2022-2023学年高中物理 人教版2019必修第二册 同步教案 课时5.1 曲线运动
文档属性
| 名称 | 2022-2023学年高中物理 人教版2019必修第二册 同步教案 课时5.1 曲线运动 |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 331.4KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2023-03-18 20:02:50 | ||
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文档简介
第五章 抛体运动
课时5.1 曲线运动
通过观察，知道什么是曲线运动。
会确定曲线运动速度的方向，知道曲线运动是一种变速运动。
知道物体做曲线运动的条件，能运用牛顿运动定律分析讨论物体做曲线运动的条件。
掌握速度方向、合力方向及轨迹弯曲情况之间的关系。
一、曲线运动的速度方向
1.曲线运动
轨迹是曲线的运动称为曲线运动。
2.速度方向
(1)做曲线运动的物体，其速度方向在不断变化 ，所以曲线运动是变速运动。物体做曲线运动时，其加速度不为零，合外力不为零。
(2)质点在某一点的速度方向，沿曲线在这一点的切线方向，如图所示。
3.对曲线运动速度方向的分析
如图所示曲线是某一质点的运动轨迹，分析曲线运动中一段时间内的平均速度。
若质点在一段时间内从B点运动到A点，则平均速度的方向由B点指向A点；当选取的时间Δt越来越小时，平均速度方向逐渐向曲线在A点的切线方向靠近；当时间Δt足够小时，割线的方向就是该点的切线方向，即质点在某一点的瞬时速度方向沿曲线在该点的切线方向。
易错警示：
(1)若质点从A点沿曲线运动到B点，则它经过A点时的速度方向为图中的v1方向；
(2)若质点从B点沿曲线运动到A点，则它经过A点时的速度方向为图中的v2方向。
二、物体做曲线运动的条件
动力学条件 物体所受合力方向与它的速度方向不在同一直线上
运动学条件 物体的加速度方向与速度方向不在同一直线上
易错提醒：物体是否做曲线运动，与其受到的合力大小是否变化无关。
基础过关练
题组一 曲线运动的速度方向
1.(2022江苏淮安期末)某质点沿光滑水平面在水平恒力F作用下，从A点运动到B点，轨迹如图所示。若经过B点时，力F突然撤去，则它从B点开始可能沿图中的哪条虚线运动 ( )
A.a
B.b
C.c
D.d
2.(2021北京丰台期末)排球是大家很熟悉的一项体育运动。在国际赛事中，中国女排姑娘们凭借团结协作、顽强拼搏的女排精神创造了一个又一个辉煌，极大地激发了中国人的自豪、自尊和自信。如图所示，在排球场上发球运动员将排球斜向上击出，排球运动一段时间后落至A点。已知排球在空中运动轨迹的最高点为O点，排球可视为质点。关于排球运动过程中的速度方向和受力方向，下列图中正确的是 ( )
题组二 物体做曲线运动的特点及条件
3.(2022江苏泰州中学期末)关于曲线运动，下列说法正确的是 ( )
A.曲线运动不一定是变速运动
B.速度的大小和方向一定都在不断变化
C.物体的加速度可能变化，也可能不变化
D.物体所受合力一定不为零，其大小和方向一定都在不断变化
4.(2022江苏盐城质检)取一根稍长的细杆，一端固定一枚小铁钉，另一端用羽毛做成尾翼，这样就得到了一个能够显示曲线运动速度方向的“飞镖”。在空旷处，某人将飞镖水平掷出，落至地面插入泥土，运动轨迹如图所示(不计空气阻力)。下列说法正确的是 ( )
A.飞镖在空中飞行时速度方向与合力方向相同
B.飞镖在空中飞行时速度方向与合力方向相反
C.飞镖插入泥土的方向就是飞镖落地时的速度方向
D.飞镖插入泥土的方向就是飞镖落地时的合力方向
5.(2022江苏宿迁沭阳修远中学测试)翻滚过山车是大型游乐园里比较刺激的一种娱乐项目。如图所示，过山车(可看成质点)从高处冲下，过M点时速度方向如图所示，在圆形轨道内经过A、B、C三点。下列说法正确的是 ( )
A.过山车做匀速运动
B.过山车做变速运动
C.过山车受到的合力等于零
D.过山车经过A、C两点时的速度相同
能力提升练
题组一 物体做曲线运动的条件
1.(2021江苏扬州中学测试)如图所示，高速摄像机记录了一名擅长飞牌、射牌的魔术师的发牌过程，虚线是飞出的扑克牌的轨迹，则图中扑克牌所受合外力F与速度v关系正确的是 ( )
2.(2022福建三明宁化六中期中)如图所示，一质点在恒力作用下做曲线运动，从M点运动到N点的过程中，质点的速度方向恰好改变了90°，则 ( )
A.质点在M点受到的合力方向水平向右
B.质点在N点受到的合力方向竖直向下
C.质点在M点和N点的速率相等
D.质点从M点到N点做匀变速曲线运动
3.(2022重庆南开中学期末)如图所示，物体仅在四个恒力F1、F2、F3和F4作用下以速率v0向右做匀速直线运动。若撤去其中某个力(其他三个力保持不变)，经一段时间t又恢复该作用力，物体恰能恢复到原速率v0。则撤去的这个力是 ( )
A.F1 B.F2 C.F3 D.F4
题组二 物体做曲线运动时，速度方向与合力方向及轨迹的联系
4.(2022湖北武汉期末)运动员出色表现的背后，不仅有自身的努力付出，也有科技的加持。利用风洞实验室为运动装备风阻性能测试和运动姿态风阻优化在我国已大量运用在各类比赛项目中，帮助运动员提高成绩。为了更加直观地研究风洞里的流场环境，我们可以借助丝带和点燃的烟线辅助观察，如图甲所示。在某次实验中获得一重力可忽略不计的烟尘颗粒做曲线运动的轨迹，如图乙所示，下列说法中正确的是 ( )
甲 乙
A.烟尘颗粒速度始终不变
B.烟尘颗粒一定做匀变速曲线运动
C.P点处的加速度方向可能水平向左
D.Q点处的合力方向可能竖直向下
5.(2022江苏常州二中测试)如图所示为质点做匀变速曲线运动的轨迹，且质点运动到D点(最低点)时速度方向与加速度方向恰好互相垂直，则质点从A点运动到E点的过程中，下列说法中正确的是 ( )
A.质点经过C点时的速率比经过D点时的大
B.质点经过A点时的加速度方向与速度方向的夹角小于90°
C.质点经过D点时的加速度比经过B点时的大
D.质点从B到E的过程中加速度方向与速度方向的夹角先增大后减小
答案全解全析
基础过关练
1.B 由于曲线运动的速度方向总是沿轨迹的切线方向，质点运动到B点时的速度方向沿b虚线方向，力F突然撤去，由于惯性，质点将沿图中的b虚线做匀速直线运动，B正确。
2.A 排球做曲线运动，速度方向沿轨迹的切线方向，A正确，B错误；排球只受重力作用，方向竖直向下，故C、D错误。选A。
3.C 曲线运动的速度方向必定是改变的，所以曲线运动一定是变速运动，但速度大小可能不变，故A、B错误；物体做曲线运动的条件是合力方向与速度方向不在同一条直线上，合外力不一定变化，则加速度不一定变化，如做平抛运动的物体受到的合外力始终等于重力，加速度始终等于重力加速度(第3节具体学习)，故C正确，故D错误。
4.C 飞镖在空中飞行时做曲线运动，则速度方向与合力方向不共线，选项A、B错误；飞镖插入泥土的方向就是飞镖落地时的速度方向，飞镖只受重力作用，合力方向始终竖直向下，选项C正确，D错误。
5.B 过山车的速度方向沿轨道的切线方向，速度方向时刻在变化，所以过山车做变速运动，A错误，B正确；过山车的速度是变化的，则加速度不为零，由牛顿第二定律可知其所受合力不为零，故C错误；过山车经过A、C两点时速度方向不同，故速度不同，D错误。
能力提升练
1.A 做曲线运动的物体的速度方向沿轨迹的切线方向，合力指向轨迹的凹侧，由此可以判断A正确。
2.D 质点在恒力作用下沿曲线从M点运动到N点，加速度大小、方向都不变，质点做匀变速曲线运动，在M点和N点的速率不一定相等，C错误，D正确。质点做曲线运动的条件是合力方向与速度方向不在同一直线上，质点从M点运动到N点速度方向恰好改变了90°，可以判断恒力方向应向右下方，与初速度方向的夹角要大于90°且小于180°，A、B错误。选D。
3.B 假设撤去F1，其他三个力的合力方向与原F1方向相反，与速度方向垂直，物体做匀加速曲线运动，恢复F1后，再做匀速直线运动，速率比v0大，A不符合题意；假设撤去F2，其他三个力的合力方向与原F2方向相反，物体的合外力和速度方向的夹角先为钝角，后有可能变为锐角，速率有可能先减小后增大，在某时刻达到v0，恢复F2后，做匀速直线运动，B符合题意；假设撤去F3，其他三个力的合力方向与速度方向的夹角为锐角，速率增大，恢复F3后，做匀速直线运动，速率比v0大，C不符合题意；假设撤去F4，物体做匀加速直线运动，恢复F4后，做匀速直线运动，速率比v0大，D不符合题意。
4.D 烟尘颗粒做曲线运动的速度方向在变化，其速度不可能始终不变，A错误；由于曲线运动的合外力指向轨迹凹侧，可知烟尘颗粒所受的力在变化，故不可能是匀变速曲线运动，B错误；曲线运动的合外力指向轨迹凹侧，故P点处的加速度方向不可能水平向左，故C错误；由曲线运动的合外力指向轨迹凹侧知Q点处的合力方向可能竖直向下，故D正确。
5.A 由于质点做匀变速曲线运动，则加速度恒定不变，合外力恒定不变，所以质点经过D点时的加速度与经过B点时的相同，故C错误。质点运动到D点时速度方向与加速度方向恰好互相垂直，即质点在D点的速度方向与合外力方向垂直；由于曲线运动的速度方向沿轨迹的切线方向，合外力指向轨迹的凹侧，故合外力竖直向上；质点由A到D过程中，速度方向与合外力方向夹角均大于90°，则质点速率减小，所以经过C点的速率比经过D点的速率大，选项A正确，B错误。质点从B到E的过程中，加速度的方向始终竖直向上，速度方向沿轨迹的切线方向，可知加速度方向与速度方向的夹角一直减小，故D错误。
课时5.1 曲线运动
通过观察，知道什么是曲线运动。
会确定曲线运动速度的方向，知道曲线运动是一种变速运动。
知道物体做曲线运动的条件，能运用牛顿运动定律分析讨论物体做曲线运动的条件。
掌握速度方向、合力方向及轨迹弯曲情况之间的关系。
一、曲线运动的速度方向
1.曲线运动
轨迹是曲线的运动称为曲线运动。
2.速度方向
(1)做曲线运动的物体，其速度方向在不断变化 ，所以曲线运动是变速运动。物体做曲线运动时，其加速度不为零，合外力不为零。
(2)质点在某一点的速度方向，沿曲线在这一点的切线方向，如图所示。
3.对曲线运动速度方向的分析
如图所示曲线是某一质点的运动轨迹，分析曲线运动中一段时间内的平均速度。
若质点在一段时间内从B点运动到A点，则平均速度的方向由B点指向A点；当选取的时间Δt越来越小时，平均速度方向逐渐向曲线在A点的切线方向靠近；当时间Δt足够小时，割线的方向就是该点的切线方向，即质点在某一点的瞬时速度方向沿曲线在该点的切线方向。
易错警示：
(1)若质点从A点沿曲线运动到B点，则它经过A点时的速度方向为图中的v1方向；
(2)若质点从B点沿曲线运动到A点，则它经过A点时的速度方向为图中的v2方向。
二、物体做曲线运动的条件
动力学条件 物体所受合力方向与它的速度方向不在同一直线上
运动学条件 物体的加速度方向与速度方向不在同一直线上
易错提醒：物体是否做曲线运动，与其受到的合力大小是否变化无关。
基础过关练
题组一 曲线运动的速度方向
1.(2022江苏淮安期末)某质点沿光滑水平面在水平恒力F作用下，从A点运动到B点，轨迹如图所示。若经过B点时，力F突然撤去，则它从B点开始可能沿图中的哪条虚线运动 ( )
A.a
B.b
C.c
D.d
2.(2021北京丰台期末)排球是大家很熟悉的一项体育运动。在国际赛事中，中国女排姑娘们凭借团结协作、顽强拼搏的女排精神创造了一个又一个辉煌，极大地激发了中国人的自豪、自尊和自信。如图所示，在排球场上发球运动员将排球斜向上击出，排球运动一段时间后落至A点。已知排球在空中运动轨迹的最高点为O点，排球可视为质点。关于排球运动过程中的速度方向和受力方向，下列图中正确的是 ( )
题组二 物体做曲线运动的特点及条件
3.(2022江苏泰州中学期末)关于曲线运动，下列说法正确的是 ( )
A.曲线运动不一定是变速运动
B.速度的大小和方向一定都在不断变化
C.物体的加速度可能变化，也可能不变化
D.物体所受合力一定不为零，其大小和方向一定都在不断变化
4.(2022江苏盐城质检)取一根稍长的细杆，一端固定一枚小铁钉，另一端用羽毛做成尾翼，这样就得到了一个能够显示曲线运动速度方向的“飞镖”。在空旷处，某人将飞镖水平掷出，落至地面插入泥土，运动轨迹如图所示(不计空气阻力)。下列说法正确的是 ( )
A.飞镖在空中飞行时速度方向与合力方向相同
B.飞镖在空中飞行时速度方向与合力方向相反
C.飞镖插入泥土的方向就是飞镖落地时的速度方向
D.飞镖插入泥土的方向就是飞镖落地时的合力方向
5.(2022江苏宿迁沭阳修远中学测试)翻滚过山车是大型游乐园里比较刺激的一种娱乐项目。如图所示，过山车(可看成质点)从高处冲下，过M点时速度方向如图所示，在圆形轨道内经过A、B、C三点。下列说法正确的是 ( )
A.过山车做匀速运动
B.过山车做变速运动
C.过山车受到的合力等于零
D.过山车经过A、C两点时的速度相同
能力提升练
题组一 物体做曲线运动的条件
1.(2021江苏扬州中学测试)如图所示，高速摄像机记录了一名擅长飞牌、射牌的魔术师的发牌过程，虚线是飞出的扑克牌的轨迹，则图中扑克牌所受合外力F与速度v关系正确的是 ( )
2.(2022福建三明宁化六中期中)如图所示，一质点在恒力作用下做曲线运动，从M点运动到N点的过程中，质点的速度方向恰好改变了90°，则 ( )
A.质点在M点受到的合力方向水平向右
B.质点在N点受到的合力方向竖直向下
C.质点在M点和N点的速率相等
D.质点从M点到N点做匀变速曲线运动
3.(2022重庆南开中学期末)如图所示，物体仅在四个恒力F1、F2、F3和F4作用下以速率v0向右做匀速直线运动。若撤去其中某个力(其他三个力保持不变)，经一段时间t又恢复该作用力，物体恰能恢复到原速率v0。则撤去的这个力是 ( )
A.F1 B.F2 C.F3 D.F4
题组二 物体做曲线运动时，速度方向与合力方向及轨迹的联系
4.(2022湖北武汉期末)运动员出色表现的背后，不仅有自身的努力付出，也有科技的加持。利用风洞实验室为运动装备风阻性能测试和运动姿态风阻优化在我国已大量运用在各类比赛项目中，帮助运动员提高成绩。为了更加直观地研究风洞里的流场环境，我们可以借助丝带和点燃的烟线辅助观察，如图甲所示。在某次实验中获得一重力可忽略不计的烟尘颗粒做曲线运动的轨迹，如图乙所示，下列说法中正确的是 ( )
甲 乙
A.烟尘颗粒速度始终不变
B.烟尘颗粒一定做匀变速曲线运动
C.P点处的加速度方向可能水平向左
D.Q点处的合力方向可能竖直向下
5.(2022江苏常州二中测试)如图所示为质点做匀变速曲线运动的轨迹，且质点运动到D点(最低点)时速度方向与加速度方向恰好互相垂直，则质点从A点运动到E点的过程中，下列说法中正确的是 ( )
A.质点经过C点时的速率比经过D点时的大
B.质点经过A点时的加速度方向与速度方向的夹角小于90°
C.质点经过D点时的加速度比经过B点时的大
D.质点从B到E的过程中加速度方向与速度方向的夹角先增大后减小
答案全解全析
基础过关练
1.B 由于曲线运动的速度方向总是沿轨迹的切线方向，质点运动到B点时的速度方向沿b虚线方向，力F突然撤去，由于惯性，质点将沿图中的b虚线做匀速直线运动，B正确。
2.A 排球做曲线运动，速度方向沿轨迹的切线方向，A正确，B错误；排球只受重力作用，方向竖直向下，故C、D错误。选A。
3.C 曲线运动的速度方向必定是改变的，所以曲线运动一定是变速运动，但速度大小可能不变，故A、B错误；物体做曲线运动的条件是合力方向与速度方向不在同一条直线上，合外力不一定变化，则加速度不一定变化，如做平抛运动的物体受到的合外力始终等于重力，加速度始终等于重力加速度(第3节具体学习)，故C正确，故D错误。
4.C 飞镖在空中飞行时做曲线运动，则速度方向与合力方向不共线，选项A、B错误；飞镖插入泥土的方向就是飞镖落地时的速度方向，飞镖只受重力作用，合力方向始终竖直向下，选项C正确，D错误。
5.B 过山车的速度方向沿轨道的切线方向，速度方向时刻在变化，所以过山车做变速运动，A错误，B正确；过山车的速度是变化的，则加速度不为零，由牛顿第二定律可知其所受合力不为零，故C错误；过山车经过A、C两点时速度方向不同，故速度不同，D错误。
能力提升练
1.A 做曲线运动的物体的速度方向沿轨迹的切线方向，合力指向轨迹的凹侧，由此可以判断A正确。
2.D 质点在恒力作用下沿曲线从M点运动到N点，加速度大小、方向都不变，质点做匀变速曲线运动，在M点和N点的速率不一定相等，C错误，D正确。质点做曲线运动的条件是合力方向与速度方向不在同一直线上，质点从M点运动到N点速度方向恰好改变了90°，可以判断恒力方向应向右下方，与初速度方向的夹角要大于90°且小于180°，A、B错误。选D。
3.B 假设撤去F1，其他三个力的合力方向与原F1方向相反，与速度方向垂直，物体做匀加速曲线运动，恢复F1后，再做匀速直线运动，速率比v0大，A不符合题意；假设撤去F2，其他三个力的合力方向与原F2方向相反，物体的合外力和速度方向的夹角先为钝角，后有可能变为锐角，速率有可能先减小后增大，在某时刻达到v0，恢复F2后，做匀速直线运动，B符合题意；假设撤去F3，其他三个力的合力方向与速度方向的夹角为锐角，速率增大，恢复F3后，做匀速直线运动，速率比v0大，C不符合题意；假设撤去F4，物体做匀加速直线运动，恢复F4后，做匀速直线运动，速率比v0大，D不符合题意。
4.D 烟尘颗粒做曲线运动的速度方向在变化，其速度不可能始终不变，A错误；由于曲线运动的合外力指向轨迹凹侧，可知烟尘颗粒所受的力在变化，故不可能是匀变速曲线运动，B错误；曲线运动的合外力指向轨迹凹侧，故P点处的加速度方向不可能水平向左，故C错误；由曲线运动的合外力指向轨迹凹侧知Q点处的合力方向可能竖直向下，故D正确。
5.A 由于质点做匀变速曲线运动，则加速度恒定不变，合外力恒定不变，所以质点经过D点时的加速度与经过B点时的相同，故C错误。质点运动到D点时速度方向与加速度方向恰好互相垂直，即质点在D点的速度方向与合外力方向垂直；由于曲线运动的速度方向沿轨迹的切线方向，合外力指向轨迹的凹侧，故合外力竖直向上；质点由A到D过程中，速度方向与合外力方向夹角均大于90°，则质点速率减小，所以经过C点的速率比经过D点的速率大，选项A正确，B错误。质点从B到E的过程中，加速度的方向始终竖直向上，速度方向沿轨迹的切线方向，可知加速度方向与速度方向的夹角一直减小，故D错误。