2022-2023學年高一物理同步講義（人教 ）5.1曲線運動（教師版）

第五章拋體運動第1課曲線運動目標導航目標導航課程標準核心素養(yǎng)1.知道什么是曲線運動，會確定曲線運動中速度的方向，知道曲線運動是變速運動．2．知道物體做曲線運動的條件．1、物理觀念：曲線運動定義，勻變速曲線運動的定義。2、科學思維：推理分析物體做曲線運動的條件。3、科學探究：觀察物體做曲線運動的速度方向，總結物體做曲線運動的條件。4、科學態(tài)度與責任：分析生活中曲線運動的軌跡并能分析一些實際應用。知識精講知識精講知識點01曲線運動的速度方向1．質點在某一點的速度，沿曲線在這一點的切線方向．2．速度是矢量，它既有大小，又有方向．由于曲線運動中，速度的方向是變化的，所以曲線運動是變速運動．【即學即練1】如圖所示，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點速度方向的是()A．v1 B．v2C．v3 D．v4【答案】C【解析】速度方向沿該點的切線方向，只有選項C是正確的。知識點02物體做曲線運動的條件1．動力學角度看：當物體所受合力的方向與它的速度方向不在同一條直線上時，物體做曲線運動．2．運動學角度看：物體的加速度方向與它的速度方向不在同一條直線上時，物體做曲線運動．【即學即練2】將一條形磁鐵放在光滑水平桌面的不同位置，讓小鐵珠在水平桌面上從同一位置以相同初速度v0運動，得到不同軌跡．圖中a、b、c、d為其中四條運動軌跡，磁鐵放在位置A時，小鐵珠的運動軌跡是________(填軌跡字母代號)，磁鐵放在位置B時，小鐵珠的運動軌跡是________(填軌跡字母代號)．實驗表明，當物體所受合外力的方向跟它的速度方向________(選填“在”或“不在”)同一直線上時，物體做曲線運動．【答案】bc不在【解析】因為磁鐵對小鐵珠只能提供吸引力，磁鐵在A處時，F(xiàn)與v0同向，小鐵珠做變加速直線運動，運動軌跡為b；當磁鐵放在B處時，F(xiàn)與v0不在同一直線上，合力的方向指向軌跡的凹側，運動軌跡為c.當物體所受合外力的方向與它的速度方向不在同一直線上時，物體做曲線運動.能力拓展能力拓展考法01曲線運動的速度方向1．曲線運動的速度(1)質點在某一時刻(某一位置)速度的方向與這一時刻質點所在位置處的切線方向一致，故其速度的方向時刻改變．(2)物體做曲線運動時，速度方向一定變化，但速度的大小不一定變化．2．曲線運動的性質(1)性質：速度是矢量，由于速度方向時刻在發(fā)生變化，所以曲線運動的加速度一定不為零，是變速運動．(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，如勻變速直線運動．【典例1】如圖為一圓規(guī)在水平紙面上畫出的曲線，與筆尖經過位置P時的速度方向可能相同的是筆尖經過位置()A．1 B．2C．3 D．4【答案】A【解析】物體做曲線運動時其速度方向為該點的切線方向，故與筆尖經過位置P時的速度方向可能相同的是筆尖經過位置1時的速度方向．故選A.考法02物體做曲線運動的條件1．物體做曲線運動的條件合力方向(或加速度方向)與速度方向不共線是物體做曲線運動的充要條件．2．物體運動性質的判斷F(a)與v的方向軌跡特點加速度特點運動性質F(a)＝0直線a＝0勻速直線運動共線直線a恒定勻變速直線運動a不恒定非勻變速直線運動不共線曲線a恒定勻變速曲線運動a不恒定非勻變速曲線運動3.物體的運動軌跡與速度方向、合力方向的關系合力總是指向軌跡的凹側，軌跡夾在速度方向與合力方向之間．【典例2】質點在恒力F的作用下，由O運動到A點的軌跡如圖所示，在A點時的速度方向與x軸平行，則恒力F的方向可能沿圖示中的()A．F3的方向、F4的方向B．F1的方向、F2的方向C．F1的方向、F3的方向D．F2的方向、F4的方向【答案】A【解析】由于物體做的是曲線運動，根據(jù)物體做曲線運動的條件可知，合力與速度不在同一條直線上，同時物體的受力方向指向運動軌跡彎曲的方向，所以力不可能沿F1、F2的方向，可能沿F3、F4的方向，故A正確，B、C、D錯誤．分層提分分層提分題組A基礎過關練1．鋼球做曲線運動時，下列圖示中P點的速度v方向可能正確的是（虛線是曲線上過P點的切線）（）A． B．C． D．【答案】B【解析】鋼球做曲線運動時，鋼球過圖示中P點的速度v方向在過P點的切線上，故B正確，ACD錯誤。故選B。2．如圖所示，一質點沿曲線由a點經b點運動到c點，圖中用箭頭標出了質點經過b點時的速度方向，正確的是（）A． B．C． D．【答案】A【解析】質點沿曲線由a點經b點運動到c點，質點在某點速度方向與該點曲線的切線方向相同。故選A。3．如圖所示，一個在水平桌面上向右做直線運動的鋼球，如果在它運動路線的旁邊放一塊磁鐵，則鋼球可能的運動軌跡是（）A．軌跡① B．軌跡② C．軌跡③ D．以上都有可能【答案】A【解析】在鋼球運動路線的旁邊放一塊磁鐵，鋼球受到的合力的方向與速度方向不在同一條直線上，將做曲線運動，且軌跡偏向磁鐵一側，即可能沿軌跡①運動。故選A。4．若已知物體運動的初速度v0的方向及它受到的恒定的合力F的方向，如圖所示，則可能的軌跡是（）A． B．C． D．【答案】C【解析】物體做曲線運動時，某點的速度方向為該點的切線方向，合力方向與速度方向不在同一直線上，且指向曲線彎曲的內側，軌跡在合力與速度之間，C正確，ABD錯誤；故選C。5．各種大型的貨運站中少不了旋臂式起重機，如圖所示，該起重機的旋臂保持不動，可沿旋臂“行走”的天車有兩個功能，一是吊著貨物沿豎直方向運動，二是吊著貨物沿旋臂水平運動?，F(xiàn)天車吊著貨物正在沿水平方向向右勻速行駛，同時又啟動天車上的起吊電動機，使貨物沿豎直方向由靜止開始先加速再減速到最高點。我們站在地面上觀察到貨物運動的軌跡可能是下圖中的（）A． B．C． D．【答案】C【解析】由于貨物沿水平方向向右勻速行駛，沿豎直方向由靜止開始先加速再減速，則加速度方向先豎直向上，后豎直向下，即貨物所受外力的合力方向先豎直向上，后豎直向下，根據(jù)合力方向指向貨物運動軌跡的凹側，可知軌跡開始的凹側向上，后來的凹側向下。故選C。6．如圖所示是高速照相機連拍的自行車運動員在空中的情形，P為該運動員運動的最高點，則（）A．運動員能在空中運動是靠空氣推力維持B．運動員在空中運動的過程中，其慣性先變小后變大C．運動員做曲線運動，因其所受合力與運動方向不在同一直線上D．若運動到P點時所有外力都消失，運動員立即沿PA方向豎直下落【答案】C【解析】A．運動員能在空中運動一段距離，是由于慣性的緣故，不是靠空氣的推力維持，故A錯誤；B．運動員在空中運動的過程中，因質量不變，則其慣性不變，故B錯誤；C．力是改變物體運動狀態(tài)的原因，運動員做曲線運動說明力與運動方向不在同一直線上，故C正確；D．若運動到P點時所有外力都消失，則會沿PB方向做勻速直線運動，故D錯誤。故選C。題組B能力提升練7．關于運動和力的關系，以下說法正確的是（）A．靜止的物體受到的合外力一定為零B．運動的物體受到的合外力一定不為零C．做曲線運動的物體，速度方向時刻變化，故曲線運動不可能是勻變速運動D．物體在變力作用下一定做曲線運動【答案】A【解析】A．物體保持靜止，加速度為零，故合力為零，故A正確；B．勻速直線運動的物體受到的合外力一定為零，故B錯誤；C．曲線運動可能是勻變速運動，如平拋運動，故C錯誤；D．當物體加速度與速度在一條直線上時，物體做直線運動；所以，物體在變力作用下可能做直線運動，故D錯誤；故選A。8．利用風洞實驗室可以模擬運動員比賽時所受風阻情況，幫助運動員提高成績．為了更加直觀的研究風洞里的流場環(huán)境，可以借助煙塵輔助觀察，如圖甲所示，在某次實驗中獲得煙塵顆粒做曲線運動的軌跡，如圖乙所示，下列說法中正確的是（）A．煙塵顆粒速度始終不變B．煙塵顆粒一定做勻變速曲線運動C．P點處的加速度方向可能水平向左D．Q點處的合力方向可能豎直向下【答案】D【解析】A．煙塵顆粒做曲線運動，速度方向不斷變化，故煙塵顆粒速度不斷變化，A錯誤；B．做曲線運動的物體，所受合力總是指向軌跡凹側，由乙圖可知，煙塵顆粒受力發(fā)生變化，不可能做勻變速曲線運動，B錯誤；CD．P點處的合力（加速度）指向右上方，不可能水平向左，Q點處的合力方向可能豎直向下，C錯誤，D正確。故選D。9．如圖所示是物體做勻變速曲線運動的軌跡的示意圖。已知物體在B點的加速度方向與速度方向垂直，則下列說法正確的是（）A．物體在B點的加速度最大B．物體在C點的速率大于在B點的速率C．物體在A點的加速度比在C點的加速度大D．物體從A點到C點，加速度與速度的夾角先增大后減小，速率先減小后增大【答案】B【解析】AC．物體做勻變速曲線運動，加速度恒定，則物體在各點的加速度相同，故AC錯誤；BD．物體運動到B點時速度方向與加速度方向恰好互相垂直，結合運動軌跡可知，物體從A點運動到B點的過程中，加速度方向和速度方向的夾角大于90°，且夾角在不斷減小，物體做減速曲線運動，物體從B點運動到C點的過程中，加速度方向和速度方向的夾角小于90°，且夾角在不斷減小，物體做加速曲線運動，因此物體從A點運動到C點的過程中，加速度方向和速度方向的夾角一直在減小，物體在B點的速率最小，故B正確，D錯誤。故選B。題組C培優(yōu)拔尖練10.(多選)在光滑平面上的一運動質點以速度v通過原點O，v與x軸成α角(如圖所示)，與此同時，質點上加有沿x軸正方向的恒力Fx和沿y軸正方向的恒力Fy，則()A．因為有Fx，質點一定做曲線運動B．如果Fy>Fx，質點向y軸一側做曲線運動C．如果Fy＝Fxtanα，質點做直線運動D．如果Fy<Fxtanα，質點偏向x軸一側做曲線運動【答案】CD【解析】質點所受合外力方向與速度方向不在同一直線上時，質