高中物理 第五章 曲线运动课件+素材（打包12套）新人教版必修2.rar

第五章 曲 线 运 动第一 节 曲 线 运 动一、什么是曲线运动？定义： 质点的 运动轨迹 是曲线的运动知识准备| 运动学的基本概念– 速度是矢量，既有大小又有方向。– 加速度是速度对时间的变化率，只要速度变化就有加速度。 | 动力学的基本规律– 力是改变物体运动状态的原因。– 牛顿运动定律。| 平行四边行法则|质点在某一点（时刻）的速度方向是在曲线上这一点的切线方向。一、曲 线 运 动 速度的方向| 从运动学角度看：• 曲线运动的速度方向时刻在改变，因此一定是变速运动。• 质点在某一点（时刻）的速度方向是在曲线这一点的切线方向。• 既然是变速运动，就一定有加速度。曲线运动的特点|曲 线 运 动 既然是 变 速运 动 ，就一定有加速度，就一定受到外力的作用。|从动力学角度看：z物体所受的合力方向跟它的速度方向不在同一条直线上。z根据牛顿第二定律，加速度方向跟速度方向也不在同一条直线上。物体做曲线运动的条件是：运动物体所受合力的方向跟它的运动方向不在同一直线上 二、物体做曲 线 运 动 的条件画出下列各点的速度与受力的方向画出下列各点的速度与受力的方向如图，物体在恒力 F作用下沿曲线从 A运动到 B，这时突然使它所受的力反向而保持大小不变，则在此力作用下，物体以后的运动轨迹是图中 3条虚线中的（ ）A.Bc B.BbC.Ba •ABcbaF、 a、 v 三者关系辨析F、 v共线 直线运动F恒定F变化匀变速直线运动变加速直线运动F、 v不共线 曲线运动F恒定F变化匀变速曲线运动变加速曲线运动练习一|下列关于曲线运动的说法，正确的是：|速率不变的曲线运动是没有加速度的|曲线运动一定是变速运动|变速运动事实上是曲线运动|做曲线运动的物体一定有加速度练习二| 如图所示，物体沿圆弧由 A点滑到 B点的过程中速度大小保持不变，则：|它的加速度为零|它所受外力合力为零|它做的是变速运动|它做的是匀速运动第五章 曲 线 运 动第二 节 质 点在平面内的运 动一、质点运动的描述与坐标系描述质点的直线运动，可建立一维坐标系。描述质点的曲线运动，需建立平面直角坐标系。实验现象二、演示课本图 5.2-1的实验三、蜡块的位置用平面坐标系中的坐标 x、 y表示：x=vxty=vyt四、蜡块的轨迹与位移由轨迹方程知：蜡块的轨迹是直线蜡块的位移：由蜡块同时参与的两个运动的位移合成而得五、蜡块的速度蜡块的速度由它同时参与的两个运动的速度合成而得。注意：不是代数求和，而是矢量求和。六、合运动与分运动如果物体同时参与了几个运动，那么物体实际发生的运动叫做那几个运动的合运动，那几个运动叫做这个实际运动的分运动。实际问题中，判断哪个运动是合运动、哪个运动是分运动的依据是：物体的实际运动是合运动。合运动与分运动中的物理量分运动中 ：分位移；分速度；分加速度合运动中 ：合位移；合速度；合加速度运动的合成1.定义：已知分运动求合运动叫做运动的合成（具体来说，求合运动的物理量）2.运动合成的规律例 .实验中玻璃管长 40cm，红蜡块由玻璃管的一端沿管匀速地竖直向上运动 ,同时匀速地水平移动玻璃管 ,当玻璃管水平移动了30cm时 ,红蜡块到达玻璃管的另一端 .整个运动过程所用的时间为 10s,求红蜡块运动的合速度总结：运动的合成遵守平行四边形定则运动的分解1.定义：已知合运动求分运动 （即运动合成的逆运算）2. 运动的分解遵守平行四边形定则第五章 曲线运动第三节 抛体运动的规律知识复习知识复习1.描述匀变速直线运动规律的四个基本公式 平抛运动平抛运动竖直上抛运动竖直上抛运动斜抛运动斜抛运动抛抛体体运运动动2.列举你所知道的抛体运动列举你所知道的抛体运动新课学习新课学习1.抛体的位置抛体的位置例例 1．一物体从．一物体从 O点以初速度ｖ点以初速度ｖ 0水平抛出，不计空气阻力，经过水平抛出，不计空气阻力，经过 ts 后运动到后运动到 A点点（（ 1）确定）确定 ts 时物体的位置时物体的位置 （（ 2）确定物体运动的轨迹方程（即）确定物体运动的轨迹方程（即 y与与 x之间的关系式）之间的关系式）（（ 3）求）求 ts内的位移内的位移 0yxαAxysＶ ０解解 ：（：（ 1）） 建立如图所示坐标系建立如图所示坐标系 物体做平抛运动物体做平抛运动水平方向：水平方向： X＝＝ v0t ①①竖直方向：竖直方向：位移是否能直接用位移是否能直接用 公式计算？公式计算？（（ 2）） ①① ②② 两式消去时间两式消去时间 t，得到轨迹方程，得到轨迹方程 （（ 3）） ②②求解平抛运动位移的常规思路求解平抛运动位移的常规思路平平抛抛体体运运动动位位移移分解分解竖直方向：自由落体运动竖直方向：自由落体运动水平方向：匀速直线运动水平方向：匀速直线运动化曲线运动为直线运动化曲线运动为直线运动合成合成位移位移合位移方向合位移方向合位移大小合位移大小yxαAxysＶ ０曲线运动曲线运动 直线运动直线运动分解分解曲线运动曲线运动合成合成2.抛体的速度抛体的速度例例 1．一物体从．一物体从 O点以初速度ｖ点以初速度ｖ 0水平抛出，不计空气阻，运经过水平抛出，不计空气阻，运经过ts运动到运动到 A点点（（ 3）求此时）求此时 A的速度的速度 VA? 0yxAvvyβＶ ０vx参考答案参考答案例 2．一子弹从 O点以与水平方向成 530角，大小为100m/s的初速度斜向上抛出，求 2s后物体的速度。（ sin530＝ 0.8 cos530=0.6）讨论总结：解决抛体运动的常规方法讨论总结：解决抛体运动的常规方法解决抛体运动的常规方法解决抛体运动的常规方法抛抛体体运运动动分解分解竖直方向：匀变速直线运动竖直方向：匀变速直线运动水平方向：匀速直线运动水平方向：匀速直线运动化曲线运动为直线运动化曲线运动为直线运动合成合成大小大小位移位移速度速度合合位位移移合合速速度度方向方向大小大小方向方向曲线运动曲线运动 直线运动直线运动 曲线运动曲线运动讨论题讨论题某人站在离地面某人站在离地面 h米的高地，以米的高地，以 V1、、 V2的速度水平的速度水平抛出某一物体，且抛出某一物体，且 V1V2,不计空气阻力，试判断不计空气阻力，试判断(1)以何种速度抛出的物体落地所需时间长以何种速度抛出的物体落地所需时间长(2)以何种速度抛出的物体水平位移大以何种速度抛出的物体水平位移大(3)落地速度大小由什么物理量决定落地速度大小由什么物理量决定(4)落地速度方向由什么物理量决定落地速度方向由什么物理量决定总结：总结：抛抛体体运运动动分解分解匀变速直线运动匀变速直线运动（直线运动）（直线运动） （曲线运动）（曲线运动）（曲线运动）（曲线运动）合成合成 抛抛体体运运动动利用匀变速直线利用匀变速直线运动规律求解分运动规律求解分位移、分速度位移、分速度1.在一次摩托在一次摩托 车车 跨越壕沟的表演中，摩托跨越壕沟的表演中，摩托 车车 从壕沟的一从壕沟的一 侧侧 以速以速度度 v＝＝ 40m/s沿水平方向向另一沿水平方向向另一 侧侧 ，壕沟两，壕沟两 侧侧 的高度及的高度及 宽宽 度如度如图图 所示，摩托所示，摩托 车车 可看做可看做 质质 点，不点，不 计计 空气阻力。空气阻力。（（ 1）判断摩托）判断摩托 车车 能否跨越壕沟？能否跨越壕沟？ 请计请计 算算 说说 明明（（ 2）若能跨）若能跨 过过 ，求落地速度？，求落地速度？3.5m20m2.0m课堂练习课堂练习课堂练习课堂练习2.如如 图图 所示，从所示，从 O点以点以 10m/s水平初速度水平初速度 v0抛出的物体，抛出的物体， 飞飞 行一段行一段时时 间间 后，垂直地撞在后，垂直地撞在 倾倾 角角 为为 300的斜面上的的斜面上的 A点。点。（ （ 1）物体完成）物体完成 这这 段段 飞飞 行行 时间时间 是是（ （ 2）） O点离点离 A点的距离点的距离300ＡＡＶＶ ００ＯＯ第五章 曲线运动第四节 实验：研究平抛运动思考将物体用一定的初速度沿水平方向抛出，物体将做什么样的运动呢？v0将物体用一定的初速度沿水平方向抛出，不考虑空气阻力，物体只在重力作用下所做的的运动叫做 平抛运动 。（ 1）从受力情况看：竖直向下的重力与速度方向有夹角，做曲线运动a. 水平方向不受外力作用，是匀速运动b.竖直方向受重力作用，没有初速度，是自由落体运动结论 ：平抛运 动 是 匀 变 速 曲 线 运 动 。mg v0（ 2）运动分解：• 验证竖直方向的分运动是自由落体运动；b. 验证水平方向的 分运动是 匀速直线运动；c. 验证等时性；v0v0ovyxyv)θv0v0ovyxyv))αθsXY（ 3）平抛运动的轨迹：一条抛物线例 1：一水平匀速飞行的飞机上丢下一炸弹，问在地面上的人看来，它们作什么运动？在飞行员看来，这颗炸弹作什么运动？答： （ 1） 地面上的人看到炸 弹 作平抛运 动 。因炸 弹 离开 飞 机 时 由于 惯 性具有与 飞 机 飞 行速度相同的水平初速度，且炸 弹 只在重力作用下运 动，所以是平抛运 动 。（ 2） 飞 行 员 看到炸 弹 作自由落体运 动 。因炸 弹 与飞 机具有相同的水平速度，相 对 初速度 为 零，炸弹 在重力作用下 远 离 飞 机，所以是自由落体运 动。例 2.如图，树枝上的一只松鼠看到一个猎人正用枪对准它，为了逃脱即将来临的厄运，它想让自己落到地面上逃走。但是就在它掉离树枝的瞬间子弹恰好射出枪口，问松鼠能逃脱厄运吗 ?答：不能。因子 弹 和松鼠在 竖 直方向都是自由落体运 动 ， 竖 直方向的位移 总 是相同的，所以只要在子 弹 的射程内，就一定能射中松鼠，松鼠在劫难 逃。我 闪 !!!哪里逃？这样 也能打中！将物体用一定的初速度沿水平方向抛出去，不考虑空气阻力。物体只在重力作用下的运动叫做 平抛运动 。（ 1）从受力情况看：a. 竖直的重力与速度方向有夹角，作曲线运动b. 水平方向不受外力作用，是匀速运动c. 竖直方向受重力作用，没有初速度，是自由落体运动结论 ：平抛运 动 是匀 变 速曲 线 运 动 。v0v0ovyxyv))αθsXY第五章 曲线运动第五节 圆周运动在物理学中，把质点的 运动轨迹是圆或圆弧的一部分的运动叫做圆周运动。思考与讨论自行车的轮盘，飞轮，后轮中的质点都在做圆周运动。哪些点运动得更快些？思思考考两物体均做圆周运动，怎样比较它们运动的快慢 ？比较物体在一段时间内通过的圆弧的长短比较物体在一段时间内半径转过的角度大小比较物体转过一圈所用时间的多少比较物体在一段时间内转过的圈数描描述述圆圆周周运运动动快快慢慢的的物物理理量量1、物理意义：描述质点沿圆周运动的快慢 。2、定义：质点做圆周运动通过的弧长 Δl 和所用时间 Δt 的比值叫做线速度。3、大小：4、单位： m/sv = ΔtΔl5、方向：质点在圆周某点的线速度方向沿圆周上该点的切线方向。Δl是弧长并非位移当 Δt 很小很小时（趋近零），弧长 Δl 就等于物体的位移，式中的 v ，就是直线运动中学过的瞬时速度。矢量∆lvvvo匀匀速速圆圆周周运运动动定义： 物体 沿着圆周 运动，并且 线速度的大小处处相等 ，这种运动叫做 匀速圆周运动 。率匀速圆周运动中的 “匀速 ”指速度不变吗？注意： 匀速圆周运动是一 种变加速曲线运动加速度方向在变化描描述述圆圆周周运运动动快快慢慢的的物物理理量量1、物理意义：描述质点转过圆心角的快慢。 2、定义： 质点所在的半径转过圆心角 Δθ和所用时间 Δt 的比值叫做角速度。3、大小：4、单位： rad/sω= ΔtΔθΔθΔθ采用弧度制说明：匀速圆周运动是角速度不变的运动。描描述述圆圆周周运运动动快快慢慢的的物物理理量量定义符号单位物理意义关系物体在单位时间所转过的圈数nr/s或 r/min描述物体做圆周运动的快慢 物体运动一周所用的时间物体在单位时间所转过的圈数T fs Hz或 s-1n = f = T1转速 周期 频率频率越高表明物体运转得越快！转速 n越大表明物体运动得越快！描述匀速圆周运动快慢的物理量1、线速度 单位 :m/s线速度是 矢量 ，它既有 大小 ，也有 方向2、角速度 单位 :rad/s3、转速： n 单位：转 /秒 (r/s) 或 转 /分 (r/min)4、周期 :T 单位 :s5、频率 :f 单位： Hz或 s-1匀速圆周运动是周期不变的运动！匀速圆周运动是角速度不变的运动！1、做匀速圆周运动的物体，线速度 不变，时刻在变，线速度是 (恒量或变量 ),匀速圆周运动的性质是 ,匀速的含义是 。 大小方向 变量变速曲线运动线速度的大小不变小试身手思思考考 线速度、角速度与周期的关系？设物体做半径为 r 的匀速圆周运动：v = T2πr线速度与周期的关系：角速度与周期的关系： ω= T2π思思考考 线速度与角速度的关系？设物体做半径为 r的匀速圆周运动，在 Δt内通过的弧长为 Δl ，半径转过的角度为 Δθ由数学知识得 Δl = rΔθv = = = rωΔtΔl ΔtrΔθv = rω∆lΔθr当 V一定时， ω与 r成反比当 ω一定时， V与 r成正比当 r一定时， V与 ω成正比关于 Ｖ＝ ωr的讨论：根据上面的公式，得出速度Ｖ与角速度 ω成正比，你同意这种说法吗？请说出你的理由．小结：钟表里的时针、分针、秒针的角速度之比为 _______若秒针长 0.2m，则它的针尖的线速度是 _______ 1:12:720 /150m/ sp某钟表上秒针、分针的长度比为 d1 ： d2 ＝ 1： 2， 求：A：秒针、分针转动的角速度之比是 __________B：秒针、分针尖端的线速度之比是 __________30： 160： 1自行车车轮每分钟转 120周 ,车轮半径为 35cm,则自行车前进的速度多大 ?一电动机铭牌上标明其转子转速为 1440r/min,则可知转子匀速转动时 ,周期为 ____s,角速度 ____1） 传动装置线速度的关系a、 皮带传动 － 线速度相等b、 齿轮传动 － 线速度相等同一传动各轮边缘上线速度相同两个重要的结论ABC2） 同一轮上各点的角速度关系同一轮上各点的角速度相同对自行车三轮转动的描述对自行车三轮转动的描述CBA(1)A、 B的线速度相同(2)B、 C的角速度相同(3)B、 C比 A角速度小(4)C比 A、 B线速度小1、比较图中 A、 B、 C三点线速度的的大小关系ABCBACA、 B、 C三点的线速度大小相等课堂练习思思考考 地球上的物体随着地球一起饶地轴自转。地球上不同纬度的物体的周期一样吗 ?角速度一样吗 ?线速度大小一样吗 ?O RθR'O'O RR'θO'地球半径 R=6.4×106m，地球赤道上的物体A随地球自转的周期、角速度和线速度各是多大？若 OB与 OA成 300则 B物体的 周期、角速度和线速度各是多大？课后练习第五章 曲线运动第六节 向心加速度（一）感知做 圆周运动物体加速度的方向思考：实例一：地球绕太阳做 (近似的 )匀速圆周运动．地球受到什么力的作用 ?这个力可能沿什么方向? 实例二：光滑桌面上一个小球由于细线的牵引，绕桌面上的图钉做匀速圆周运动．小球受几个力的作用 ?这几个力的合力沿什么方向？问题：• 1、加速度的定义式是什么？ • 2 、 △ V 表示什么？ △ V 是矢量还是标量？• 3、 △ V的方向怎样确定？(二 )速度变化量1．速度变化量是矢量．2．用矢量图表示速度变化量(1)作法：从同一点作出物体在一段时间的始末两个速度矢量 V1和 V2，从初速度矢量 Vl的末端作一个矢量 △ V至末速度矢量 V2的末端，所作的矢量 △ V就等于速度的变化量．(2)直线运动中的速度变化量：V1V2△ V图 4甲 图 4乙V1V2 △ V(3)曲线运动中的速度变化量：AV1BV2V2V1 △ V•用画矢量图的方法来找出匀速圆周运动的加速度方向设质点沿半径为 r的圆做匀速圆周运动，某时刻位于 A点，速度为 VA，经过时间 △ t后位于 B点，速度为 VB。．(三 )向心加速度1． 定义：做圆周运动的物体，加速度指向 圆心 叫做向心加速度。2.方向：始终指向圆心3．探究 向心加速度的大小的表达式组成的矢量三角形相似 . 用 ν表示 ν A和 ν B的大小 , 表示弦 AB 的长度 ,则有问题：从公式 看，向心加速度与半径成反比；从公式 看，向心加速度与半径成正比．这两个结论是否矛盾 ?小结 1、向心加速度 ：向心加速度是由向心力产生的加速度，向心加速度是矢量。2、向心加速度的方向：指向圆心。 3、向心加速度的大小： a=v2/r=w2r由 a= v2/r 知， 做匀速圆周运动的物体，其线速度大小一定时，向心加速度与半径成反比；由 a=w2r 知，做匀速圆周运动的物体，角速度一定时，向心加速度与半径成正比。向心加速度的方向时刻改变，是个变量。• 练习1、一物体在水平面内沿半径 R=20 cm的圆形轨道做匀速圆周运动，线速度 V=0.2m/s，那么，它的向心加速度为 ______m/s2，它的角速度为 _______ rad/s，它的周期为____s0.21 2π2、已知某骑自行车的人， 1.0min蹬了 10圈。车轮与脚蹬轮盘转数之比为 3： 1。求车轮转动的线速度的大小和加速度大小 (车轮半径为 1.0m) 解：车轮在 1.0min内转过的圈数为 30圈，即车轮的转速为： n=30/60=0.5r/s车轮的角速度： =πrad/s车轮的线速度： =πm/s车轮的加速度： =1×π 2 =π 2 m/s2 第五章 曲线运动第七节 向心力所受合外力 __________零【【 复习复习 】】◆ 什么是匀速圆周运动？◆ “匀速 ”的含义是什么？匀速圆周运动是___速 曲线运动变运动状态改变一定不等于一定具有 ______。加速度◇ 那么物体所受的 合外力 有何特点？◇ 加速度 又怎样呢？一、感受向心力阅读课本 《 观察与思考 》 ： 看看想想◆ 牵绳的手有什么感觉？◆ 如果松手，将会发生什么现象？◆ 增大或减小小物体的线速度，手的感觉有什么感觉？受到一个拉力的作用，且力的方向 ____变化不断OGNF小球受力分析： N与 G相平衡，所以合力为 FOFFFVV V结论： 物体做匀速圆周运动，合外力 指向圆心 ， 且 与 ______垂直速度 V1、向心力定义 ：做匀速圆周运动的物体所受到的 指向圆心 的 合外力 。2、特点：② 向心力的作用： 只改变线速度的方向 （或产生向心加速度）① 方向 时刻发生变化 （始终指向圆心且与速度方向垂直）③ 向心力是根据力的作用 效果 来 命名 的，它不是具有确定性质的某种力。④ 向心力通常由重力、弹力、摩擦力中的 某一个力 ，或 几个力的合力所提供。图 2例：下列物体做匀速圆周运动时，向心力分别由什么力提供？ ① 、人造地球卫星绕地球运动时； 万有引力② 小球在光滑的水平桌面上运动； (如图 1)③ 小球在水平面内运动； (如图 2)图 1细绳的拉力小球重力和绳拉力的合力例：下列物体做匀速圆周运动时，向心力分别由什么力提供？ ④ 玻璃球沿碗 (透明 )的内壁在水平面内运动； (如图3)(不计摩擦 )⑤ 使转台匀速转动，转台上的物体也随之做匀速圆周运动，转台与物体间没有相对滑动。 (如图 4)图 3 图 4小球重力和内壁支持力的合力台面的静摩擦力〖 实验与探究 〗猜想：向心力大小可能与 __________________________有关质量、 半径、角速度等实验：完成课本实验实验方法： 控制变量法m、 ω不变， r越大， F越 ____m、 r不变， ω越大， F越 ____r、 ω不变， m越大， F越 ____大大大〖 结论 〗向心力的大小 F与物体质量 m、圆周半径 r和角速度 ω都有关系：公式： F＝ m rω2根据 推导向心力的另一表达式：例 1：一个做匀速圆周运动的物体，如果保持半径不变，使每秒转速增加到原来的 2倍所需向心力就比原来大 3N，则物体原来的向心力为多大？1N例 2： A、 B两球都做匀速圆周运动， A球质量为 B球的 3倍， A球在半径 25cm的圆周上运动， B球在半径 16cm的圆周上运动， A球转速为 30r/min， B球转速为 75r/min，求 A球所受向心力与 B球所受向心力之比。解：〖 讨论与交流 〗如图，取一条细绳，一端系一个小球，另一端用手挥动细绳，使小球做匀速圆周运动，小球受几个力的作用？可以说小球受到重力、绳的拉力和向心力三个力的作用吗？为什么？不可以 说小球受到重力、绳的拉力和向心力三个力的作用。因为向心力是根据力的作用效果来命名的一种力，通常由重力、弹力、摩擦力中的 某一个力 ，或 几个力的合力 所提供。所以小球只受 两个力 ，重力和绳的拉力mgT第五章 曲线运动第八节 生活中的圆周运动一、火车转弯外轨外轮内轮内轨点击下图看视屏1、 内外轨道一样高时：F向心力 F 由外侧轨道对外轮 的压力提供2、当外轨略高于内轨时：F火车的向心力：由 mg和 FN 的合力提供 mgFN火车的力：竖直 向下的重力 mg垂直轨道面的支持力 FNＦ１赛车转弯例、质量为 m 的汽车以恒定的速率 v 通过半径为 r的拱桥，如图所示，求汽车在桥顶时对路面的压力是多大？二、拱型桥h例、质量为 m 的汽车以恒定的速率 v通过半径为 r的拱桥，如图所示，求汽车在桥顶时对路面的压力是多大？解：汽车通过桥顶时，受力情况如图：汽车通过桥顶时：mgFNFN’由牛顿第二定律：由牛顿第三定律： Or注意： 汽车过拱型桥的速度不宜过大 ,否则 FN’将消失 ,汽车将飞离桥面。你见过 凹形 的桥吗？泸定桥h由牛顿第二定律：GFN’FN拓展 : 汽车以恒定的速率 v通过半径为 r的凹型桥面，如图所示，求汽车在最低点时对桥面的压力是多大？解：汽车通过底部时，受力情况如图：注意： 汽车过凹形桥的速度不宜过大 ,否则 FN’过大 ,汽车可能压坏凹型桥或者爆胎。r拱型桥：凹型桥：无论过拱型桥还是凹型桥，都应当减速行驶。mgFN根据牛顿第二定律：三、航天器中的失重现象地球可以看作一个巨大的拱型桥，其半径就是地球半径 R（ R=6400km）， 若汽车不断加速，则地面对它的支持力就会变小，汽车速度多大时，支持力会变成 零 ？此时司机处于 完全失重状态。四、离心运动生活中有很多运动都可以看作圆周运动，解决这类问题的关键就是（ 1）明确对象，找出圆周平面，确定圆心和半径；（ 2）进行受力分析，画出受力分析图 ;（ 3）求出在半径方向的合力，即向心力；（ 4）用牛顿第二定律 结合匀速圆周运动的特点列方程求解。处理圆周运动问题的一般步骤：选准研究对象进行 受力分析 。小结：