第五章拋體運(yùn)動

第五章拋體運(yùn)動本章素養(yǎng)概述（情境導(dǎo)入）在我們生活的廣闊空間里，物體在做各種各樣的運(yùn)動，其中有很多是直線運(yùn)動，更普遍的則是曲線運(yùn)動。如向空中噴出的水，運(yùn)動員投出的籃球，游樂場的過山車等等，它們的運(yùn)動都是曲線運(yùn)動。那么曲線運(yùn)動有什么規(guī)律？我們?nèi)绾蝸硌芯壳€運(yùn)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(yùn)動的一種特殊情況一一平拋運(yùn)動為例，研究物體做曲線運(yùn)動的條件和規(guī)律。本章所研究的運(yùn)動形式不同于前面的直線運(yùn)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(yùn)動時(shí)力與運(yùn)動的關(guān)系。所以本章知識是牛頓運(yùn)動定律在曲線運(yùn)動形式下的具體應(yīng)用。學(xué)好本章的概念和規(guī)律，將加深對速度、加速度及其關(guān)系的理解，加深對牛頓運(yùn)動定律的理解，提高應(yīng)用牛頓運(yùn)動定律分析和解決實(shí)際問題的能力。本章內(nèi)容可劃分為三個(gè)單元：第一單元（第1節(jié)）：講述了曲線運(yùn)動的特點(diǎn)和物體做曲線運(yùn)動的條件。第二單元（第2節(jié)）：闡述了研究曲線運(yùn)動的基本方法一一運(yùn)動的合成與分解。第三單元（第3節(jié)?第4節(jié)）：通過實(shí)驗(yàn)研究了平拋運(yùn)動的特點(diǎn)和規(guī)律。本章的重點(diǎn)是平拋運(yùn)動的規(guī)律，難點(diǎn)是處理曲線運(yùn)動的基本方法一一運(yùn)動的合成與分解。（學(xué)法指導(dǎo)〕.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(yàn)，例如課本中的“飛鏢”實(shí)驗(yàn)、“做一做”“研究平拋運(yùn)動”等，經(jīng)過了深入觀察和親身體驗(yàn)后，物理知識不僅容易領(lǐng)悟而且印象深刻。.要注意物理方法的學(xué)習(xí)，例如“極限的思想”“等效思維方法”等。運(yùn)動的合成與分解是物理學(xué)中一種極其重要的等效思維方法，利用運(yùn)動的合成與分解的方法，可以把較為復(fù)雜的曲線運(yùn)動問題分解為簡單的直線運(yùn)動來解決，這是必須要掌握的。.解決問題時(shí)強(qiáng)調(diào)規(guī)范化。在物理學(xué)中，不同的問題有不同的特點(diǎn)，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(xué)方法的問題。對于所學(xué)各種拋體運(yùn)動的規(guī)律要靈活運(yùn)用，對具體問題進(jìn)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(yùn)動目標(biāo)體系構(gòu)建明確目標(biāo)?梳理脈絡(luò)【學(xué)習(xí)目標(biāo)】.知道曲線運(yùn)動的瞬時(shí)速度方向，能運(yùn)用極限思想理解瞬時(shí)速度方向，并會在軌跡圖上畫出某點(diǎn)的速度方向。.理解曲線運(yùn)動是變速運(yùn)動，知道物體做曲線運(yùn)動的條件。.會分析做曲線運(yùn)動的物體在軌跡上某位置的受力情況?！舅季S脈絡(luò)】課前預(yù)習(xí)反饋教材梳理?落實(shí)新知知識點(diǎn)1曲線運(yùn)動的速度方向.速度方向特點(diǎn)：做曲線運(yùn)動的物體，速度的方向在不斷變化。.速度方向：質(zhì)點(diǎn)在某一點(diǎn)的速度方向，沿曲線在這一點(diǎn)的方向。.曲線運(yùn)動的性質(zhì)：曲線運(yùn)動中速度的方向是變化的，所以曲線運(yùn)動是變速運(yùn)動。知識點(diǎn)2物體做曲線運(yùn)動的條件.理論分析：曲線運(yùn)動是變速運(yùn)動，速度方向時(shí)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(xué)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(yùn)動學(xué)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(yùn)動的物體，速度可能不變。（X）（2）曲線運(yùn)動一定是變速運(yùn)動，但變速運(yùn)動不一定是曲線運(yùn)動。（J）（3）做曲線運(yùn)動的物體，速率一定發(fā)生變化。（X）（4）做曲線運(yùn)動的物體的位移大小可能與路程相等。（義）（5）做曲線運(yùn)動的物體加速度一定不為零。（J）（6）做曲線運(yùn)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(xué)正在蕩秋千，他經(jīng)過最低點(diǎn)尸時(shí)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(yùn)動的速度方向沿軌跡的切線方向，則他經(jīng)過最低點(diǎn)產(chǎn)時(shí)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(yùn)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(xì)研深究?破疑解難探究對曲線運(yùn)動的理解II情境導(dǎo)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(shí)，(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(shí)沿什么方向飛出？(3)飛出后的泥漿和水滴做直線運(yùn)動還是曲線運(yùn)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(diǎn)的切線方向飛出。(2)水滴沿傘邊緣某點(diǎn)的切線方向飛出。(3)做曲線運(yùn)動，加速度不為3因?yàn)榍€運(yùn)動的速度方向時(shí)刻在變化。II要點(diǎn)提煉■.曲線運(yùn)動的速度(1)曲線運(yùn)動中質(zhì)點(diǎn)在某一時(shí)刻(或某一位置)的速度方向，就是質(zhì)點(diǎn)從該時(shí)刻(或該點(diǎn))脫離曲線后自由運(yùn)動的方向，也就是曲線上這一點(diǎn)的切線方向。(2)速度是一個(gè)矢量，既有大小，又有方向，假如在運(yùn)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(yùn)動，因此，若物體做曲線運(yùn)動，表明物體的速度方向發(fā)生了變化。.曲線運(yùn)動的性質(zhì)(1)運(yùn)動學(xué)角度：由于做曲線運(yùn)動的物體的速度方向時(shí)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(shí)刻在變化，所以曲線運(yùn)動一定是變速運(yùn)動。(2)動力學(xué)角度：曲線運(yùn)動是否是勻變速運(yùn)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(yùn)動；合外力為變力，物體做非勻變速曲線運(yùn)動。.幾種常見的運(yùn)動形式特別提醒軌跡特點(diǎn)加速度特點(diǎn)運(yùn)動性質(zhì)直線加速度為零勻速直線運(yùn)動加速度不變勻變速直線運(yùn)動加速度變化變加速直線運(yùn)動曲線加速度不變勻變速曲線運(yùn)動加速度變化變加速曲線運(yùn)動⑴曲線運(yùn)動一定是變速運(yùn)動，但是變速運(yùn)動不一定是曲線運(yùn)動。⑵物體的合外力為恒力時(shí):它一定做勻變速運(yùn)動，但可能是勻變速直線運(yùn)動，也可能是勻變速曲線運(yùn)動。II典例剖析■■典題1下列關(guān)于曲線運(yùn)動的說法中正確的是（B）A.曲線運(yùn)動的速度一定變化，加速度也一定變化B.曲線運(yùn)動的速度一定變化，做曲線運(yùn)動的物體一定有加速度C.曲線運(yùn)動的速度大小可以不變，所以做曲線運(yùn)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(yùn)動速度方向

一定變化一定存在加速度思路引導(dǎo)：|曲線運(yùn)動I。速度方向

一定變化一定存在加速度解析：做曲線運(yùn)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(yùn)動，選項(xiàng)A、D錯誤；做曲線運(yùn)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(xiàng)B正確，選項(xiàng)C錯誤。I|對點(diǎn)訓(xùn)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(yùn)動軌跡，力、B、。為曲線上的三點(diǎn)，AB、隙為兩點(diǎn)連線，旗為夕點(diǎn)的切線,乒乓球在運(yùn)動過程中可視為質(zhì)點(diǎn)，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(yùn)動是勻變速運(yùn)動，在3點(diǎn)的速度沿劭方向B.乒乓球的運(yùn)動是變加速運(yùn)動，在6點(diǎn)的速度沿M方向C.乒乓球的運(yùn)動是勻變速運(yùn)動，在8點(diǎn)的速度沿比方向D.乒乓球的運(yùn)動是變加速運(yùn)動，在8點(diǎn)的速度沿力分方向解析：做曲線運(yùn)動的乒乓球在運(yùn)動軌跡上某點(diǎn)的速度方向沿曲線在該點(diǎn)的切線方向，因此乒乓球在8點(diǎn)的速度沿切方向；乒乓球運(yùn)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(yùn)動，選項(xiàng)A正確，B、C、D錯誤。探究物體做曲線運(yùn)動的條件II情境導(dǎo)入■（1）圖甲為拋出的石子在空中運(yùn)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(yùn)動軌跡。請畫出物體在/、B、C、〃四點(diǎn)的受力方向和速度方向。（不計(jì)空氣阻力）（2）物體做曲線運(yùn)動的條件是什么？提示：（1）各點(diǎn)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(diǎn)提煉■.物體做曲線運(yùn)動的條件（1）動力學(xué)條件：合力方向與物體的速度方向不在同一直線上。（2）運(yùn)動學(xué)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(yùn)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(yùn)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(shí)25分，我國在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用長征三號乙運(yùn)載火箭，成功將“天通一號03星”發(fā)射升空。衛(wèi)星順利進(jìn)入預(yù)定軌道，任務(wù)獲得圓滿成功，中國航天發(fā)射迎來2021年開門紅。假設(shè)天通一號在靠近軌道沿曲線從必點(diǎn)到N點(diǎn)的飛行過程中，速度逐漸減小。在某一時(shí)刻，“天通一號03星”所受合力的方向可能是（C）思路引導(dǎo)：（1）曲線運(yùn)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(shí)，物本做加速曲線運(yùn)動；成鈍角時(shí)，物體做減速曲線運(yùn)動。解析：由做曲線運(yùn)動的物體所受合力指向曲線的內(nèi)側(cè)，且從〃點(diǎn)到十點(diǎn)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(diǎn)訓(xùn)練■2.（多選）球以初速度的從4點(diǎn)開始在光滑水平面上運(yùn)動?，F(xiàn)使一水平力作用在小球上，小球的運(yùn)動軌跡如圖中實(shí)線所示，圖中夕為軌跡上一點(diǎn)，虛線是過/、8兩點(diǎn)并與運(yùn)動軌跡相切的直線，虛線和實(shí)線將水平面劃分為圖示的5個(gè)區(qū)域。則關(guān)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(gè)力是引力，則施力物體一定在④區(qū)域B.如果這個(gè)力是引力，則施力物體一定在②區(qū)域C.如果這個(gè)力是斥力，則施力物體一定在②區(qū)域D.如果這個(gè)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(yùn)動到8小球所受合外力應(yīng)指向軌跡的內(nèi)側(cè)；如果這個(gè)力是引力，則施力物體一定在④區(qū)域，選項(xiàng)A正確，B錯誤；如果這個(gè)力是斥力，在①③⑤區(qū)域內(nèi)任取一點(diǎn)分別與/、5兩點(diǎn)相連并延長，①③⑤區(qū)域的點(diǎn)與從夕兩點(diǎn)的連線表示斥力的方向，會發(fā)現(xiàn)斥力的方向有時(shí)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(diǎn)與46兩點(diǎn)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(xiàng)C正確，D錯誤。易錯辨析警示以題說法?釋疑解惑易錯點(diǎn)：不能正確理解物體做直線運(yùn)動和曲線運(yùn)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(yùn)動B.物體受到恒力作用，一定做直線運(yùn)動C.物體所受的合力方向與速度方向不在同一直線上時(shí)，一定做曲線運(yùn)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(rèn)為力變化，速度方向就變化，從而錯選A項(xiàng)；或認(rèn)為合力方向與速度方向在同一直線上時(shí)，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(yùn)動和曲線運(yùn)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(dǎo)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(dāng)a的方向與r的方向在同一直線上時(shí)物體做直線運(yùn)動；當(dāng)a的方向和。的方向不在同一直線上時(shí)，物體做曲線運(yùn)動。故選項(xiàng)C正確。素養(yǎng)警示判斷物體是否做曲線運(yùn)動，要從兩個(gè)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(yùn)動。課堂達(dá)標(biāo)檢測沙場點(diǎn)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(yùn)動，后受到磁極的側(cè)向作用力而做圖示的曲線運(yùn)動到達(dá)〃點(diǎn)，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(yùn)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(xiàng)目。如圖所示，翻滾過山車（可看成質(zhì)點(diǎn)）從高處下，過極點(diǎn)時(shí)速度方向如圖所示，在圓形軌道內(nèi)經(jīng)過4B、。三點(diǎn)。下列說法中正確的是（B）A.過4點(diǎn)時(shí)的速度方向沿四方向B.過夕點(diǎn)時(shí)的速度方向沿水平方向C.過4、。兩點(diǎn)時(shí)的速度方向相同D.在圓形軌道上與過〃點(diǎn)時(shí)速度方向相同的點(diǎn)在力夕段上解析：翻滾過山車經(jīng)過4B、。三點(diǎn)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(diǎn)時(shí)速度方向相同，D錯誤。3.（多選）（2021?河南高一開學(xué)考試）如圖所示為一個(gè)做勻變速曲線運(yùn)動的質(zhì)點(diǎn)的軌跡示意圖，已知在8點(diǎn)時(shí)的速度與加速度相互垂直，則下列說法中正確的是（AD）〃點(diǎn)的速度比。點(diǎn)的速度大/點(diǎn)的加速度與速度的夾角小于90。/點(diǎn)的加速度比〃點(diǎn)的加速度大D