线运动的条件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。由牛顿第二定律知道，物体的加速度与其合力方向相同，因此物体的加速度与它的速度方向_______________时，物体做曲线运动。不在同一条直线上不在同一条直线上重点难点突破一、曲线运动的位移1．把一个物体沿水平方向抛出，它将沿曲线落向地面。这种情况应建立平面直角坐标系。2．选抛出点为坐标原点，让x轴沿水平抛出的方向，y轴沿竖直向下的方向，如图所示。当物体到达位置A(xA，yA)时，其相对抛出点的位移大小l＝x2A＋y2A，方向由O指向A。3．物体位置变化时，其位移的大小和方向都在不断变化。由于位移的两个分矢量的方向是确定的，所以用它们表示物体的位移就可使复杂的问题简单化。儿童乐园里的曲线滑梯如图所示。儿童从滑梯A点沿滑梯经B、C、D点滑下，试建立平面直角坐标系标出B、C两点相对于A点的位移及两点的坐标。解析：选A点为坐标原点，水平向右为x轴正方向、竖直向下为y轴正方向建立平面直角坐标系，B、C两点相对于A点的位移如图所示，两点的坐标分别为(xB，yB)、(xC、yC)。二、曲线运动的速度方向1．方向：质点在某一点的速度，沿曲线在这一点的切线方向。如图所示，物体从A向D运动，物体经过的A、B、C、D各点速度方向沿各点的切线方向。2．分析推导由平均速度的定义知v＝xt，则曲线运动的平均速度应为时间t内的位移x与时间t的比值，如图所示，v＝xABt。随时间t的取值变小，由图知时间t内位移的方向逐渐向A点的切线方向靠近，当时间趋于无限短时，位移方向为A点的切线方向，故极短时间内的平均速度方向为A点的瞬时速度方向，即A点的切线方向。以初速度v0水平抛出一个质量为m的物体，物体在空中做曲线运动，(如图所示)，请画出物体A、B、C、D处的速度方向。答案：速度方向沿曲线各点的切线方向(图略)。三、曲线运动的性质1．速度的变化速度是矢量，速度发生变化可能包括速度大小发生变化、速度方向发生变化或速度的大小与方向同时发生变化，也就是说速度的变化不仅指速度大小的变化，也包括速度方向的变化。2．曲线运动的实质物体做曲线运动时，瞬时速度沿曲线上该点的切线方向，而曲线上各点的切线方向是不同的，可见，做曲线运动时，物体速度的方向一定是变化的，因而一定有加速度，所以不管什么样的曲线运动一定是变速运动。特别提醒：曲线运动一定是变速运动。但是，变速运动不一定是曲线运动。四、运动的合成与分解1．合运动与分运动物理学上把类似蜡块在倾斜方向上的实际运动叫合运动，而把其余具有某一方向效果的运动称为分运动，如蜡块竖直方向上和水平方向上的运动。2．分运动与合运动的特征(1)运动的独立性：一个物体同时参与两个(或多个)运动，其中的任一个运动不会因有另外的分运动的存在而有所改变。(2)运动的同时性：各分运动与合运动总是同时开始，同时结束，经历的时间一定相等。(3)运动的等效性：各分运动的叠加与合运动有相同的效果。3．合运动与分运动的求法已知分运动求合运动，叫运动的合成；已知合运动求分运动，叫运动的分解。不管合成还是分解，其实质是对运动的位移x、速度v和加速度a的合成与分解。因为位移、速度、加速度都是矢量，所以求解时遵循的原则是矢量运算的平行四边形定则。特别提醒：(1)合运动一定是物体的实际运动，在运动的合成与分解时所做的平行四边形中合运动是平行四边形的对角线。(2)运动的合成与分解与力的合成与分解方法完全相同，之前所学的力的合成与分解的规律及方法可以直接应用到运动的合成与分解。(海岳中学12～13学年高一下学期期中)如图所示，在玻璃管的水中有一红蜡块正在匀速上升，若红蜡块在A点匀速上升的同时，使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．无法确定答案：B解析：红蜡块参与了竖直方向的匀速直线运动和水平方向的匀加速直线运动这两个分运动，实际运动的轨迹即是合运动的轨迹。由于它在任意一点的合速度方向是向上或斜向右上的，而合加速度就是水平方向的加速度，方向是水平向右的，合加速度和合速度之间有一定夹角，故轨迹是曲线。又因为物体做曲线运动的轨迹曲线总向加速度方向偏折(或加速度方向总指向曲线的凹向)，本题选B。五、对物体做曲线运动条件的理解1．物体做曲线运动的条件(1)当物体所受的合力方向跟它的速度方向不在同一条直线上时，物体做曲线运动。(2)物体做曲线运动时，运动的轨迹始终处在合外力与速度方向的夹角之中，并且合外力F的方向一定指向轨迹的凹侧。特别提醒：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。2．曲线运动的分类曲线运动匀变速曲线运动1物体所受合外力方向与初速度的方向不在同一条直线上2合外力是恒力变加速曲线运动1物体所受合外力方向与初速度的方向不在同一条直线上2合外力是变力可以是力的大小改变，也可以是方向改变或二者同时变2013年4月27日，在全国田径大奖赛中，上海著名铅球运动员张竣以19米43获得冠军(如图)。铅球由运动员手中推出后在空中飞行过程中，若不计空气阻力，它的运动将是()A．曲线运动，加速度大小和方向均不变，是匀变速曲线运动B．曲线运动，加速度大小不变，方向改变，是非匀变速曲线运动C．曲线运动，加速度大小和方向均改变，是非匀变速曲线运动D．若水平抛出是匀变速运动，若斜向上抛出则不是匀变速曲线运动答案：A解析：铅球抛出后只受一个重力，大小和方向均不变，加速度大小和方向也都不变，刚抛出时速度方向和重力的方向不在同一条直线上，故做匀变速曲线运动。考点题型设计题型1曲线运动的速度和位移如图所示，物体沿曲线由a点运动至b点，关于物体在ab段的运动，下列说法正确的是()A．物体的速度可能不变B．物体的速度不可能均匀变化C．a点的速度方向由a指向bD．ab段的位移大小一定小于路程解析：做曲线运动的物体速度方向时刻改变，即使速度大小不变，速度方向也在不断发生变化，故选项A错误；做曲线运动的物体必定受到力的作用，当物体所受力为恒力时，物体的加速度恒定，速度均匀变化，故选项B错误；a点的速度沿a点的切线方向，故选项C错误；做曲线运动的物体的位移大小必小于路程，故选项D正确。答案：D2013年“丝路春”杯中国张掖世界汽车拉力锦标赛，有雪铁龙、宝马和大众等世界级厂商车队以及国内40多支车队，100多辆赛车参赛。假如在弯道上高速行驶的赛车，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．上述情况都有可能答案：C解析：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