【人教版】高中物理必修二：曲线运动课件

学习目标知识导图(1)知道什么叫曲线运动．(2)会确定曲线运动速度的方向，知道曲线运动是变速运动．(3)知道运动的合成与分解，理解运动的合成与分解遵循平行四边形定则．(4)会用作图和计算的方法，求解位移和速度的合成与分解问题．(5)知道物体做曲线运动的条件是物体所受合外力的方向与它的速度方向不在同一直线上.课前自主学习一、曲线运动的位移阅读教材第2页“曲线运动的位移”部分，回答下列问题.1．坐标系的选择：研究物体在同一平面内做曲线运动时，应选择平面直角坐标系．2．(1)位移的描述：如图所示，做曲线运动的物体从O点运动到A点，它的位移是OA，可以用l表示．(2)位移分解：若A点坐标为(xA，yA)，则在x轴上的分位移为xA，在y轴上的分位移为yA，位移与x轴夹角α满足tanα＝yAxA.二、曲线运动的速度阅读教材第3～4页“曲线运动的速度”部分，回答下列问题.1．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．2．运动性质：做曲线运动的质点的速度方向时刻发生变化，即速度时刻发生变化，因此曲线运动一定是变速运动．☆思考：如图所示，以初速度v0抛出一个物体，物体在空中做曲线运动．(1)在曲线上画出物体经过A、B、C、D各点时的速度方向．(2)物体的运动是一种________(填“匀速”或“变速”)运动．提示：(1)物体经过A、B、C、D点时的速度方向在各点的切线方向如图所示．(2)变速三、运动描述的实例阅读教材第4～6页“运动描述的实例”部分，回答下列问题.1．实验过程(1)将这个玻璃管倒置(如图)，可以看到蜡块上升的速度大小不变，即蜡块做匀速直线运动．(2)再次将玻璃管上下颠倒，在蜡块上升的同时将玻璃管水平向右匀速移动，观察蜡块的运动情况．2．蜡块的位置以蜡块开始运动的位置为原点O，水平向右的方向和竖直向上的方向分别为x轴和y轴的正方向，建立平面直角坐标系．蜡块沿水平方向向右匀速运动：x＝vxt；蜡块沿竖直方向向上匀速运动：y＝vyt.3．蜡块的速度：速度的大小v＝v2x＋v2y，速度的方向满足tanθ＝vyvx.4．蜡块运动的轨迹：y＝vyvxx，是一条过原点的直线．☆思考：在上述蜡块的运动实例中，若玻璃管水平速度增大时，蜡块上升到顶的时间会变短吗？提示：不会，水平速度和竖直速度彼此是独立的，水平速度增大时，竖直速度不变．四、物体做曲线运动的条件阅读教材第6页“物体做曲线运动的条件”部分，回答下列问题.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条直线上时，物体做曲线运动．2．运动学角度：物体的加速度方向与它的速度方向不在同一条直线上时，物体做曲线运动．判一判(1)曲线运动的速度方向可能不变．()(2)曲线运动的速度大小和方向一定同时改变．()(3)曲线运动一定是变速运动．()(4)物体做曲线运动时，合力一定是变力．()(5)物体做曲线运动时，合力一定不为零．()(6)物体做曲线运动时，加速度一定不为零．()××√×√√课堂互动探究知识点一曲线运动的理解1．曲线运动的速度方向：与该时刻运动轨迹曲线上相应点的切线方向相同，速度的方向时刻发生变化．2．曲线运动的性质：速度是矢量，由于速度方向时刻在变化，所以曲线运动一定是变速运动．3．曲线运动的轨迹：无力不拐弯，拐弯必有力．曲线运动的轨迹始终夹在合力方向与速度方向之间，而且向合力的方向弯曲，即合力指向轨迹的凹侧．(如图所示，为水平抛出的物体的受力和速度方向)4．曲线运动的分类及受力特点5．合外力与速率变化的关系速度和合力的夹角θ运动的性质力的作用效果0°θ90°加速曲线运动90°θ180°减速曲线运动既改变速度的大小，又改变速度的方向曲线运动θ＝90°速度大小不变的曲线运动只改变速度的方向，不改变速度的大小方法归纳物体做曲线运动时，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.例1下列关于曲线运动的说法中正确的是()A．曲线运动的速度一定变化，加速度也一定变化B．曲线运动的速度一定变化，做曲线运动的物体一定有加速度C．曲线运动的速度大小可以不变，所以做曲线运动的物体不一定有加速度D．在恒力作用下，物体不可能做曲线运动解析：做曲线运动的物体速度一定发生变化，但加速度可以不变(恒力作用)，例如把物体水平抛出后，物体只受重力，加速度不变，但在空中做曲线运动，选项A、D错误；做曲线运动的物体，速度大小可以不变，但方向一定发生变化，由于速度是矢量，速度发生变化，一定有加速度，选项B正确，选项C错误．答案：B方法技巧曲线运动性质的两种判断方法(1)看物体的合外力：若物体的合外力为恒力，则它做匀变速曲线运动；若物体的合外力为变力，则它做非匀变速曲线运动．(2)看物体的加速度：若物体的加速度不变，则它做匀变速曲线运动；若物体的加速度变化，则它做非匀变速曲线运动．例2(2017·吉林高一检测)汽车在水平公路上转弯，沿曲线由M向N行驶．图中分别画出了汽车转弯时所受合力F的四种方法，你认为正确的是()解析：A选项中力的方向与速度方向相同，B选项中力的方向与速度方向相反，这两种情况下汽车会做直线运动，不符合实际，A、B错误；物体做曲线运动时，合力的方向指向运动轨迹的凹侧，故C错误、D对．答案：D反思总结判断和画曲线运动轨迹时应注意：(1)与运动轨迹相切的方向为速度方向，不是力的方向；(2)看物体运动轨迹的弯曲情况，则物体所受合力的方向指向轨迹凹的一侧；(3)轨迹曲线夹在合力与轨迹切线(即速度方向)之间．[变式训练]如图所示，物体在恒力F作用下沿曲线从A运动到B，这时突然使它所受的力反向而大小不变(即由F变为－F)，在此力作用下，物体以后的运动情况，下列说法正确的是()A．物体可能沿曲线Ba运动B．物体可能沿直线Bb运动C．物体可能沿曲线Bc运动D．物体可能沿原曲线由B返回A解析：物体在A点时的速度vA沿A点的切线方向，物体在恒力F作用下沿曲线运动，此力F必有垂直于vA的分量，即力F可能为右图中所示的各种方向之一，当物体到达B点时，瞬时速度vB沿B点的切线方向，这时受力F′＝－F，即F′的方向可能为图中所示的各种方向之一；可知物体以后可能沿曲线Bc运动，所以本题的正确选项为C.答案：C知识点二运动的合成与分解1．合运动与分运动物体的实际运动一定是合运动，实际运动的位移、速度、加速度就是它的合位移、合速度、合加速度，而分运动的位移、速度、加速度是它的分位移、分速度、分加速度．2．合运动与分运动的关系等效性各分运动的共同效果与合运动的效果相同等时性各分运动与合运动同时发生和结束，时间相同独立性各分运动之间互不相干，彼此独立，互不影响同体性各分运动与合运动是同一物体的运动3.运动的合成与分解的运算法则合成与分解的内容是位移、速度、加速度的合成与分解，这些量都是失量，遵循的是平行四边形定则．例3对于两个分运动的合运动，下列说法中正确的是()A．合运动的速度一定大于两个分运动的速度B．合运动的速度一定大于某一个分运动的速度C．合运动的方向就是物体实际运动的方向D．由两个分运动速度的大小就可以确定合运动速度的大小解析：根据平行四边形定则，合运动速度的大小和方向可由对角线表示，而邻边表示两个分运动的速度．由几何关系知，两邻边和对角线的长短关系因两邻边的夹角不同而不同，当两邻边长短不变，而夹角改变时，对角线的长短也将发生改变，即合运动速度也将变化，故选项A、B、D错误，选项C正确．答案：C例4如图所示，有一长为80cm的玻璃管竖直放置，当红蜡块从玻璃管最下端开始匀速上升的同时，玻璃管水平向右匀速运动．经过20s，红蜡块到达玻璃管的最上端，此过程玻璃管的水平位移为60cm.不计红蜡块的大小，则红蜡块运动的合速度大小为()A．3cm/sB．4cm/sC．5cm/sD．7cm/s解析：蜡块水平方向的速度为vx＝0.620m/s＝0.03m/s蜡块竖直方向的速度为vy＝0.820m/s＝0.04m/s则蜡块运动的合速度为v合＝v2x＋v2y＝0.05m/s＝5cm/s.答案：C方法技巧“三步走”求解合运动或分运动(1)根据题意确定物体的合运动与分运动．(2)利用“化曲为直”的思想把曲线运动分解为两个方向上的直线运动，根据平行四边形定则作出矢量合成或分解的平行四边形．(3)根据所画图形求解合运动或分运动的参量，求解时可以用勾股定理、三角函数等数学知识．[变式训练](多选)(2017·郑州高一检测)如图甲所示，在杂技表演中，猴子沿竖直杆向上运动，其v－t图象如图乙所示，同时人顶着杆沿水平地面运动的x－t图象如图丙所示．若以地面为参考系，下列说法正确的是()A．猴子的运动轨迹为直线B．猴子在2s内做匀变速曲线运动C．t＝0时猴子的速度大小为8m/sD．猴子在2s内的加速度大小为4m/s2解析：猴子在竖直方向做初速度为8m/s、加速度大小为4m/s2的匀减速运动，水平方向做速度为4m/s的匀速运动，其合运动为曲线运动，故猴子在2s内做匀变速曲线运动，B正确、A错误；t＝0时猴子的速度大小为v0＝v20x＋v20y＝82＋42m/s＝45m/s，C错误；猴子在2s内的加速度大小为4m/s2，D正确．答案：BD随堂达标演练1.如图所示，篮球沿优美的弧线穿过篮筐，图中能正确表示篮球在相应点速度方向的是()A．v1B．v2C．v3D．v4解析：速度方向沿该点的切线方向，只有选项C是正确的．答案：C2．—个物体在力F1、F2、F3三个力的共同作用下做匀速直线运动．若突然撤去力F1后，则物体()A．可能做曲线运动B．不可能继续做直线运动C．必然沿F1的方向做直线运动D．必然沿F1的反方向做匀加速直线运动解析：物体做匀速直线运动的速度方向与F1的方向关系不明确，可能相同、相反或不在同一条直线上．所以，撤去F1后物体所受合力的方向与速度的方向关系不确定，所以只有选项A正确．答案：A3．(2017·成都高一检测)一质点做曲线运动，质点在某一位置，它的速度方向、加速度方向以及所受的合外力的方向的关系是()A．速度、加速度、合外力的方向有可能都相同B．加速度与合外力的方向一定相同C．加速度方向与速度方向一定相同D．速度方向与合外力方向可能相同，也可能不同解析：由牛顿第二定律可知，物体的加速度与合外力的方向一定相同，故B正确．由物体做曲线运动的条件可知，物体所受合外力的方向与速度的方向不在同一直线上，可知速度方向与合外力的方向一定不同，故A、C、D错误．答案：B4．一运动物体经过P点时，其速度v与合力F的方向不在同一直线上，当物体运动到Q点时，突然使合力的方向与速度方向相同直至物体运动经过M点，若用虚线表示物体的运动轨迹，则下列图中可能正确的是(其中C、D选项中的QM段均是直线)()解析：物体做曲线运动时，合力方向指向轨迹的凹侧，速度方向一定沿轨迹的切线方向．当物体所受合力方向与速度方向在同一条直线上时，物体一定做直线运动，所以只有选项C正确．答案：C5．(多选)如图所示，在一次救灾工作中，一架沿水平直线飞行的直升机A，用悬索(重力可忽略不计)救护困在湖水中的伤员B.在直升机A和伤员B以相同的水平速度匀速运动的同时，悬索将伤员吊起，在某一段时间内，A、B之间的距离以l＝H－t2(式中H为直升机A离地面的高度，各物理量的单位均为国际单位制单位)规律变化，则在这段时间内，下列判断中正确的是()A．悬索的拉力等于伤员的重力B．悬索是竖直的C．伤员做加速度大小方向均不变的曲线运动D．伤员做速度大小增加的曲线运动解析：伤员B离地面的高度y＝H－l＝t2，由此可知，伤员B是以a＝2m/s2的加速度向上做匀加速运动，悬索拉力大于重力，故A错误；由于水平方向A、B均以相同速度匀速运动，因此B始终在A的正下方，悬索是竖直的，故B正确；伤员在竖直方向做匀加速运动，水平方向做匀速运动，因此实际运动是匀变速曲线运动，故C、D正确