人教版高中物理必修二 （曲線運動）拋體運動新課件

第五章拋體運動曲線運動

一、曲線運動的速度方向【思考】運動員投擲鏈球時,放手的時刻不同,鏈球飛出的方向不同,怎么確定鏈球在不同時刻的速度方向?提示:運動軌跡的切線方向1.曲線運動方向的特點:(1)物體做曲線運動的速度方向在_________。(2)質(zhì)點在某一點的速度方向,沿曲線在這一點的__________。2.運動性質(zhì):曲線運動是_________。不斷改變切線方向變速運動二、物體做曲線運動的條件1.2.關(guān)于物體的運動,以下描述正確的是_____。①做曲線運動的物體,速度可能不變;②做曲線運動的物體,其位移的大小可能等于物體的路程;④⑥③做曲線運動的物體其加速度一定變化;④如果物體做曲線運動,其速度方向時刻發(fā)生改變;⑤如果物體做變速運動,其運動軌跡一定是曲線;⑥如果物體做曲線運動,其加速度一定不為零。一曲線運動方向的特點1.曲線運動的速度:(1)曲線運動中物體在某時刻(或某位置)的速度方向,就是運動軌跡曲線上這一點的切線方向。(2)速度是矢量,既有大小,又有方向。物體做曲線運動時,速度大小可能變化、可能不變化,速度方向一定變化。2.曲線運動的分類:(1)勻變速曲線運動:加速度恒定的曲線運動,即物體在恒力作用下的曲線運動。(2)變加速曲線運動:加速度不斷變化的曲線運動,即物體在變力作用下的曲線運動?！舅伎肌び懻摗壳榫?“丟沙包”游戲曾經(jīng)風靡南北,是一個經(jīng)典的群體性游戲,極受孩子們歡迎。討論:(1)丟出的沙包在空中做什么運動? (模型建構(gòu))提示:曲線運動。(2)沙包運動的速度在不同時刻有什么特點?曲線運動一定是變速運動嗎? (科學(xué)思維)提示:速度方向時刻發(fā)生變化,都沿該時刻曲線的切線方向;曲線運動一定是變速運動?！镜淅痉丁考偃缭趶澋郎细咚傩旭偟馁愜?突然后輪脫離賽車,關(guān)于脫離賽車后的車輪的運動情況,以下說法正確的是 (

)A.仍然沿著賽車行駛的彎道運動B.沿著與彎道垂直的方向飛出C.沿著脫離時輪子前進的方向做直線運動,離開彎道D.上述情況都有可能【解析】選C。賽車沿彎道行駛,任一時刻賽車上任何一點的速度方向都是賽車運動的曲線軌跡上對應(yīng)點的切線方向。被甩出的后輪的速度方向就是甩出點軌跡的切線方向。選項C正確?！疽?guī)律方法】曲線運動中判斷某點速度方向的步驟(1)找出物體運動軌跡的方向。(2)確定該點的切線方向。(3)畫出帶箭頭的切線,箭頭指向為該點的速度方向。

【母題追問】1.在【典例示范】情境中,處在彎道上正常行駛的賽車,其速度的方向的特點?【解析】在彎道上正常行駛的賽車,其速度不斷變化,速度方向始終沿運動軌跡的切線方向。答案:見解析2.在【典例示范】情境中,脫離軌道的賽車為什么會沿直線運動?【解析】賽車脫離軌道時,其速度方向沿該點的切線方向,在其以后的運動過程中,由于慣性,賽車仍保持原來的運動方向,因此賽車脫離軌道后將做直線運動。答案:見解析【補償訓(xùn)練】1.下列說法正確的是 (

)A.曲線運動一定是勻速運動B.曲線運動的速度方向可能不變C.曲線運動一定是變速運動D.曲線運動的速度大小一定發(fā)生變化【解析】選C。既然是曲線運動,它的速度方向必定是改變的,所以曲線運動一定是變速運動,故A、B錯誤,C正確;曲線運動的速度大小可以不變,故D錯誤。2.如圖,籃球沿優(yōu)美的弧線穿過籃筐,圖中能正確表示籃球在相應(yīng)點速度方向的是 (

)A.v1

B.v2C.v3 D.v4【解析】選C。依據(jù)曲線運動特征可知:物體做曲線運動時,任意時刻的速度方向是曲線上該點的切線方向,所以圖中能正確表示籃球在相應(yīng)點速度方向的只有v3,故C項正確。二物體做曲線運動的條件1.物體做曲線運動的條件:(1)動力學(xué)條件:合外力與速度方向不共線是物體做曲線運動的充要條件,這包含三個方面的內(nèi)容。①速度不為零;②合外力不為零;③合外力與速度方向不共線。(2)運動學(xué)條件:加速度與速度方向不共線。2.合外力與運動軌跡的關(guān)系: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,即合力指向軌跡的凹側(cè)。3.合外力與速率的關(guān)系:(1)合外力方向與速度方向的夾角為銳角時,物體做速率越來越大的曲線運動。(2)合外力方向與速度方向的夾角始終為直角時,物體做速率不變的曲線運動。(3)合外力方向與速度方向的夾角為鈍角時,物體做速率越來越小的曲線運動。4.確定曲線運動的軌跡的方法:(1)做曲線運動的物體,運動軌跡不斷改變,其改變后的軌跡處在運動方向與合外力方向構(gòu)成的夾角之間,且偏向合外力所指的一側(cè)。(2)若物體在恒力作用下做曲線運動,物體的運動軌跡越來越接近力的方向,但不會與力的方向相同?！舅伎肌び懻摗壳榫?小球在光滑桌面上沿直線運動。討論:(1)小球在光滑桌面上的運動情況與從桌子邊緣離開后的運動情況有何不同?(物理觀念)提示:離開桌面前小球做勻速直線運動,離開桌面后小球開始做曲線運動。(2)小球的受力有何變化?與小球運動方向有何關(guān)系?(科學(xué)思維)提示:在桌面上運動時,小球受力平衡;離開桌面后,小球受到豎直向下的重力,并且重力的方向與小球的運動方向不在同一直線上?！镜淅痉丁咳鐖D所示,一質(zhì)點從M點到N點做曲線運動,當它通過P點時,其速度v和加速度a關(guān)系可能正確的是 (

)【解析】選C。速度方向沿軌跡的切線方向,加速度指向軌跡的內(nèi)側(cè),與速度方向一定不在同一條直線上,故C正確,A、B、D錯誤?！舅仞B(yǎng)訓(xùn)練】1.關(guān)于曲線運動,下列說法正確的是 (

)A.物體在恒力作用下不可能做曲線運動B.物體在變力作用下一定做曲線運動C.做曲線運動的物體,其速度大小一定變化D.做曲線運動的物體,其速度方向與合力方向一定不在同一條直線上【解析】選D。物體在恒力作用下可能做曲線運動,故A錯誤;物體在方向始終與速度共線、大小改變的力作用下做直線運動,即物體在變力作用下可能做直線運動,故B錯誤;做曲線運動的物體,其速度大小可能不變,如豎直上拋運動中,對稱的兩個位置,速度大小相同,故C錯誤;物體做曲線運動的條件是合力與速度不在同一直線上,故D正確。2.子謙同學(xué)在探究物體做曲線運動的條件時,將一條形磁鐵放在桌面的A位置,讓小鋼珠在水平桌面上以初速度v0運動,得到小鋼珠的運動軌跡。圖中a、b、c、d哪一條為其運動軌跡 (

)A.a

B.b

C.c

D.d【解析】選C。磁鐵對小鋼珠有吸引力,當磁鐵放在位置A時,小鋼珠運動過程中會受到磁鐵的吸引,小鋼珠逐漸接近磁鐵,所以其運動軌跡是c,故C項正確?！狙a償訓(xùn)練】(多選)一物體受到兩個外力的作用,沿某方向做勻速直線運動。若將其中一個力的方向旋轉(zhuǎn)90°,保持這個力的大小和另一個力不變,則物體可能做 (

)A.勻速直線運動 B.勻加速直線運動C.勻減速直線運動 D.軌跡為曲線的運動【解析】選B、C、D。旋轉(zhuǎn)后兩個力的合力與物體原來的運動的方向相同時,物體做勻加速直線運動;旋轉(zhuǎn)后兩個力的合力與物體原來的運動的方向相反時,物體做勻減速直線運動;旋轉(zhuǎn)后兩個力的合力與物體原來的運動的方向不共線時,物體的運動軌跡為曲線,由于旋轉(zhuǎn)后合力不為零,則不能做勻速直線運動,故B、C、D正確?！就卣估}】考查內(nèi)容:物體運動軌跡的判斷【典例示范】質(zhì)點在三個恒力F1、F2、F3的共同作用下保持平衡狀態(tài),若突然撤去F1,則質(zhì)點 (

)A.一定做勻變速運動B.一定做直線運動C.一定做非勻變速運動 D.一定做曲線運動【正確解答】選A。物體受到三個共點的恒力作用而處于平衡狀態(tài),當撤去恒力F1時,物體的合力與F1大小相等、方向相反,說明物體受到的合力恒定不變,加速度不變,物體做勻變速運動;在撤去F1之前,質(zhì)點保持平衡,有兩種可能:一是質(zhì)點處于靜止狀態(tài),則撤去F1之后,它一定做勻變速直線運動;二是質(zhì)點處于勻速直線運動狀態(tài),則撤去F1之后,質(zhì)點可能做直線運動(條件是F1的方向和速度方向在一條直線上),也可能做曲線運動(條件是F1的方向和速度方向不在一條直線上),故A正確,B、C、D錯誤?！菊n堂回眸】生活中的圓周運動

核心素養(yǎng)目標物理觀念失重現(xiàn)象、離心現(xiàn)象和物體做離心運動的條件?？茖W(xué)思維1.通過觀察模型了解火車車輪的特點，會分析火車轉(zhuǎn)彎時向心力的來源。2.通過對向心力公式的推導(dǎo)分析汽車過拱形橋和凹形路面的最低點時的受力、理解航天器中的失重現(xiàn)象。科學(xué)態(tài)度與責任分析生產(chǎn)、生活和航天科技中的圓周運動現(xiàn)象，培養(yǎng)學(xué)生運用概念、規(guī)律解釋現(xiàn)象和解決問題的能力，增強責任心和使命感。知識點一火車轉(zhuǎn)彎[觀圖助學(xué)]

火車轉(zhuǎn)彎時外軌與內(nèi)軌的高度一樣嗎？火車轉(zhuǎn)彎的向心力來源是什么？火車的車輪設(shè)計有什么特點？1.火車在彎道上的運動特點：火車轉(zhuǎn)彎時實際是在做____________，因而具有_______加速度，由于其質(zhì)量巨大，需要很大的向心力。2.向心力的來源 (1)如果鐵路彎道的內(nèi)外軌一樣高，火車轉(zhuǎn)彎時，外側(cè)車輪的輪緣擠壓外軌，使外軌發(fā)生______________，外軌對輪緣的________是火車轉(zhuǎn)彎所需__________的主要來源(如圖所示)。圓周運動向心彈性形變彈力向心力(2)如果在彎道處使外軌略高于內(nèi)軌(如圖所示)，火車轉(zhuǎn)彎時鐵軌對火車的支持力FN的方向不再是_________的，而是斜向_______的內(nèi)側(cè)，它與重力G的合力指向圓心，為火車轉(zhuǎn)彎提供了一部分向心力。適當選擇內(nèi)外軌的_________差，使轉(zhuǎn)彎時所需的向心力幾乎完全由重力G和支持力FN的________來提供。豎直彎道高度合力[思考判斷] (1)火車彎道的半徑很大，故火車轉(zhuǎn)彎需要的向心力很小。() (2)火車轉(zhuǎn)彎時的向心力一定是重力與鐵軌支持力的合力提供的。() (3)火車通過彎道時必須按規(guī)定速度行駛。()火車車輪的特點火車的車輪有凸出的輪緣，火車在鐵軌上運行時，車輪與鐵軌有水平與豎直兩個接觸面，這種結(jié)構(gòu)特點，主要是避免火車運行時脫軌，如圖所示?！痢痢讨R點二汽車過拱形橋[觀圖助學(xué)]同一輛汽車先后經(jīng)過凹形區(qū)域和凸形區(qū)域，在哪一區(qū)域汽車對地面的壓力更大？汽車過拱形橋與凹形路面的比較G－FNFN－G越小越大[思考判斷] (1)汽車駛過拱形橋最高點，對橋的壓力可能等于零。() (2)汽車過拱形橋或凹形路面時，向心加速度的方向都是豎直向上的。() (3)汽車駛過凹形路面最低點時，對路面的壓力一定大于重力。()拱形橋

凹形路面√×√知識點三航天器中的失重現(xiàn)象mg－FN完全失重[思考判斷] (1)繞地球運動的航天器中的物體因擺脫了地球引力而漂浮起來。() (2)繞地球做勻速圓周運動的航天器中的宇航員及所有物體均處于完全失重狀態(tài)。()×√知識點四離心運動[觀圖助學(xué)](1)摩托車賽車過彎道時為什么向內(nèi)側(cè)傾斜？車速過快容易向哪一側(cè)甩出去？(2)滑雪運動員過彎道時為什么向內(nèi)側(cè)傾斜？更容易向哪一側(cè)甩出去？(3)在游樂園里玩“魔盤”游戲的人，為什么會被拋到盤的邊緣地帶？1.定義：物體沿切線飛出或做_______________圓心的運動。2.原因：向心力突然消失或合力不足以提供______________。3.應(yīng)用：洗衣機的______________，制作無縫鋼管、水泥管道、水泥電線桿等。[思考判斷] (1)做離心運動的物體沿半徑方向遠離圓心。() (2)做圓周運動的物體突然失去向心力時沿切線方向遠離圓心。() (3)做圓周運動的物體只有突然失去向心力時才做離心運動。()逐漸遠離所需的向心力脫水筒×√×在轉(zhuǎn)彎的地方，汽車的行駛速度不允許超過限定的值，以免因為離心運動造成交通事故被雨傘甩出的雨滴做離心運動核心要點一鐵路的彎道問題1.火車車輪的特點：火車的車輪有凸出的輪緣，火車在鐵軌上運行時，車輪與鐵軌有水平與豎直兩個接觸面。這種結(jié)構(gòu)特點，主要是避免火車運行時脫軌，如圖所示。2.圓周平面的特點：彎道處外軌高于內(nèi)軌，但火車在行駛過程中，重心高度不變，即火車的重心軌跡在同一水平面內(nèi)，火車的向心加速度和向心力均沿水平面指向圓心。3.向心力的來源分析：火車速度合適時，火車受重力和支持力作用，火車轉(zhuǎn)彎所需的向心力完全由重力和支持力的合力提供，合力沿水平方向，大小F＝mgtanθ。5.軌道壓力分析 (1)當火車行駛速度v等于規(guī)定速度v0時，所需向心力僅由重力和彈力的合力提供，此時火車對內(nèi)、外軌道無擠壓作用。 (2)當火車行駛速度v與規(guī)定速度v0不相等時，火車所需向心力不再僅由重力和彈力的合力提供，此時內(nèi)、外軌道對火車輪緣有擠壓作用，具體情況如下：

①當火車行駛速度v>v0時，外軌道對輪緣有側(cè)壓力。 ②當火車行駛速度v<v0時，內(nèi)軌道對輪緣有側(cè)壓力。[試題案例][例1]

(多選)火車轉(zhuǎn)彎可近似看成是做勻速圓周運動，當火車以

通過時，內(nèi)、外軌道均不受側(cè)向擠壓，如圖?，F(xiàn)要降低火車轉(zhuǎn)彎時的

，需對鐵路進行改造，從理論上講以下措施可行的是(

)火車以規(guī)定速度通過彎道時，火車的重力和支持力的合力提供向心力。

規(guī)定速度規(guī)定速度A.減小內(nèi)、外軌的高度差 B.增加內(nèi)、外軌的高度差C.減小彎道半徑 D.增大彎道半徑解析當火車以規(guī)定速度通過彎道時，火車的重力和支持力的合力提供向心力，如圖所示：答案AC【誤區(qū)警示】

火車轉(zhuǎn)彎問題的兩點注意(1)合外力的方向：火車轉(zhuǎn)彎時，火車所受合外力沿水平方向指向圓心，而不是沿軌道斜面向下。因為火車轉(zhuǎn)彎的圓周平面是水平面，不是斜面，所以火車的向心力即合外力應(yīng)沿水平面指向圓心。(2)規(guī)定速度的唯一性：火車軌道轉(zhuǎn)彎處的規(guī)定速率一旦確定則是唯一的，火車只有按規(guī)定的速率轉(zhuǎn)彎，內(nèi)外軌才不受火車的擠壓作用。速率過大時，由重力、支持力及外軌對輪緣的彈力的合力提供向心力；速率過小時，由重力、支持力及內(nèi)軌對輪緣的彈力的合力提供向心力。解析列車轉(zhuǎn)彎時實際是在做圓周運動，若內(nèi)軌和外軌一樣高，則列車做圓周運動的向心力由外軌對輪緣的彈力提供，但由于列車質(zhì)量太大，輪緣與外軌間的彈力太大，鐵軌與車輪極易受損，可能造成翻車事故；若轉(zhuǎn)彎處內(nèi)軌高于外軌，列車在轉(zhuǎn)彎時由于自身重力和離心的原因有向外傾倒的可能；若轉(zhuǎn)彎處外軌比內(nèi)軌略高，此時列車轉(zhuǎn)彎所需的向心力可由列車的重力和鐵軌的支持力的合力提供，選項C正確。答案C[針對訓(xùn)練1]

關(guān)于鐵路轉(zhuǎn)彎處內(nèi)軌和外軌間的高度關(guān)系，下列說法中正確的是(

) A.內(nèi)軌和外軌一樣高，以防列車傾倒 B.因為列車在轉(zhuǎn)彎處有向內(nèi)傾倒的可能，故一般使內(nèi)軌高于外軌，以防列車傾倒 C.外軌比內(nèi)軌略高，這樣可以使列車順利轉(zhuǎn)彎，減少車輪與鐵軌間的擠壓 D.以上說法都不對核心要點二汽車過拱橋的分析[問題探究] (1)用兩根鐵絲彎成如圖所示的凹凸橋。把一個小球放在凹橋底部A，調(diào)節(jié)兩軌間的距離，使球剛好不掉下去，但稍加一點壓力，球就會撐開兩軌下落。讓球從斜軌滾下，當球經(jīng)過凹橋底部時，你看到了什么？ (2)把凹橋下的搭鉤扣上，并讓小球在凸橋頂端B靜止放置時，剛好能撐開兩軌下落。然后，讓小球再從斜軌滾下，當球經(jīng)過凸橋頂端時，你又看到了什么？凹凸橋?qū)嶒炑b置答案(1)球經(jīng)過凹橋底部時，從兩軌間掉了下來，對軌道的壓力大于小球的重力。(2)經(jīng)過凸橋頂端時，沒有掉下來，對軌道的壓力小于小球的重力。[探究歸納]1.汽車駛至凹形橋面的底部時，合力向上，加速度向上，處于超重，此時車對橋面的壓力最大；汽車駛至凸形橋面的頂部時，合力向下，加速度向下，處于失重，此時車對橋面的壓力最小。[試題案例][例2]

如圖所示，橋面為圓弧形的立交橋AB，橫跨在水平路面上，長為L＝160m，橋高h＝35m?？梢哉J為橋的兩端A、B與水平路面的連接處是平滑的，一輛質(zhì)量m＝2.0t的小轎車，駛過半徑R＝90m的一段

，重力加速度g＝10m/s2，則：圓弧形橋面隱含：小轎車做圓周運動。(1)若橋面為凸形，轎車以v1＝10m/s的速度通過橋面最高點時，對橋面壓力是多大？(2)若轎車通過凸形橋面頂點時，對

，則速度v2是多大？(3)若轎車

，求轎車到達水平路面時速度的大小及其方向與水平方向夾角的余弦值。隱含：在軌道的最高點只有重力提供向心力。橋面剛好沒有壓力隱含：轎車通過頂點后將做平拋運動。以問題(2)中的速度v2通過凸形橋面頂點答案(1)1.78×104N

(2)30m/s

(3)40m/s

0.75[針對訓(xùn)練2]

如圖所示，一質(zhì)量為m的汽車，以某一速度通過凸形路面的最高處時對路面的壓力為F1，通過凹形路面最低處時對路面的壓力為F2，則(

)A.F1＝mg B.F1＜mg

C.F2＝mg D.F2＜mg解析汽車過凸形路面的最高點時，設(shè)速度為v，半徑為r，豎直方向上合力提供向心力，由牛頓第二定律得得F1′＜mg，得F2′＞mg，根據(jù)牛頓第三定律得F2＝F2′＞mg，故選項C、D錯誤。答案B[針對訓(xùn)練3]

一輛運輸西瓜的小汽車(可視為質(zhì)點)，以大小為v的速度經(jīng)過一座半徑為R的拱形橋。在橋的最高點，其中一個質(zhì)量為m的西瓜A(位置如圖所示)受到周圍的西瓜對它的作用力的大小為(

)答案C核心要點三離心運動[問題探究]

公路拐彎處都設(shè)置比平直公路更低的限速，賽車場設(shè)計的車道外高內(nèi)低，請分析其中包含的物理原理？[探究歸納]

1.離心運動的實質(zhì)：離心運動是物體逐漸遠離圓心的一種物理現(xiàn)象，它的本質(zhì)是物體慣性的表現(xiàn)。做圓周運動的物體，總是有沿著圓周切線方向飛出去的傾向，之所以沒有飛出去，是因為向心力的作用。2.離心運動的條件：做圓周運動的物體，提供向心力的外力突然消失或者外力不能提供足夠大的向心力。[試題案例][例3]

如圖所