物理競賽課件10：曲線運動的動力學解

THEFIRSTLESSONOFTHESCHOOLYEAR物理競賽課件10曲線運動的動力學解目CONTENTS曲線運動的基本概念曲線運動的動力學方程曲線運動的實例解析曲線運動的實驗驗證總結(jié)與思考題錄01曲線運動的基本概念曲線運動是指物體運動軌跡為曲線的運動。定義根據(jù)物體運動速度方向與軌跡曲率半徑的關(guān)系，曲線運動可分為勻速圓周運動和變速圓周運動、平拋運動、斜拋運動等。分類定義與分類描述物體運動軌跡的變化曲線運動描述了物體在空間中的位置隨時間的變化，反映了物體運動的規(guī)律和特征。揭示力的作用效果曲線運動是物體受到外力作用的結(jié)果，通過曲線運動可以揭示力的作用效果和方向。曲線運動的物理意義行星繞太陽的橢圓軌道運動、衛(wèi)星繞地球的圓周軌道運動等都是曲線運動的應(yīng)用。天體運動投擲項目車輛行駛投鉛球、擲鐵餅等投擲項目中，運動員通過助跑和手臂力量將物體投出，形成曲線運動軌跡。汽車轉(zhuǎn)彎、火車轉(zhuǎn)彎等行駛過程中，車輛會受到向心力的作用，形成曲線運動軌跡。030201曲線運動在生活中的應(yīng)用01曲線運動的動力學方程物體加速度的大小跟它受到的力成正比，跟它的質(zhì)量成反比，加速度的方向跟作用力的方向相同。在曲線運動中，物體受到的力可以分解為切向力和法向力，切向力產(chǎn)生切向加速度，法向力產(chǎn)生法向加速度。牛頓第二定律與曲線運動曲線運動中的受力分析牛頓第二定律沿曲線運動軌跡切線方向的加速度，它改變物體速度的大小。切向加速度沿曲線運動軌跡法線方向的加速度，它改變物體速度的方向。法向加速度切向與法向加速度動力學方程的推導基于牛頓第二定律和加速度的定義，通過分析曲線運動中物體的受力情況，可以得到動力學方程的一般形式。動力學方程的推導動力學方程在分析曲線運動問題時具有廣泛應(yīng)用，例如分析天體運動、拋體運動、圓周運動等復雜運動問題。通過合理設(shè)定物理模型和參數(shù)，可以求解出物體的運動軌跡、速度、加速度等物理量。動力學方程的應(yīng)用場景01曲線運動的實例解析總結(jié)詞勻速圓周運動是曲線運動中最簡單的一種，其運動軌跡為一個圓，速度大小不變，方向時刻在改變。詳細描述勻速圓周運動的速度方向始終垂直于運動軌跡的半徑，因此速度是一個矢量，具有大小和方向。在勻速圓周運動中，向心加速度的大小不變，方向始終指向圓心，是引起物體向心運動的力。勻速圓周運動總結(jié)詞拋體運動是物體在只受重力作用下的曲線運動，包括豎直上拋、豎直下拋、平拋和斜拋等多種形式。詳細描述在拋體運動中，物體具有一個初速度，這個初速度的方向決定了物體運動的軌跡。在豎直上拋和豎直下拋中，物體只受重力作用，加速度為g，方向豎直向下。在平拋和斜拋中，物體除了受重力作用外，還具有一個水平方向的初速度，因此其運動軌跡為拋物線或橢圓。拋體運動地球同步衛(wèi)星是一種特殊的人造衛(wèi)星，其運行軌道與地球自轉(zhuǎn)同步，因此相對于地面某一點的位置是固定的。總結(jié)詞地球同步衛(wèi)星的運行軌道是一個與地球赤道平面重合的圓，其周期等于地球自轉(zhuǎn)一周的時間，大約為24小時。由于地球同步衛(wèi)星的運行周期與地球自轉(zhuǎn)周期相同，因此相對于地面某一點的位置是固定的。地球同步衛(wèi)星主要用于通信、氣象觀測和導航等。詳細描述地球同步衛(wèi)星的運動01曲線運動的實驗驗證VS通過實驗驗證曲線運動的規(guī)律，探究物體在曲線運動中的受力情況。實驗原理根據(jù)牛頓第二定律，物體在曲線運動中受到的合外力與其加速度方向相同，且加速度的大小與合外力的大小成正比。通過實驗測量物體在曲線運動中的加速度和速度，可以驗證牛頓第二定律，并探究物體在曲線運動中的受力情況。實驗?zāi)康膶嶒災(zāi)康呐c原理實驗器材：滑輪、細線、重物、光電門、計時器、天平等。實驗器材與步驟實驗步驟1.將細線穿過滑輪，一端固定重物，另一端連接小車。2.將光電門固定在軌道上，調(diào)整光電門的放置位置，使其能夠準確測量小車的速度和時間。實驗器材與步驟4.重復實驗多次，以減小誤差。5.使用天平測量小車的質(zhì)量，并記錄數(shù)據(jù)。3.將小車從靜止狀態(tài)釋放，讓其在重力作用下沿著軌道做曲線運動。同時，記錄小車的速度和時間數(shù)據(jù)。實驗器材與步驟通過實驗數(shù)據(jù)，可以計算出小車在曲線運動中的加速度。根據(jù)牛頓第二定律，可以計算出小車受到的合外力。分析實驗數(shù)據(jù)，可以得出物體在曲線運動中受到的合外力與其加速度方向相同，且加速度的大小與合外力的大小成正比的結(jié)論。同時，也可以得出物體在曲線運動中受到的合外力與其質(zhì)量成正比，與其速度的平方成正比的結(jié)論。實驗結(jié)果分析01總結(jié)與思考題本節(jié)課首先介紹了曲線運動的定義，并按照運動軌跡對曲線運動進行了分類，包括平拋運動、斜拋運動、圓周運動等。曲線運動的定義與分類重點講述了如何根據(jù)牛頓第二定律建立物體在曲線運動中的動力學方程，以及如何利用這些方程求解未知量。動力學方程的建立講解了如何通過運動的合成與分解來簡化曲線運動問題，特別是平拋運動和斜拋運動的合成與分解。運動的合成與分解詳細解釋了向心加速度和切向加速度的概念及其在曲線運動中的作用。向心加速度與切向加速度本節(jié)課的重點回顧

思考題的解析與解答思考題一一個物體在恒力作用下沿著弧形軌道下滑，如何分析它的受力情況并建立動力學方程？解析首先分析物體的受力情況，受到重力和恒力作用。然后根據(jù)牛頓第二定律建立動力學方程，求解未知量。思考題二一質(zhì)點在圓周上做勻速圓周運動，如何求出它的向心加速度？向心加速度的大小為$a=frac{v^2}{r}$，其中$v$為質(zhì)點的線速度，$r$為圓周運動的半徑。解析質(zhì)點的線速度為$v=omegar$，其中$omega$為角速度。因此，向心加速度的大小為$a=frac{v^2}{r}=omega^2r$。答案一質(zhì)點沿著橢圓軌道做曲線運動，如何求出它的切向加速度？思考題三思考題的解析與解答思考題的解