人教版(2019)高中物理必修二第五章第一节
《曲线运动》教学设计
教学目标与核心素养:
【物理观念】了解曲线运动的内涵,知道曲线运动中速度的方向,理解物体做曲线运动的条件,理解曲线运动是一种变速运动
【科学思维】通过探究的过程,让学生体会得到结论的科学方法:归纳法
【科学探究】通过实验探究过程组织学生总结出曲线运动的速度方向;并给予理论证明。
【科学态度与责任】感受到科学研究问题源于生活实践,获得的结论服务于生活实践,体会学以致用的感受
教学重难点:
重点:曲线运动中瞬时速度的方向和物体曲线运动的条件
难点:曲线运动方向和物体做曲线运动的条件的理解
教学方法:
实验探索、分析推理、视频展示、讨论法、讲解法、演示法等。
教学设计
教师行为 屏幕活动 预期学生行为
提问:请同学们看这三幅生活中的场景,注意观察物体在其中运动轨迹,他们这些轨迹有着什么共同特点? 教师要求学生在讨论区进行作答。 展示三张生活图片: 1. 飞机在天空中划过,留下的弯曲痕迹 2. 华灯初上,车水马龙 3. 月球绕地球转 看图片,思考问题
基础知识
一、曲线运动的速度方向
1.质点在某一点的速度,沿曲线在这一点的切线方向.
速度是矢量,它既有大小,又有方向.由于曲线运动中,速度的方向是变化的,所以曲线运动是变速运动.
注意:曲线运动一定是变速运动,一定有加速度,但加速度不一定变化.
3.运动的五种类型
轨迹特点 加速度特点 运动性质
直线 加速度为零 匀速直线运动
加速度不变 匀变速直线运动
加速度变化 变加速直线运动
曲线 加速度不变 匀变速曲线运动
加速度变化 变加速曲线运动
4.曲线运动性质的两种判断方法
(1)看物体的合外力.若物体的合外力为恒力,则它做匀变速曲线运动;若物体的合外力为变力,则它做非匀变速曲线运动.
(2)看物体的加速度.若物体的加速度不变,则它做匀变速曲线运动;若物体的加速度变化,则它做非匀变速曲线运动.
二、物体做曲线运动的条件
1.动力学角度看:当物体所受合力的方向与它的速度方向不在同一条直线上时,物体做曲线运动.
2.运动学角度看:物体的加速度方向与它的速度方向不在同一条直线上时,物体做曲线运动.
3.曲线运动的轨迹与速度、合力的关系
做曲线运动的物体的轨迹与速度方向相切,并向合力方向弯曲,(如图所示)夹在速度方向与合力方向之间.(总结:曲线运动的受力方向一定在轨迹的凹面方向)
4.合外力与速率变化的关系
若合力方向与速度方向的夹角为α,则:
甲 乙 丙
5.力和运动轨迹关系的两点提醒
(1)物体的运动轨迹由初速度、合外力两个因素决定,轨迹在合外力与速度之间且与速度相切.
(2)物体在恒力作用下做曲线运动时,速度的方向将越来越接近力的方向,但不会与力的方向相同.
常考知识
知识点一、曲线运动的速度方向
1.曲线运动:我们把质点运动的轨迹是曲线的运动.
2.曲线运动的速度方向:质点在某一点的速度,沿曲线在这一点的切线方向.
3.曲线运动特点:做曲线运动的质点的速度的方向时刻发生变化,即速度时刻发生变化,因此曲线运动一定是变速运动.
知识点二、物体做曲线运动的条件
1.动力学角度:当物体所受合力的方向跟它的速度方向不在同一条直线上时,物体做曲线运动。
2.运动学角度:当物体的加速度方向跟它的速度方向不在同一条直线上时,物体做曲线运动。
知识点三、曲线运动的轨迹与合力的关系
物体做曲线运动的轨迹一定夹在合力方向与速度方向之间,速度的方向与轨迹相切,合力的方向指向轨迹凹侧。
重点归纳
1.曲线运动的速度特点
曲线运动速度的特点:一是速度时刻改变;二是速度方向总是沿切线方向.
(1)曲线运动中质点在某一时刻(或某一位置)的速度方向,就是质点从该时刻(或该点)脱离曲线后自由运动的方向,也就是曲线上这一点的切线方向.
(2)速度是一个矢量,既有大小,又有方向,假如在运动过程中只有速度大小的变化,而物体的速度方向不变,则物体只能做直线运动.因此,若物体做曲线运动,表明物体的速度方向发生了变化.
2.运动的五种类型
轨迹特点 加速度特点 运动性质
直线 加速度为零 匀速直线运动
加速度不变 匀变速直线运动
加速度变化 变加速直线运动
曲线 加速度不变 匀变速曲线运动
加速度变化 变加速曲线运动
课后练
1.关于曲线运动,下面说法正确的是
A.物体运动状态时刻改变着,它一定做曲线运动
B.物体做曲线运动,它的运动状态一定在改变
C.物体做曲线运动时,它的加速度的方向始终和速度的方向一致
D.物体做曲线运动时,它的速度方向始终和所受到的合外力方向一致
2.在光滑水平桌面上,滑块以速度向右做匀速直线运动,从某时刻开始,在水平面内受到一个与速度方向垂直的恒力F作用,如图所示。此后滑块的运动轨迹可能是( )
A.直线OP B.曲线OQ C.直线OM D.曲线ON
3.一个小球正在做曲线运动,若突然撤去所有外力,它将( )
A.立即静止下来
B.仍做曲线运动
C.做匀速运动
D.做减速运动
4.关于曲线运动的速度,下面说法中正确的是( )
A.速度的大小与方向都发生变化
B.速度的大小不断发生变化,速度的方向不一定发生变化
C.质点在某一点的速度方向沿曲线上该点的切线方向
D.质点在某一点的速度方向与曲线上该点的切线方向垂直
5.一小球从a点运动到d点的轨迹如图所示,速度方向表示正确的位置是( )
A.a点 B.b点 C.c点 D.d点
6.下列说法正确的是( )
A.如果物体做曲线运动,则一定是变速运动
B.如果物体做变速运动,则一定是曲线运动
C.如果物体受到的力是变力,则一定做曲线运动
D.如果物体的速度大小和加速度大小都不变,则一定做直线运动
7.物体的速度方向、加速度方向与作用在物体上的合外力的方向的关系是( )
A.速度方向、加速度方向和合外力方向三者总是相同的
B.速度方向和合外力可以成任何夹角,但加速度方向总是与合外力方向相同
C.速度方向总是与合外力方向相同,但加速度方向可能与速度方向相同,也可能不同
D.速度方向总是与加速度方向相同,但速度方向可能与合外力方向相同,也可能不同
8.关于曲线运动,下列说法正确的是( )
A.做曲线运动的物体,速度方向与所受力方向一定相同
B.做曲线运动的物体,某一位置时的速度方向就是曲线在这一点的切线方向
C.做曲线运动的物体没有加速度
D.做曲线运动的物体加速度一定恒定不变
9.如图所示,水平地面上一物体在F1=10N,F2=2N的水平外力作用下向右做匀速直线运动,则( )
A.物体所受滑动摩擦力大小为6N
B.若撤去力F1,物体会立即向左运动
C.撤去力F1后物体继续向右运动,直到速度为零
D.撤去力F1后物体有可能做曲线运动
10.下列关于力和运动的说法中,正确的是
A.物体在恒力作用下,一定做匀加速直线运动
B.物体在恒力作用下,一定做匀变速运动
C.物体在变力作用下,不可能做直线运动
D.物体在变力作用下,一定做曲线运动
11.如图甲所示,倾角为的斜面固定在水平地面上,斜面上一木块受到与斜面底边平行的力F的作用,当力F逐渐增大时,木块所受的摩擦力f和力F的大小关系如图乙所示。若木块的最大静摩擦力等于滑动摩擦力,图中、、均为已知量,重力加速度为g,下列说法正确的是( )
A.木块的质量可表示为
B.木块与斜面间的动摩擦因数可表示为
C.F小于时木块所受的摩擦力与斜面底边垂直且沿斜面向上
D.F大于后木块做直线运动
12.下列说法中正确的是( )
A.做曲线运动的物体速度必定变化
B.速度变化的运动必定是曲线运动
C.加速度恒定的运动不可能是曲线运动
D.加速度变化的运动必定是曲线运动
答案
1.B
【解析】
物体速度方向时刻变化,它一定做曲线运动,选项A错误; 物体做曲线运动,它的速度方向一定在改变,即速度一定改变,选项B正确; 物体做曲线运动时,它的加速度的方向始终和速度的方向不共线,选项C错误; 物体做曲线运动时,它的速度方向始终和所受到的合外力方向不共线,选项D错误;故选B.
2.D
【解析】
滑块受到一个与速度方向垂直的恒力F作用,则滑块将做曲线运动,轨迹向F方向弯曲,即滑块将沿着曲线ON运动。
故选D。
3.C
【解析】
试题分析:当小球做曲线运动时,具有一定的速度,当突然撤去所有外力后,由于惯性,小球保持原来的
速度不变,做匀速直线运动,故C正确. 所以C正确,ABD错误.
考点:物体做曲线运动的条件、惯性
【点睛】本题主要考查了物体做曲线运动的条件、惯性.根据牛顿第一定律判断小球在突然撤去所有外力,物体将不受外力作用,由于惯性将保持原来的运动状态,即匀速直线运动,本题是对基本知识的考查,属于基础题.
4.C
【解析】
曲线运动物体的速度方向一定发生变化,但是大小不一定变化,例如匀速圆周运动,选项AB错误;做曲线运动的质点在某一点的速度方向沿曲线上该点的切线方向,选项C正确,D错误;故选C.
5.B
【解析】
做曲线运动的质点在某一点的速度方向是沿曲线上该点的切线方向,abcd四个点的运动的方向中,只有b点的方向正确.
故选B.
6.A
【解析】
A、如果物体做曲线运动,则物体的速度方向时刻在变,因此一定是变速运动,故A正确;
B、如果物体做变速运动,可能只是大小变化,不一定做曲线运动,故B错误;
C、如果物体受到的力是变力,若方向与运动方向在同一条直线上,可能只是做变速直线运动,不一定是曲线运动,故C错误;
D、如果物体的速度大小和加速度大小都不变,但方向有可能会变,不一定做直线运动,例如匀速圆周运动,故D错误.
7.B
【解析】
根据牛顿第二定律可知,加速度的方向总是与合力的方向相同。而速度方向可以与合外力成任何夹角,速度方向与合外力方向相反,做减速直线运动;速度方向与合外力方向相同,做加速直线运动;速度方向与合外力方向成锐角,做加速曲线运动;速度方向与合外力方向成钝角,做减速曲线运动。
故选B。
8.B
【解析】
A.物体做曲线运动的条件是合力与速度不在同一条直线上,故A错误;
B.曲线运动速度的方向与该点曲线的切线方向相同,故B正确;
C.物体做曲线运动的条件是合力与速度不在同一条直线上,因此一定存在合力,即一定有加速度,故C错误;
D.做曲线运动的物体加速度可以变也可以不变,例如平抛运动其加速度恒定不变,所以D错误。
故选B。
9.C
【解析】
A.物体受F1=10N,F2=2N以及摩擦力处于平衡,可知摩擦力的大小f=8N,方向水平向左,故A错误;
B.若撤去力F1,物体受到的摩擦力不变,则物体有向左的合力;物体做减速运动;但不会立即反向;故B错误;
C.撤去F1后,由于物体受到的合力方向向左,故物体向右做减速运动;滑动摩擦力可以认为等于最大静摩擦力,减到零后,因为F2<f,所以减速到零后不再运动;所以撤去F1后物体最终会停下;故C正确;
D.由于物体受力一直与运动方向在一条直线上;故物体不可能做曲线运动;故D错误;
故选C。
10.B
【解析】
物体在恒力作用下,可能做匀加速曲线运动,例如平抛运动,选项A错误;物体在恒力作用下,一定做匀变速运动,选项B正确;物体在变力作用下也可能做直线运动,也可能做曲线运动,选项CD错误; 故选B.
11.B
【解析】
A.将木块所受重力分解为垂直于斜面方向和沿斜面方向,分析斜面所在平面内的木块受力情况,根据平衡条件得
当F=0时,由题图乙可知
所以可求出木块的质量
故A错误;
B.当木块刚要运动时,静摩擦力达到最大,有
求出木块与斜面间的动摩擦因数
又
联立以上两式得
故B正确。
C.F小于F1时,摩擦力小于最大静摩擦力,则木块保持静止状态,故摩擦力方向与F和重力的下滑分力的合力方向相反,故不与斜面底边垂直,故C错误;
D.F大于F1后木块将运动,所受摩擦力和重力不变,但力F一直增大,所以木块所受合力方向不断变化,故木块做曲线运动,故D错误。
故选B。
12.A
【解析】
A.做曲线运动的物体速度方向必定变化,所以速度必定变化,A正确;
B.速度变化的运动不一定是曲线运动,例如自由落体运动速度大小增大,是直线运动,B错误;
C.加速度恒定的运动可能是曲线运动,例如,平抛运动的加速度恒定,C错误;
D.加速度变化的运动可能是直线运动,例如,物体静止在光滑水平面上,给物体施加一个水平的变力,物体做加速度变化的直线运动,D错误。
故选A。