新人教版高中物理必修第二冊學案：5.1　曲線運動

新人教版高中物理必修第二冊PAGEPAGE1曲線運動核心素養(yǎng)目標物理觀念知道什么是曲線運動，理解曲線運動的速度方向，理解物體做曲線運動的條件。科學思維理解曲線運動是一種變速運動，會判斷物體是做直線運動還是曲線運動?？茖W探究研究曲線運動的速度方向，通過實驗歸納物體做曲線運動的條件?？茖W態(tài)度與責任了解生產、生活中的曲線運動。知識點一曲線運動的速度方向[觀圖助學]上面兩幅圖片中籃球的運動和過山車的運動軌跡都是曲線。它們在每一時刻的速度方向是如何變化的？1.切線：如圖所示，當B點非常非常接近A點時，這條割線就叫作曲線A點的切線。2.速度方向：質點在某一點的速度方向，沿曲線在這一點的切線方向。3.運動性質：曲線運動是變速運動。[思考討論]如圖，運動員擲鏈球時，鏈球在運動員的牽引下沿圓周做曲線運動，一旦運動員放手，鏈球立即飛出。鏈球如果要向運動員正前方的場地飛出，則運動員應在什么位置放手？答案運動員應在鏈球轉到位置1時放手，鏈球沿圓周切線方向飛出，能夠落在場地內。運動軌跡是曲線的運動叫曲線運動。質點瞬時速度的方向速度是矢量，既有大小、又有方向，只要其一變或都變即為速度變。知識點二物體做曲線運動的條件[觀圖助學]鋼球的運動軌跡偏向有磁鐵的一側在初中我們做過將在干燥的頭發(fā)上梳過的塑料梳子靠近水流的實驗，水流會被吸引而彎曲1.動力學角度：當物體所受合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。2.運動學角度：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。[思考判斷]如圖為在彎道上高速行駛的賽車，判斷下列說法是否正確。(1)賽車做曲線運動時，合力一定是變力。(×)(2)賽車做曲線運動時，合力一定不為零。(√)(3)賽車做曲線運動時，加速度一定不為零。(√),合外力與軌跡關系可概括為“無力不拐彎，拐彎必有力”。曲線運動是比直線運動更普遍的一種運動形式核心要點一對曲線運動的理解[問題探究]1.如圖甲所示，在泥濘的道路上啟動摩托車時，車輪濺起的泥漿沿什么方向飛出？如圖乙所示，轉動雨傘，傘邊緣的水滴離開傘面時沿什么方向飛出？答案泥漿沿車輪邊緣某點的切線方向飛出；水滴沿傘邊緣某點的切線方向飛出。2.為什么曲線運動一定是變速運動？變速運動一定是曲線運動嗎？答案由于曲線運動的速度方向時刻在變化，不論其速度大小是否變化，其速度一定變化，因此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，如勻變速直線運動，速度雖然變化，但軌跡是直線。[探究歸納]1.曲線運動的速度方向沿軌跡曲線的切線方向。2.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。[試題案例][例1](2019春·慈溪市期末)如圖所示，某電動車在平直公路上行駛時，安裝在車架上的車前照明燈的光束沿平直道路方向。當該車轉彎時，其前、后車輪在地面上留下了不同的曲線軌跡。此時照明光束的指向與下列哪條軌跡相切()A.前輪的軌跡B.后輪的軌跡C.前輪和后輪連線中點的軌跡D.車把手中間點的軌跡解析根據圖片結合生產常識，車前大燈照明方向與后輪前進的方向始終保持一致，故B項正確。答案B[針對訓練1]如圖所示的陀螺，是漢族民間最早的娛樂工具，也是我們很多人小時候喜歡玩的玩具。從上往下看(俯視)，若陀螺立在某一點順時針勻速轉動，此時滴一滴墨水到陀螺上，則被甩出的墨水徑跡可能是圖中的哪一個()解析陀螺的邊緣上的墨水沿切線方向飛出，所以A、B錯誤；陀螺立在某一點順時針勻速轉動，所以墨水滴的運動方向沿該點的切線方向，故C錯誤，D正確。答案D核心要點二物體做曲線運動的條件[問題探究]如圖所示，將圓弧形滑軌放在鋪了一層白紙的平滑桌面上，使其底端與桌面相切，讓鋼球從圓弧形滑軌滾下獲得一定的初速度。為便于觀察，在離開滑軌處沿鋼球運動方向用直尺在白紙上畫一直線。圖甲中將條形磁鐵沿直線放置；圖乙中將條形磁鐵放在鋼球運動路線的旁邊。甲乙(1)圖甲中鋼球從滑軌上滾下時，觀察鋼球做什么運動，鋼球的運動方向與所受磁鐵吸引力方向有什么關系？(2)圖乙中鋼球從滑軌上滾下時，觀察鋼球做什么運動，鋼球的運動方向與所受磁鐵吸引力方向有什么關系？答案(1)鋼球做加速直線運動，鋼球的運動方向與所受磁鐵吸引力方向相同。(2)鋼球做曲線運動，鋼球的運動方向與所受磁鐵吸引力方向不在同一條直線上。[探究歸納]1.物體做曲線運動的條件：物體所受合力的方向與它的速度方向不在同一直線上。根據上面的條件可知，做曲線運動的物體一定受合力作用，但合力是變力還是恒力無法確定。2.合力與軌跡的關系：物體做曲線運動時，其軌跡總偏向合力所指的一側，合力總指向運動軌跡的凹側。也可以說運動軌跡總是夾在合力方向與速度方向之間且與速度方向相切。eq\a\vs4\al([試題案例])[例2]如圖所示，高速攝像機記錄了一名擅長飛牌、射牌的魔術師的發(fā)牌過程，虛線是飛出的撲克牌的軌跡，則圖中撲克牌所受合力F與速度v關系正確的是()解析曲線運動的物體速度方向沿切線方向，而受到的合力應該指向運動軌跡彎曲的內側，由此可以判斷B、C、D錯誤，A正確。答案A[例3](2019·四川樂山高一期末)(多選)物體做曲線運動時，下列說法正確的是()A.速度一定變化B.合力一定不為零C.加速度一定變化D.合力方向與速度方向一定不在同一直線上解析既然是曲線運動，它的速度的方向必定是改變的，所以曲線運動的條件是合力與速度不共線，一定存在加速度，曲線運動的物體受到的合外力一定不為零，故A、B正確；曲線運動一定存在加速度，但加速度可以恒定，故C錯誤；物體所受的合外力和它速度方向不在同一直線上，物體就是在做曲線運動，故D正確。答案ABD[例4](多選)質量為m的物體，在F1、F2、F3三個共點力的作用下做勻速直線運動，保持F1、F2不變，僅將F3的方向改變90°(大小不變)。物體可能做()A.加速度大小為eq\f(F3,m)的勻變速直線運動B.加速度大小為eq\f(\r(2)F3,m)的勻變速直線運動C.加速度大小為eq\f(\r(2)F3,m)的勻變速曲線運動D.勻速直線運動解析物體在F1、F2、F3三個共點力作用下做勻速直線運動，三力平衡，必有F3與F1、F2的合力等大反向。當F3大小不變，方向改變90°時，F(xiàn)1、F2合力大小仍等于F3大小，方向與改變方向后的F3夾角為90°，故F合＝eq\r(2)F3，加速度a＝eq\f(F合,m)＝eq\f(\r(2)F3,m)，但因不知原速度方向，故有B、C兩種可能。答案BC方法總結判斷物體運動情況和性質的分析方法判斷物體做曲線運動還是直線運動的方法F合(或a)與v在一條直線上→直線運動F合(或a)與v不在一條直線上→曲線運動判斷物體做變速運動還是勻速運動的方法F合(或a)為0→勻速運動F合(或a)恒定→勻變速運動F合(或a)變化→非勻變速運動[針對訓練2]一個物體在力F1、F2、F3等幾個力的共同作用下，做勻速直線運動。若突然撤去力F1，則物體()A.可能做曲線運動B.不可能繼續(xù)做直線運動C.必然沿F1的方向做直線運動D.必然沿F1的反方向做勻加速直線運動解析物體做勻速直線運動的速度方向與F1的方向關系不明確，可能是相同、相反或不在同一條直線上。因此，撤去F1后物體所受合力的方向與速度v的方向關系不確定，所以只有選項A正確。答案A1.如圖所示是我國著名網球運動員李娜的精彩比賽瞬間，如果網球離開球拍后，沿圖中虛線做曲線運動，則圖中能正確表示網球在相應點速度方向的是()A.v1 B.v2C.v3 D.v4解析網球離開球拍后的運動軌跡為曲線，速度方向沿切線方向，故選項B正確。答案B2.物體做曲線運動的條件為()A.物體所受合力為恒力B.物體所受合力為變力C.物體所受合力的方向與速度方向不在同一條直線上D.物體所受合力的方向與加速