第1章 第1节 曲线运动（Word教参）-【优化指导】2024-2025学年新教材高中物理必修第二册（粤教版2019）

第一节　曲线运动 课程内容要求 核心素养提炼 1.通过实验，了解曲线运动，知道曲线运动的速度方向． 2．知道物体做曲线运动的条件． 1.物理观念：知道什么是曲线运动，理解曲线运动的速度方向，理解物体做曲线运动的条件，形成正确的物理观念． 2．科学思维：理解曲线运动是一种变速运动，会判断物体是做直线运动还是曲线运动，培养科学思维． 3．科学探究：研究曲线运动的速度方向，通过实验归纳物体做曲线运动的条件，进行科学探究． [对应学生用书P1] 运动轨迹是曲线的运动，称为曲线运动．如货物沿着弯曲的传送带前进，如水平抛出的物体的运动、绕太阳转动的地球的运动等． 1．切线：如图所示，当B点非常非常接近A点时，这条割线就叫作曲线在A点的切线． 2．速度方向：质点在某一点的速度方向，沿曲线在这一点的切线方向． 3．运动性质：曲线运动是变速运动． [思考] 下面两幅图中篮球和过山车的运动轨迹都是曲线．它们的速度方向是否变化？ 提示　篮球和过山车在运动时，它们的速度方向时刻在变化着． 1．从动力学角度：当物体所受合外力的方向与它的速度方向不在同一直线上时，物体做曲线运动． 2．从运动学角度：当加速度的方向与速度方向不在同一直线上时，物体做曲线运动． [判断] (1)曲线运动的加速度可以一直为零．(×) (2)在平衡力作用下，物体可以做曲线运动．(×) (3)在恒力作用下，物体可以做曲线运动．(√) [对应学生用书P1] 探究点一　曲线运动速度方向的特点 如图甲所示，在泥泞的道路上骑摩托车时，车轮溅起的泥浆沿什么方向飞出？如图乙所示，转动雨伞，伞边缘的雨滴离开伞面时沿什么方向飞出？ 提示　泥浆沿车轮边缘某点的切线方向飞出；雨滴沿伞边缘某点的切线方向飞出． 1．曲线运动的速度 (1)曲线运动中物体在某时刻(或某位置)的速度方向，就是运动轨迹曲线上这一点的切线方向． (2)速度是矢量，既有大小，又有方向．物体做曲线运动时，速度大小可能变化、可能不变化，速度方向一定变化． 2．曲线运动的分类 (1)匀变速曲线运动：加速度恒定的曲线运动，即物体在恒力作用下的曲线运动． (2)变加速曲线运动：加速度变化的曲线运动，即物体在变力作用下的曲线运动． 曲线运动分类实例 如图所示的陀螺是民间的娱乐工具，也是我们很多人小时候喜欢的玩具．从上往下看(俯视)，若陀螺立在某一点顺时针匀速转动，此时向陀螺上滴墨水，则被甩出的墨水径迹可能是图中的哪一个(　　) D　[陀螺的边缘上的墨水沿切线方向飞出，所以A、B错误；陀螺立在某一点顺时针匀速转动，故C错误、D正确．] [训练1]　高台跳水比赛时，运动员起跳后在空中做出各种动作，最后沿竖直方向进入水中．若此过程中运动员头部连续的运动轨迹示意图如图中虚线所示，a、b、c、d为运动轨迹上的四个点．关于运动员头部经过这四个点时的速度方向，下列说法中正确的是(　　) A．经过a、b、c、d四个点的速度方向均可能竖直向下 B．只有经过a、c两个点的速度方向可能竖直向下 C．只有经过b、d两个点的速度方向可能竖直向下 D．只有经过c点的速度方向可能竖直向下 B　[由于曲线运动的速度方向为该点轨迹的切线方向，所以在图中的a点速度方向可能竖直向下，b点的速度方向竖直向上，c点的速度方向可能竖直向下，d点的速度方向竖直向上，故B正确，A、C、D错误．] [训练2]　如图为水平桌面上的一条弯曲轨道．钢球进入轨道的M端沿轨道做曲线运动，它从出口N端离开轨道后的运动轨迹是(　　) A．a　　 B．b　　 C．c　　 D．d C　[物体做曲线运动条件是合力方向与速度方向不在同一条直线上，速度的大小可以不变，但方向时刻变化，由于外力的作用，钢球的状态不断改变，当离开末端时，由于惯性，仍保持原来运动的方向，即沿着曲线的切线方向，故C正确，A、B、D错误．] 探究点二　物体做曲线运动的条件 如图喷出的水，为什么做曲线运动？ 提示　喷出的水所受的合力(重力)与喷出的水的速度不在一条直线上． 1．物体做曲线运动的条件 (1)动力学条件：合外力与速度方向不共线． (2)运动学条件：加速度与速度方向不共线． 2．合外力与运动轨迹的关系 曲线运动的轨迹始终夹在合力方向与速度方向之间，而且向合力的方向弯曲，即合力指向轨迹的凹侧． 3．合外力与速率的关系 (1)合外力方向与速度方向的夹角为锐角时，物体做速率越来越大的曲线运动． (2)合外力方向与速度方向的夹角始终为直角时，物体做速率不变的曲线运动． (3)合外力方向与速度方向的夹角为钝角时，物体做速率越来越小的曲线运动． 曲线运动的速度改变与受力的关系 4．确定曲线运动的轨迹的方法 (1)做曲线运动的物体，运动轨迹不断改变，其改变后的轨迹处在运动方向与合外力方向构成的夹角之间，且偏向合外力所指的一侧． (2)若物体在恒力作用下做曲线运动，物体的运动轨迹越来越接近力的方向，但不会与力的方向相同． 如图为赛车弯道超车的图示，外侧的赛车在水平弯道上加速超越前面的赛车．若外侧的赛车沿曲线由M向N行驶，速度逐渐增大．如图中A、B、C、D分别画出了外侧的赛车在弯道超车时所受合力F的四种方向，你认为正确的是(　　) B　[赛车做的是曲线运动，赛车受到的合力应该指向运动轨迹弯曲的内侧，由于赛车是从M向N运动的，并且速度在增大，所以合力与赛车的速度方向的夹角要小于90°，故B正确，A、C、D错误．] [训练3]　设想如果自行车轮子没有了挡泥板，当轮子上所粘的泥巴因车轮快速转动而被甩落时，如果不考虑空气阻力的作用，下列说法正确的是(　　) A．泥巴在最初一段时间内，将做匀速直线运动 B．任何情况下被甩落，泥巴都是做曲线运动 C．泥巴离开轮子时的速度方向没有任何规律可循 D．泥巴做曲线运动的条件是所受重力与它的速度方向不在同一直线上 D　[泥巴在离开轮子的瞬间，若速度的方向竖直向上或竖直向下，则速度的方向与重力的方向相反或相同，泥巴将做直线运动，在其余的情况下泥巴速度的方向与重力的方向不在同一条直线上，所以将做曲线运动，故A、B错误，D正确；泥巴离开轮子时的速度方向与轮子的切线的方向是相同的，故C错误．] [训练4]　小文同学在探究物体做曲线运动的条件时，将一条形磁铁放在桌面的不同位置，让小钢珠在水平桌面上从同一位置以相同初速度v0运动，得到不同轨迹．如图所示，图中a、b、c、d为其中四条运动轨迹，磁铁放在位置A时，小钢珠的运动轨迹是________(填轨迹字母代号).磁铁放在位置B时，小钢珠的运动轨迹是________(填轨迹字母代号).实验表明，当物体所受合力的方向跟它的速度方向________(选填“在”或“不在”)同一直线上时，物体做曲线运动． 解析　磁铁放在位置A时，处于初速度方向所确定的直线上，则小钢珠沿直线b运动．磁铁放在位置B时，不在初速度方向所确定的直线上，根据图中磁铁位置，综合分析可知小钢珠做曲线运动且偏离原直线方向沿曲线c运动，由此得出物体所受合力的方向与它的初速度方向不在同一直线上时，物体做曲线运动． 答案　b　c　不在 [对应学生用书P3] 1．(曲线运动的概念)关于曲线运动，下列说法正确的是(　　) A．做曲线运动的物体，在一段时间内运动的路程可能为零 B．曲线运动一定是匀速运动 C．在平衡力作用下，物体可以做曲线运动 D．在恒力作用下，物体可以做曲线运动 D　[做曲线运动的物体，在一段时间内可能回到出发点，位移可以为零，但路程不可能为零，A错误；曲线运动的速度方向一定变化，所以一定是变速运动，B错误；由牛顿第一定律可知，在平衡力作用下，物体一定做匀速直线运动或处于静止状态，C错误；只要物体所受合力方向与物体速度方向不共线，物体就做曲线运动，D正确．] 2．(曲线运动的条件)老鹰在天空中飞翔，图中虚线表示老鹰在竖直平面内飞行的轨迹，关于老鹰在图示位置时的速度v及其所受合力F的方向可能正确的是(　　) B　[做曲线运动的物体的速度方向沿曲线的切线方向，故A、D错误；做曲线运动时，物体所受合力指向轨迹的内侧，故B正确，C错误．] 3．(曲线运动的理解)质量为m的物体，在F1、F2、F3三个共点力的作用下做匀速直线运动，保持F1、F2不变，仅将F3的方向改变90°(大小不变)后，物体可能做(　　) A．加速度大小为的匀变速直线运动 B．加速度大小为的匀变速直线运动 C．加速度大小为的匀变速曲线运动 D．匀速直线运动 B　[物体在F1、F2、F3三个共点力作用下做匀速直线运动，三力平衡，必有F3与F1、F2的合力等大反向，当F3大小不变，方向改变90°时，F1、F2的合力大小仍为F3，方向与改变方向后的F3夹角为90°，故F合＝F3，加速度a＝，则物体可能做加速大小为的匀变速直线运动，可能做加速度大小为的匀变速曲线运动，故B正确，A、C、D错误．] 4．(曲线运动的条件)“歼­20”战斗机列装空军作战部队，意味着中国是继美国之后世界上第二个走完第五代战斗机论证评价、设计、研发、原型机测试、定型生产、最终服役全部阶段的国家． 　　 (1)如果“歼­20”在某次飞行过程中沿曲线MN加速向上爬升，请问在飞行过程中其所受合力与速度方向夹角有何特点？ (2)在图中最能表示“歼­20”在P点的速度方向与其受到合力方向的分别为哪个？ 解析　(1)由于“歼­20”沿曲线加速爬升，所以其所受合力方向与速度方向的夹角为锐角． (2)由于速度方向与轨迹切线方向一致，所以在P点的速度方向是③；由于“歼­20”所受合力方向与速度方向的夹角为锐角，所以它所受合力应该为②. 答案　见解析 学科网（北京）股份有限公司 $$