第五章拋體運動

第五章拋體運動本章素養(yǎng)概述（情境導入）在我們生活的廣闊空間里，物體在做各種各樣的運動，其中有很多是直線運動，更普遍的則是曲線運動。如向空中噴出的水，運動員投出的籃球，游樂場的過山車等等，它們的運動都是曲線運動。那么曲線運動有什么規(guī)律？我們?nèi)绾蝸硌芯壳€運動？這一章我們就來探究這些問題。（內(nèi)容提要）本章以曲線運動的一種特殊情況一一平拋運動為例，研究物體做曲線運動的條件和規(guī)律。本章所研究的運動形式不同于前面的直線運動，但研究的方法仍與前面一致，即根據(jù)牛頓第二定律研究物體做曲線運動時力與運動的關系。所以本章知識是牛頓運動定律在曲線運動形式下的具體應用。學好本章的概念和規(guī)律，將加深對速度、加速度及其關系的理解，加深對牛頓運動定律的理解，提高應用牛頓運動定律分析和解決實際問題的能力。本章內(nèi)容可劃分為三個單元：第一單元（第1節(jié)）：講述了曲線運動的特點和物體做曲線運動的條件。第二單元（第2節(jié)）：闡述了研究曲線運動的基本方法一一運動的合成與分解。第三單元（第3節(jié)?第4節(jié)）：通過實驗研究了平拋運動的特點和規(guī)律。本章的重點是平拋運動的規(guī)律，難點是處理曲線運動的基本方法一一運動的合成與分解。（學法指導〕.要重視對物理現(xiàn)象的深入觀察和對物理規(guī)律的親身體驗，例如課本中的“飛鏢”實驗、“做一做”“研究平拋運動”等，經(jīng)過了深入觀察和親身體驗后，物理知識不僅容易領悟而且印象深刻。.要注意物理方法的學習，例如“極限的思想”“等效思維方法”等。運動的合成與分解是物理學中一種極其重要的等效思維方法，利用運動的合成與分解的方法，可以把較為復雜的曲線運動問題分解為簡單的直線運動來解決，這是必須要掌握的。.解決問題時強調(diào)規(guī)范化。在物理學中，不同的問題有不同的特點，解決起來要遵從不同的規(guī)律，也就是說有不同的規(guī)范，這是科學方法的問題。對于所學各種拋體運動的規(guī)律要靈活運用，對具體問題進行具體分析，不可生搬硬套，要注意各物理量及各物理規(guī)律的物理意義。.曲線運動目標體系構建明確目標?梳理脈絡【學習目標】.知道曲線運動的瞬時速度方向，能運用極限思想理解瞬時速度方向，并會在軌跡圖上畫出某點的速度方向。.理解曲線運動是變速運動，知道物體做曲線運動的條件。.會分析做曲線運動的物體在軌跡上某位置的受力情況?！舅季S脈絡】課前預習反饋教材梳理?落實新知知識點1曲線運動的速度方向.速度方向特點：做曲線運動的物體，速度的方向在不斷變化。.速度方向：質(zhì)點在某一點的速度方向，沿曲線在這一點的方向。.曲線運動的性質(zhì)：曲線運動中速度的方向是變化的，所以曲線運動是變速運動。知識點2物體做曲線運動的條件.理論分析：曲線運動是變速運動，速度方向時刻改變,物體的加速度一定不為0,故物體所受的合力一定不為0。.動力學角度：物體所受合力的方向與它的速度方向—丕在一同一直線上。.運動學角度：物體加速度的方向與速度的方向不在同一直線上。思考辨析『判一判』（1）做曲線運動的物體，速度可能不變。（X）（2）曲線運動一定是變速運動，但變速運動不一定是曲線運動。（J）（3）做曲線運動的物體，速率一定發(fā)生變化。（X）（4）做曲線運動的物體的位移大小可能與路程相等。（義）（5）做曲線運動的物體加速度一定不為零。（J）（6）做曲線運動的物體所受的合力一定是變力。（X）『選一選』如圖所示，小銳同學正在蕩秋千，他經(jīng)過最低點尸時的速度方向是（B）A.a方向B.6方向C.。方向D.d方向解析：曲線運動的速度方向沿軌跡的切線方向，則他經(jīng)過最低點產(chǎn)時的速度方向沿b的方向。故選B?！合胍幌搿粸槭裁打暄训暮拥劳鈧?cè)總是比較陡峭，而內(nèi)側(cè)地勢相對較平坦？解析：河水順著河道流動，在彎曲的位置由于河道外側(cè)對水的作用力，使水流的運動發(fā)生彎曲，根據(jù)牛頓第三定律，水流對外側(cè)的河道也有沖擊作用，因此外側(cè)比較陡峭，內(nèi)側(cè)比較平坦。課內(nèi)互動探究細研深究?破疑解難探究對曲線運動的理解II情境導入■如圖所示，下雨天在泥濘的道路上啟動摩托車和轉(zhuǎn)動雨傘時，(1)車輪濺起的泥漿沿什么方向飛出？(2)轉(zhuǎn)動雨傘，傘邊緣的水滴離開傘面時沿什么方向飛出？(3)飛出后的泥漿和水滴做直線運動還是曲線運動？它們的加速度為0嗎？為什么？提示：(1)泥漿沿車輪邊緣某點的切線方向飛出。(2)水滴沿傘邊緣某點的切線方向飛出。(3)做曲線運動，加速度不為3因為曲線運動的速度方向時刻在變化。II要點提煉■.曲線運動的速度(1)曲線運動中質(zhì)點在某一時刻(或某一位置)的速度方向，就是質(zhì)點從該時刻(或該點)脫離曲線后自由運動的方向，也就是曲線上這一點的切線方向。(2)速度是一個矢量，既有大小，又有方向，假如在運動過程中只有速度大小的變化，而物體的速度方向不變，則物體只能做直線運動，因此，若物體做曲線運動，表明物體的速度方向發(fā)生了變化。.曲線運動的性質(zhì)(1)運動學角度：由于做曲線運動的物體的速度方向時刻在變化，不管速度大小是否變化，因其矢量性，物體的速度時刻在變化，所以曲線運動一定是變速運動。(2)動力學角度：曲線運動是否是勻變速運動取決于物體所受合外力的情況。合外力為恒力，物體做勻變速曲線運動；合外力為變力，物體做非勻變速曲線運動。.幾種常見的運動形式特別提醒軌跡特點加速度特點運動性質(zhì)直線加速度為零勻速直線運動加速度不變勻變速直線運動加速度變化變加速直線運動曲線加速度不變勻變速曲線運動加速度變化變加速曲線運動⑴曲線運動一定是變速運動，但是變速運動不一定是曲線運動。⑵物體的合外力為恒力時:它一定做勻變速運動，但可能是勻變速直線運動，也可能是勻變速曲線運動。II典例剖析■■典題1下列關于曲線運動的說法中正確的是（B）A.曲線運動的速度一定變化，加速度也一定變化B.曲線運動的速度一定變化，做曲線運動的物體一定有加速度C.曲線運動的速度大小可以不變，所以做曲線運動的物體不一定有加速度D.在恒力作用下，物體不可能做曲線運動速度方向

一定變化一定存在加速度思路引導：|曲線運動I。速度方向

一定變化一定存在加速度解析：做曲線運動的物體速度一定發(fā)生變化，但加速度可以不變（恒力作用），例如把物體水平拋出后，物體只受重力，加速度不變，但在空中做曲線運動，選項A、D錯誤；做曲線運動的物體，速度大小可以不變，但方向一定發(fā)生變化，由于速度是矢量，速度發(fā)生變化,一定有加速度，選項B正確，選項C錯誤。I|對點訓練■1.2020年3月8日，國際乒聯(lián)卡塔爾公開賽，女單決賽陳夢獲得冠軍。如圖所示為乒乓球在空中的運動軌跡，力、B、。為曲線上的三點，AB、隙為兩點連線，旗為夕點的切線,乒乓球在運動過程中可視為質(zhì)點，若不考慮空氣阻力的影響，則下列說法正確的是（A）A.乒乓球的運動是勻變速運動，在3點的速度沿劭方向B.乒乓球的運動是變加速運動，在6點的速度沿M方向C.乒乓球的運動是勻變速運動，在8點的速度沿比方向D.乒乓球的運動是變加速運動，在8點的速度沿力分方向解析：做曲線運動的乒乓球在運動軌跡上某點的速度方向沿曲線在該點的切線方向，因此乒乓球在8點的速度沿切方向；乒乓球運動中只受重力，根據(jù)牛頓第二定律，乒乓球的加速度為重力加速度g,故為勻變速運動，選項A正確，B、C、D錯誤。探究物體做曲線運動的條件II情境導入■（1）圖甲為拋出的石子在空中運動的部分軌跡，圖乙是水平面上鋼球在磁鐵作用下的部分運動軌跡。請畫出物體在/、B、C、〃四點的受力方向和速度方向。（不計空氣阻力）（2）物體做曲線運動的條件是什么？提示：（1）各點受力方向和速度方向如圖所示（2）物體所受合力的方向與它的速度方向不在同一直線上。II要點提煉■.物體做曲線運動的條件（1）動力學條件：合力方向與物體的速度方向不在同一直線上。（2）運動學條件：加速度方向與速度方向不在同一直線上。.無力不拐彎，拐彎必有力曲線運動的軌跡始終夾在合力方向與速度方向之間，而且向合力的方向彎曲，即合力指向軌跡的內(nèi)側(cè)。（如圖所示，水平拋出的物體的受力方向和速度方向）.物體的受力與運動性質(zhì)II典例剖析■■典題2（2021?浙江高一月考）1月20日零時25分，我國在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用長征三號乙運載火箭，成功將“天通一號03星”發(fā)射升空。衛(wèi)星順利進入預定軌道，任務獲得圓滿成功，中國航天發(fā)射迎來2021年開門紅。假設天通一號在靠近軌道沿曲線從必點到N點的飛行過程中，速度逐漸減小。在某一時刻，“天通一號03星”所受合力的方向可能是（C）思路引導：（1）曲線運動的軌跡在合力方向和速度方向之間且向力的方向彎曲。（2）合外力方向與速度方向成銳角時，物本做加速曲線運動；成鈍角時，物體做減速曲線運動。解析：由做曲線運動的物體所受合力指向曲線的內(nèi)側(cè)，且從〃點到十點的飛行過程中，速度逐漸減小，則合力與速度方向的夾角大于90。。故選C。I|對點訓練■2.（多選）球以初速度的從4點開始在光滑水平面上運動。現(xiàn)使一水平力作用在小球上，小球的運動軌跡如圖中實線所示，圖中夕為軌跡上一點，虛線是過/、8兩點并與運動軌跡相切的直線，虛線和實線將水平面劃分為圖示的5個區(qū)域。則關于該施力物體位置的判斷，下列說法中正確的是（AC）A.如果這個力是引力，則施力物體一定在④區(qū)域B.如果這個力是引力，則施力物體一定在②區(qū)域C.如果這個力是斥力，則施力物體一定在②區(qū)域D.如果這個力是斥力，則施力物體可能在①或③區(qū)域解析：小球受力沿弧線由力運動到8小球所受合外力應指向軌跡的內(nèi)側(cè)；如果這個力是引力，則施力物體一定在④區(qū)域，選項A正確，B錯誤；如果這個力是斥力，在①③⑤區(qū)域內(nèi)任取一點分別與/、5兩點相連并延長，①③⑤區(qū)域的點與從夕兩點的連線表示斥力的方向，會發(fā)現(xiàn)斥力的方向有時不指向軌跡的內(nèi)側(cè)，則施力物體不可能在①③⑤區(qū)域；而②區(qū)域的點與46兩點的連線表示斥力的方向，斥力的方向總指向軌跡的內(nèi)側(cè)，則施力物體一定在②區(qū)域；因此選項C正確，D錯誤。易錯辨析警示以題說法?釋疑解惑易錯點：不能正確理解物體做直線運動和曲線運動的條件而致錯?■案例下列幾種說法正確的是（C）A.物體受到變力作用，一定做曲線運動B.物體受到恒力作用，一定做直線運動C.物體所受的合力方向與速度方向不在同一直線上時，一定做曲線運動D.如果合力方向與速度方向在同一直線上，則物體的速度方向不改變，只是速率發(fā)生變化易錯分析：本題誤認為力變化，速度方向就變化，從而錯選A項；或認為合力方向與速度方向在同一直線上時，速度方向一定不變化而錯選D。出錯的原因是對物體做直線運動和曲線運動的條件理解不透徹。正確解答：根據(jù)牛頓第二定律分合=儂可知，力的變化會導致加速度變化，力和加速度均是矢量，包括大小和方向。無論是變化的a還是恒定的2當a的方向與r的方向在同一直線上時物體做直線運動；當a的方向和。的方向不在同一直線上時，物體做曲線運動。故選項C正確。素養(yǎng)警示判斷物體是否做曲線運動，要從兩個方面考慮（1）看有無合力。（2）看合力與速度方向之間的夾角：若夾角不是0°、180。，物體將做曲線運動。課堂達標檢測沙場點兵?名校真題（2021?四川省南充高級高一月考）如圖所示，小鐵球加以初速度的在光滑水平面上運動，后受到磁極的側(cè)向作用力而做圖示的曲線運動到達〃點，從圖可知磁極的位置及極性可能是（D）A.磁極在/位置，極性一定是N極B.磁極在8位置，極性一定是S極C.磁極在。位置，極性一定是N極D.磁極在8位置，極性無法確定解析：做曲線運動物體的軌跡一定處于合外力與速度方向之間且彎向合外力這一側(cè)，所以鐵球受到的吸引力指向弧內(nèi)側(cè)，則磁極在8位置，但極性無法確定，兩極對鐵球都有吸引力，都可以，故D正確。（2021?深州長江高一期末）翻滾過山車是大型游樂園里的一種比較刺激娛樂項目。如圖所示，翻滾過山車（可看成質(zhì)點）從高處下，過極點時速度方向如圖所示，在圓形軌道內(nèi)經(jīng)過4B、。三點。下列說法中正確的是（B）A.過4點時的速度方向沿四方向B.過夕點時的速度方向沿水平方向C.過4、。兩點時的速度方向相同D.在圓形軌道上與過〃點時速度方向相同的點在力夕段上解析：翻滾過山車經(jīng)過4B、。三點的速度方向如圖所示，由圖可判斷出B正確，AC錯誤；翻滾過山車在圓形軌道小段上的速度方向偏向左上方，不可能與過〃點時速度方向相同，D錯誤。3.（多選）（2021?河南高一開學考試）如圖所示為一個做勻變速曲線運動的質(zhì)點的軌跡示意圖，已知在8點時的速度與加速度相互垂直，則下列說法中正確的是（AD）〃點的速度比。點的速度大/點的加速度與速度的夾角小于90。/點的加速度比〃點的加速度大D