《曲線運(yùn)動(dòng)》設(shè)計(jì) 市賽一等獎(jiǎng)

《曲線運(yùn)動(dòng)》教學(xué)設(shè)計(jì)教學(xué)目標(biāo)知識(shí)與技能掌握曲線運(yùn)動(dòng)的位移和速度表示方式及特點(diǎn)；知道物體做曲線運(yùn)動(dòng)的條件；學(xué)會(huì)分析、描述紅滴管的運(yùn)動(dòng)。過程與方法通過曲線運(yùn)動(dòng)速度方向的探索，體驗(yàn)科學(xué)研究的過程；通過描述紅滴管運(yùn)動(dòng)，掌握運(yùn)動(dòng)合成與分解的方法。情感態(tài)度價(jià)值觀在研究曲線運(yùn)動(dòng)的過程中，感受物理知識(shí)解決實(shí)際問題的成就感，形成科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度并提高探究能力。教學(xué)重點(diǎn)曲線運(yùn)動(dòng)的速度、物體做曲線運(yùn)動(dòng)的條件以及對紅滴管運(yùn)動(dòng)的研究教學(xué)難點(diǎn)描述曲線運(yùn)動(dòng)（四）教學(xué)過程[知識(shí)精講]知識(shí)點(diǎn)1曲線運(yùn)動(dòng)是變速運(yùn)動(dòng)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡是一條曲線，稱質(zhì)點(diǎn)做曲線運(yùn)動(dòng)。軌跡上各點(diǎn)的切線方向?yàn)橘|(zhì)點(diǎn)在該點(diǎn)的速度方向。由于軌跡是條曲線，曲線上不同點(diǎn)，切線方向一般不同，即速度方向不同。所以質(zhì)點(diǎn)做曲線運(yùn)動(dòng)，速度方向時(shí)刻在變化。速度是矢量，速度的變化包括速度大小的變化和速度方向的變化，因此曲線運(yùn)動(dòng)是一種變速運(yùn)動(dòng)。[例1]下列有關(guān)曲線運(yùn)動(dòng)的說法中，正確的是（）A．曲線運(yùn)動(dòng)是一種變速運(yùn)動(dòng)B．做曲線運(yùn)動(dòng)的物體合外力一定不為零C．做曲線運(yùn)動(dòng)的物體所受的合外力一定是變化的D．曲線運(yùn)動(dòng)不可能是一種勻變速運(yùn)動(dòng)[思路分析]由于速度方向是軌跡各點(diǎn)的切線方向，而曲線運(yùn)動(dòng)軌跡切線隨位置而變化，所以曲線運(yùn)動(dòng)速度是變化的，具有加速度，由F=ma有合外力必定不為零，則A、B正確。做曲線運(yùn)動(dòng)的條件是物體具有一定的初速度，受一個(gè)與速度不在一條直線上的合外力作用。此力不一定變化，也不一定不變化。若力變化，則為變加速運(yùn)動(dòng)，故C、D錯(cuò)。[答案]A、B[總結(jié)]1.變速運(yùn)動(dòng)指速度變化的運(yùn)動(dòng)。速度的變化有：速度大小變化（包括變速直線運(yùn)動(dòng)）、速度方向變化（如曲線運(yùn)動(dòng)）、速度大小和方向都變化。在物體運(yùn)動(dòng)的過程中，即使速度大小不變，但方向變化，仍為曲線運(yùn)動(dòng)。2.做曲線運(yùn)動(dòng)的物體，不管速度大小是否變化，只要其方向變化，速度就會(huì)發(fā)生變化，因此曲線運(yùn)動(dòng)必定是變速運(yùn)動(dòng)。3.作直線運(yùn)動(dòng)的物體，如果速度方向不變，其大小變化，也稱為變速運(yùn)動(dòng)。[變式訓(xùn)練]下列說法正確的是（）A.做曲線運(yùn)動(dòng)物體的速度方向必定變化B.速度變化的運(yùn)動(dòng)必定是曲線運(yùn)動(dòng)C.曲線運(yùn)動(dòng)中質(zhì)點(diǎn)在某點(diǎn)的瞬時(shí)速度方向，就是曲線上這一點(diǎn)的切線方向D.物體做曲線運(yùn)動(dòng)，速度大小必定變化〔答案〕AC知識(shí)點(diǎn)2物體做曲線運(yùn)動(dòng)的條件當(dāng)物體所受合力的方向跟它的速度方向不在同一直線上時(shí)，物體做曲線運(yùn)動(dòng)。注意：1.曲線運(yùn)動(dòng)是變速運(yùn)動(dòng)，凡物體做變速運(yùn)動(dòng)比有加速度，而加速度是由于力的作用產(chǎn)生的，做曲線運(yùn)動(dòng)的物體在任何時(shí)刻所受合外力皆不為零，不受力的物體不可能做曲線運(yùn)動(dòng)，加速度方向與合外力方向相同，可推知：曲線運(yùn)動(dòng)的加速度方向與速度方向不在同一直線上。2.物體做直線運(yùn)動(dòng)與做曲線運(yùn)動(dòng)條件的比較條件直線運(yùn)動(dòng)勻速直線運(yùn)動(dòng)F＝0（a=0）勻加速直線運(yùn)動(dòng)F(a)方向與v同方向且F不變變加速直線運(yùn)動(dòng)F(a)方向與v同方向且F變勻減速直線運(yùn)動(dòng)F(a)方向與v反方向且F不變變減速直線運(yùn)動(dòng)F(a)方向與v反方向且F變曲線運(yùn)動(dòng)勻變速曲線運(yùn)動(dòng)F(a)方向與v方向不共線且F不變非勻變速曲線運(yùn)動(dòng)F(a)方向與v方向不共線且F變3.在變速直線運(yùn)動(dòng)（加速直線運(yùn)動(dòng)或減速直線運(yùn)動(dòng)）中，加速度方向（即合外力方向）與速度方向在同一直線上，加速度只改變速度的大小，不改變速度的方向；在曲線運(yùn)動(dòng)中，加速度方向（合外力方向）與速度方向不在同一條直線上，加速度可以改變速度的大小，也可以改變速度的方向。某時(shí)刻物體受力如圖所示，F(xiàn)1F2把F分解成互相垂直的F1F1F2其中F1沿軌跡切向，F(xiàn)2垂直于F1方向，可見，在這一時(shí)刻，F(xiàn)2使物體的運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生變化，而F1則改變物體運(yùn)動(dòng)的速率。合力F方向指向軌跡彎曲的一側(cè)，也就是曲線運(yùn)動(dòng)軌跡必定向合外力的指向方向彎曲?！怖?〕物體受幾個(gè)恒力作用恰做勻速直線運(yùn)動(dòng)，如果突然撤去其中的一個(gè)力F2，則它可能做（）A、勻速直線運(yùn)動(dòng)B、勻加速直線運(yùn)動(dòng)C、勻減速直線運(yùn)動(dòng)D、勻變速曲線運(yùn)動(dòng)〔思路分析〕撤去力F2后，物體受合外力大小為F2，方向與F2相反，但此合外力方向與速度方向可能相同、相反或不在同一直線上，因而應(yīng)考慮這三種情況下物體可能做的運(yùn)動(dòng)。〔答案〕BCD〔總結(jié)〕1.解題時(shí)應(yīng)注意分析和挖掘題中信息，在速度方向（或受力方向）不定的情況下，應(yīng)考慮各種可能的情況。2.對于速度方向與F合方向不定的情況，可先考慮速度與F合在同一直線（同向或反向），然后再討論不在同一直線上（夾角為銳角、直角、鈍角）的情況，進(jìn)而分析物體速度大小和方向的變化?！沧兪接?xùn)練2〕一個(gè)物體在力F1、F2、F3等幾個(gè)力的共同作用下，做勻速直線運(yùn)動(dòng)。若突然撤去力F1后，則物體（）A、可能做曲線運(yùn)動(dòng)B、不可能繼續(xù)做直線運(yùn)動(dòng)C、必然沿F1的方向做直線運(yùn)動(dòng)D、必然沿F1的反方向做勻加速直線運(yùn)動(dòng)[答案]A[難點(diǎn)精析1]曲線運(yùn)動(dòng)的速度與加速度物體做曲線運(yùn)動(dòng)的條件是：物體具有一定的初速度，受一個(gè)與速度不在一條直線上的合外力作用。根據(jù)牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律F=ma，物體的加速度與物體所受的合外力是瞬時(shí)對應(yīng)關(guān)系，而且加速度方向與合外力方向一致，因此做曲線運(yùn)動(dòng)的物體的加速度與速度不在一條直線上。速度的方向是軌跡的切線方向，加速度的方向是合外力的方向。[例3]一物體在某一恒力作用下做曲線運(yùn)動(dòng)，t時(shí)刻速度方向與此恒力的方向的夾角為60°。下列說法中正確的是（）A、t時(shí)刻物體的加速度方向與速度方向夾角大于60°B、t時(shí)刻物體的加速度方向與速度方向夾角小于60°C、t+△t時(shí)刻物體的加速度方向與速度方向夾角大于60°D、t+△t時(shí)刻物體的加速度方向與速度方向夾角小于60°[思路分析]加速度方向與力的方向一致，物體受恒力作用，則加速度恒定。速度方向?yàn)檐壽E的切線方向。t時(shí)刻速度與力夾角為60°，則速度與加速度夾角也為60°，則A、B錯(cuò)。經(jīng)△t后，加速度方向仍不變，但速度方向改變了，由于軌跡力的指向方向彎曲，△t后速度方向與力的方向夾角應(yīng)小于60°，則速度方向與加速度方向夾角小于60°，所以D正確，C錯(cuò)誤。[答案]D[方法總結(jié)]1、物體在恒力作用下做曲線運(yùn)動(dòng)，其加速度也恒定不變，這樣的運(yùn)動(dòng)叫勻變速直線運(yùn)動(dòng)。2.物體在恒力作用下做曲線運(yùn)動(dòng)，若時(shí)間足夠長，速度方向向合外力方向趨近，故加速度方向與速度方向的夾角隨時(shí)間增加而變小。[變式訓(xùn)練3]下列說法正確的是（）A、做曲線運(yùn)動(dòng)物體的速度方向必定變化B、速度變化的運(yùn)動(dòng)可能是曲線運(yùn)動(dòng)C、加速度恒定的運(yùn)動(dòng)可能是曲線運(yùn)動(dòng)D、加速度變化的運(yùn)動(dòng)必定是曲線運(yùn)動(dòng)[答案]BC[難點(diǎn)精析2]勻變速運(yùn)動(dòng)和非勻變速運(yùn)動(dòng)的區(qū)別（1）勻變速運(yùn)動(dòng)：加速度為定值（大小、方向均不變），可以是直線運(yùn)動(dòng)，也可以是曲線運(yùn)動(dòng)。如物體受合外力是恒力，必做勻變速運(yùn)動(dòng)。（2）非勻變速運(yùn)動(dòng)：加速度是改變的（大小改變，或方向改變，或大小、方向均改變），可以是直線運(yùn)動(dòng)，也可以是曲線運(yùn)動(dòng)。如物體受合外力為變力，它做非勻變速運(yùn)動(dòng)。[例4]下列說法正確的有（）A、速度大小不變的曲線運(yùn)動(dòng)是勻速運(yùn)動(dòng)，是沒有加速度的B、變速運(yùn)動(dòng)一定是曲線運(yùn)動(dòng)C、曲線運(yùn)動(dòng)的速度一定是要改變的D、曲線運(yùn)動(dòng)也可能是勻速運(yùn)動(dòng)[思路分析]曲線運(yùn)動(dòng)的速度方向時(shí)刻改變，不管它的速度大小是否改變，它的速度是改變的，因而必定有加速度。曲線運(yùn)動(dòng)是變速運(yùn)動(dòng)，但變速運(yùn)動(dòng)不一定是曲線運(yùn)動(dòng)，也可以是速度大小變化的直線運(yùn)動(dòng)。曲線運(yùn)動(dòng)是否是勻變速運(yùn)動(dòng)，要看物體受的合外力是不是恒力，若合外力是恒力，則為勻變速曲線運(yùn)動(dòng)；若受的是變力，則為非勻變速曲線運(yùn)動(dòng)。[答案]CD[警示誤區(qū)]對曲線運(yùn)動(dòng)理解的主要失誤有：對矢量概念理解不清，錯(cuò)誤地認(rèn)為速度大小不變，就是勻速運(yùn)動(dòng)，就沒有加速度；對變速運(yùn)動(dòng)與勻變速運(yùn)動(dòng)概念理解不透，認(rèn)為變速運(yùn)動(dòng)就是曲線運(yùn)動(dòng)，曲線運(yùn)動(dòng)不可能是勻變速運(yùn)動(dòng)。排除障礙的方法是：真正理解速度、加速度等矢量概念，特別是注意矢量的方向性。[變式訓(xùn)練4]下列說法正確的是（）A．物體在恒力作用下不可能做曲線運(yùn)動(dòng)B．物體在變力作用下有可能做曲線運(yùn)動(dòng)C．物體在恒力作用下速度方向必定與加速度方向相同D．物體在變力作用下不可能做直線運(yùn)動(dòng)[答案]B[難點(diǎn)精析3]曲線運(yùn)動(dòng)中受力方向判斷[例5]如圖所示，物體在恒力F作用下沿曲線從A運(yùn)動(dòng)到B，這時(shí)，突然使它所受的力反向，但大小不變，即由F變?yōu)?F，在此力的作用下，關(guān)于物體以后的運(yùn)動(dòng)情況，下列說法正確的是（）cbcbaBAA．物體不可能沿曲線Ba運(yùn)動(dòng)B．物體不可能沿曲線Bb運(yùn)動(dòng)C．物體不可能沿曲線Bc運(yùn)動(dòng)D．物體不可能沿原曲線由B返回到A[思路分析]由原來的運(yùn)動(dòng)軌跡AB可以確定恒力F的方向是斜向下的，當(dāng)外力反向時(shí)物體的運(yùn)動(dòng)方向應(yīng)斜向上，運(yùn)動(dòng)的軌跡是Bc。特別注意B選項(xiàng)，原F的方向不可能沿Bb方向，因?yàn)樵贏點(diǎn)時(shí)速度在垂直Bb的方向上有速度分量，而在B點(diǎn)的速度方向是Bb方向，在垂直Bb的向下方向有外力的分力，因此外力F的方向是右偏下?！泊鸢浮矨BD〔方法總結(jié)〕1.曲線運(yùn)動(dòng)軌跡必定向合外力的指向方向彎曲，利用這一規(guī)律可判定恒力F的方向。2.合外力方向與速度方向分層在軌跡兩側(cè)，可判定由F變?yōu)椋璅后物體運(yùn)動(dòng)軌跡是BC〔變式訓(xùn)練5〕一質(zhì)點(diǎn)在恒力F作用下，在xoy平面內(nèi)從o點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到M點(diǎn)的軌跡如圖所示，則恒力F可能（）yxyxoA．沿＋x方向B．沿－x方向C．沿＋y方向D．沿－y方向〔答案〕D[難點(diǎn)精析4]空間探測器運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變[例6]如圖所示為一空間探測器的示意圖，P1，P2，P3，P4是四個(gè)噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，P1，P3的連線與空間一固定的坐標(biāo)系的x軸平行，P2，P4的連線與y軸平行。每臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)開動(dòng)時(shí)，都能向探測器提供推力，擔(dān)不會(huì)使探測器轉(zhuǎn)動(dòng)。開始時(shí)，探測器以恒定的v0速度向x正方向運(yùn)動(dòng)P1P4P1P4P2P3(2)單獨(dú)開動(dòng)P2，探測器將做什么運(yùn)動(dòng)？(3)同時(shí)開動(dòng)P3，P4，探測器將做什么運(yùn)動(dòng)？[思路分析]（1）單獨(dú)開動(dòng)P1，探測器受到與初速度相反方向的力的作用，探測器做勻減速直線運(yùn)動(dòng)。（2）單獨(dú)開動(dòng)P2，探測器受到與初速度方向垂直的力的作用，探測器做勻變速曲線運(yùn)動(dòng)（類平拋運(yùn)動(dòng)），探測器向上偏轉(zhuǎn)。（3）同時(shí)開動(dòng)P3，P4，探測器受到沿x軸正方向與y軸反方向的力的作用，使探測器一邊加速一邊同時(shí)向y軸負(fù)方向偏轉(zhuǎn)?！泊鸢浮常?）勻減速直線運(yùn)動(dòng)；（2）向上偏轉(zhuǎn)（類平拋運(yùn)動(dòng)）；（3）沿x軸方向加速同時(shí)向y軸負(fù)方向偏轉(zhuǎn)?！卜椒偨Y(jié)〕物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是由物體的受力和初速度兩個(gè)因素共同決定的，所以判定物體的運(yùn)動(dòng)情況，一方面要分析物體的受力；另一方面要分析物體的速度方向與力的方向之間的關(guān)系?！簿C合拓展〕本節(jié)學(xué)習(xí)了1、質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡是曲線的運(yùn)動(dòng)叫曲線運(yùn)動(dòng)。2.物體做曲線運(yùn)動(dòng)時(shí)，在某點(diǎn)的速度方向就是軌跡上該點(diǎn)的切線方向，曲線運(yùn)動(dòng)的速度方向時(shí)刻在變化，其速率可變可不變。曲線運(yùn)動(dòng)是變速運(yùn)動(dòng)。3.做曲線運(yùn)動(dòng)的條件是合外力方向與速度方向不共線，加速度方向與速度方向也不共線。曲線運(yùn)動(dòng)的軌跡向合外力方向彎曲?！怖?〕一質(zhì)點(diǎn)在某段時(shí)間內(nèi)做曲線運(yùn)動(dòng)，則在這段時(shí)間內(nèi)（）A.速度一定在不斷地改變，加速度也一定不斷地改變B.速度方