(共36张PPT)
[学习目标]
1.知道什么是曲线运动,知道曲线运动中速度的方向。
2.知道物体做曲线运动的条件。
3.掌握曲线运动合力的方向与运动轨迹的弯曲情况之间的关系。
1.曲线运动
物体运动的轨迹是_____的运动。
2.曲线运动的速度方向
质点在某一点的速度方向,沿曲线在这一点的________。
3.曲线运动的特点
速度方向时刻在____,曲线运动一定是____运动。
曲线
切线方向
改变
正
变速
[思考探究]
下面两幅图片中分别为过山车的运动轨迹和砂轮上打磨下来的炽热微粒的运动情况。请思考:
(1)如何确定它们在运动过程中某一位置的速度方向?
(2)它们在运动过程中的速度恒定吗?
[提示] (1)某一位置的速度方向为这一位置轨迹的切线方向。
(2)它们做曲线运动时速度的大小或许不变,速度的方向时刻发生改变,故其速度不恒定。
[例1] (多选)下列说法正确的是( )
A.做曲线运动的物体速度方向一定发生变化
B.速度方向发生变化的运动一定是曲线运动
C.速度变化的运动一定是曲线运动
D.做曲线运动的物体一定有加速度
AD
解析 任何做曲线运动的物体速度方向时刻变化,一定有加速度,故A、D正确;速度方向变化、速度变化的运动不一定是曲线运动,如竖直上抛运动,速度发生变化,在最高点速度方向发生变化,而轨迹为直线,故B、C错误。
[例2] (教材习题改编)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,下列说法正确的是( )
A.a、b、c、d四个点的速度方向均竖直向下
B.a、c两个点的速度方向竖直向下
C.b、d两个点的速度方向竖直向下
D.c点的速度方向竖直向上
解析 由于曲线运动的速度方向为该点轨迹的切线方向,所以图中a点的速度方向竖直向下,b点的速度方向竖直向上,c点的速度方向竖直向下,d点的速度方向竖直向上,故B正确。
B
1.物体做曲线运动的条件
(1)动力学条件:当物体所受合力的方向与它的速度方向______________时,物体做曲线运动。
(2)运动学条件:当物体加速度的方向与它的速度方向______________时,物体做曲线运动。
不在同一直线上
不在同一直线上
凹
2.曲线运动的轨迹、速度方向、合力方向三者不共线,合力指向轨迹的___侧,轨迹夹在速度方向与合力方向之间。
3.合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:
[易错辨析]
(1)物体受到的合力不为零时一定做曲线运动。( )
(2)物体受变力作用才做曲线运动。( )
(3)物体在方向不变的力作用下不可能做曲线运动。( )
(4)合力恒定时,可能做曲线运动。( )
(5)做曲线运动的物体,加速度一定变化。( )
×
×
×
√
×
[例3] 如图所示,一个匀速向右运动的物体,到达P点时受到一个侧向的作用力F,之后的运动轨迹可能为( )
C
A.① B.② C.③ D.④
解析 物体受到与速度不共线的力F作用时,物体做曲线运动,合力的方向指向轨迹的凹侧,可知运动轨迹为③。故选C。
[例4] (2023·全国乙卷改编)小车在水平地面上沿轨道从左向右运动,速度一直增加。如果用带箭头的线段表示小车在轨道上相应位置处所受合力,下列四幅图可能正确的是( )
D
解析 做曲线运动的小车所受合力指向轨迹的凹侧,A、B错误;小车沿轨道从左向右运动,速度一直增加,故合力与运动方向夹角为锐角,C错误,D正确。
[例5] (多选)如图所示,质量为m的物体在四个共点力的作用下做匀速直线运动,速度方向与力F1、F3的方向恰好在同一直线上,且速度方向与F3方向相同,下列说法正确的是( )
A.若只撤去F1,物体做匀加速直线运动
B.若只撤去F3,物体做匀加速直线运动
C.若只撤去F2,物体做匀变速曲线运动
D.若只撤去F4,物体做匀变速曲线运动
解析 若只撤去F1,合力方向与速度方向同向,则物体做匀加速直线运动;若只撤去F3,合力方向与速度方向反向,物体做匀减速直线运动,A正确,B错误;若只撤去F2或F4,合力方向与速度方向不在同一直线上,且合力为恒力,则物体做匀变速曲线运动,C、D正确。
ACD
[总结提升] 根据合力与速度的方向关系判断物体的运动性质
F合(a)与v
的方向关系 轨迹
特点 F合(a)特点 运动性质
F合(a)
与v共线 直线
运动 F合(a)=0 匀速直线运动
F合(a)
≠0 F合(a) 恒定 匀变速直线运动
F合(a) 变化 非匀变速直线运动
F合(a)与
v不共线 曲线
运动 F合(a)恒定 匀变速曲线运动
F合(a)变化 非匀变速曲线运动
1.(曲线运动的理解)关于质点做曲线运动,下列说法正确的是( )
A.曲线运动的速度和加速度方向均时刻在改变
B.做曲线运动的物体所受合力一定不等于零
C.质点所受合力方向与速度方向相反时,可以做曲线运动
D.质点做曲线运动可能是匀变速运动,也可能是匀速运动
B
解析 曲线运动的速度方向时刻在改变,加速度方向可能不变,故A错误;做曲线运动的物体加速度不为0,所受合力一定不等于零,故B正确;质点所受合力方向与速度方向相同时,质点将做加速直线运动,质点所受合力方向与速度方向相反时,质点将做减速直线运动,故C错误;曲线运动的条件是加速度与速度不共线,但加速度可以恒定,所以曲线运动可以是匀变速运动,但一定不是匀速运动,因为匀速运动是速度不变的运动,其加速度为零,轨迹是直线,故D错误。
2.(曲线运动的速度方向)如图所示的陀螺,是我们很多人小时候喜欢玩的玩具。从上往下看(俯视),若陀螺立在某一点逆时针匀速转动,此时滴一滴墨水到陀螺,则被甩出的墨水轨迹可能是选项图中的( )
C
解析 做曲线运动的物体,速度方向沿切线方向,所以当墨水被甩出后,从上往下看,陀螺逆时针转动,故运动轨迹如选项C所示。
3.(曲线运动的条件)(2023·辽宁卷)某同学在练习投篮,篮球在空中的运动轨迹如图中虚线所示,篮球所受合力F的示意图可能正确的是( )
A
解析 篮球做曲线运动,所受合力的方向指向运动轨迹的凹侧。故选A。
4.(判断轨迹弯曲的方向)一物体由静止开始自由下落,下落的同时受一恒定水平向右的风力的影响,但着地前一段时间风突然停止,则其运动的轨迹可能是图中的( )
B
解析 物体在恒定风力和重力的作用下沿斜向右下方做直线运动,风停后,物体只受重力作用,其运动轨迹向重力方向弯曲,B项正确。
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[基础巩固练]
B
1.做曲线运动的物体,在运动过程中一定变化的物理量是( )
A.速率 B.速度 C.加速度 D.合外力
解析 物体做曲线运动时,速度方向一定变化,速度大小不一定变化,即速率可能不变,但速度一定变化,故A错误,B正确;做曲线运动的物体的合力或加速度有可能变化,也有可能不变化,C、D错误。
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2.关于曲线运动,下列说法正确的是( )
A.运动状态不断在改变的物体一定在做曲线运动
B.做曲线运动的物体,其运动状态在不断地改变
C.做曲线运动的物体,其加速度方向与速度方向一定相同
D.做曲线运动的物体,其加速度方向与速度方向一定相反
B
解析 做匀加速或匀减速直线运动的物体,运动状态不断变化,是直线运动,故A错误;曲线运动的速度方向时刻变化,因此运动状态在不断改变,故B正确;物体做曲线运动的条件是合力与速度不在同一直线上,则加速度方向与速度方向不在同一直线上,故加速度方向与速度方向不可能相同,也不可能相反,故C、D错误。
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3.一质点沿y轴正方向匀速运动,经过坐标原点O点时,受到x轴负方向的恒力作用,它的运动轨迹可能是( )
A
解析 根据曲线运动的条件可知,质点在O点的速度方向与轨迹相切,曲线会弯向受力那一侧,即向左弯曲且轨迹不会变成竖直。故选A。
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4.(2025·江苏扬州合格性考试)短道速滑运动员在弯道加速滑行时,其所受合力与速度方向示意图正确的是( )
A
解析 物体做曲线运动时,某一点的速度方向为该点的切线方向,所受合力方向位于轨迹的凹侧,由于运动员在弯道加速滑行,所以此时合力方向与速度方向的夹角小于90°。故选A。
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5.如图为质点在恒力作用下做曲线运动的轨迹示意图,且质点运动到D点时的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,下列说法正确的是( )
C
A.质点经过D点时的加速度比B点的大
B.质点从B到E的过程中速率一直在减小
C.质点经过C点的速率比D点的大
D.质点经过A点时的加速度方向与速度方向的夹角小于90°
解析 由题意可知,质点的加速度大小和方向均不变,且加速度指向轨迹弯曲的方向(向上),故A错误;由题意可知,质点从A到D的过程中加速度方向与速度方向的夹角是钝角,运动到D点以后由直角变为锐角,即质点先减速后加速,故B、D错误;质点从C到D的过程中做减速运动,质点经过C点的速率比D点的大,故C正确。
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6.(鲁科版教材习题改编)如图,乒乓球从斜面上滚下,以一定的速度沿直线运动。在与乒乓球路径相垂直的方向上放一个纸筒(纸筒的直径略大于乒乓球的直径),当乒乓球经过筒口正前方时,对着球横向吹气,关于乒乓球的运动,下列说法正确的是( )
B
A.乒乓球将保持原有的速度继续前进
B.乒乓球将偏离原有的运动路径,但不进入纸筒
C.乒乓球一定能沿吹气方向进入纸筒
D.只有用力吹气,乒乓球才能沿吹气方向进入纸筒
解析 当乒乓球经过筒口正前方时,对着球横向吹气,乒乓球开始做曲线运动,运动轨迹不会经过纸筒,所以乒乓球不可能进入纸筒,故选B。
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7.了更加直观的研究风洞里的流畅环境,我们可以借助丝带和点燃的烟线辅助观察。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,如图所示,下列说法正确的是( )
D
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.烟尘颗粒在P点处的加速度方向可能水平向左
D.烟尘颗粒在Q点处的合力方向可能竖直向下
解析 曲线运动的速度大小可能不变,但方向一定变化,故A错误;做曲线运动的物体所受合力的方向指向轨迹凹侧,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,故B错误;做曲线运动的烟尘颗粒在P点处的加速度方向可能斜向右上方,不可能水平向左,故C错误;做曲线运动的烟尘颗粒在Q点处的合力方向可能竖直向下,故D正确。
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[能力提升练]
B
8.无动力翼装飞行是一种专业的极限滑翔运动。某翼装飞行者在某次飞行过程中,在同一竖直面内从A到B滑出了一段圆弧,如图所示。关于该段运动,下列说法正确的是( )
A.飞行者速度始终不变
B.飞行者所受合外力始终不为零
C.在A处,空气对飞行者没有作用力
D.在B处,空气对飞行者没有作用力
解析 飞行者的速度方向不断发生变化,因此其速度是变化的,可知其所受合力不为零,A错误,B正确;若飞行者不受空气作用力,仅受到重力的作用,重力方向总是竖直向下,并不指向曲线轨迹的凹侧,这不符合曲线运动的条件,所以飞行者在A、B两处均受到空气作用力,故C、D错误。
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9.一运动物体经过P点时,其速度v与合力F的方向不在同一直线上,当物体运动到Q点时,突然使合力F的方向与速度方向相同直至物体运动经过M点,若用虚线表示物体的运动轨迹,则下列图中可能正确的是(其中C、D选项中的QM段均是直线)( )
C
解析 经过P点时,其速度v与合力F的方向不在同一直线上,物体做曲线运动,合力的方向应指向运动轨迹的凹侧,速度沿曲线的切线方向,当合力方向与速度方向相同时,物体做直线运动,所以从Q到M做直线运动,故C正确。
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10.光滑平面上一运动质点以速度v通过原点O,v与x轴正方向成α角(如图所示),与此同时对质点施加沿x轴正方向的恒力Fx和沿y轴正方向的恒力Fy,则( )
D
A.因为有Fx,质点一定做曲线运动
B.如果Fy>Fx,质点向y轴一侧做曲线运动
C.质点不可能做直线运动
D.如果Fx>,质点向x轴一侧做曲线运动
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11.如图所示,一物体在水平恒力的作用下沿光滑水平面做曲线运动,当物体从M点运动到N点时,其速度方向恰好改变了90°,则物体从M点到N点的运动过程中,物体的速度将( )
D
A.不断增大 B.不断减小
C.先增大后减小 D.先减小后增大
解析 曲线运动的轨迹在速度方向与合力方向之间,对M、N点进行分析可知,开始时恒力方向与速度方向间的夹角为钝角,后来夹角为锐角,则物体的速度先减小后增大,D正确。
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12.在光滑水平面上有一质量为2 kg的物体,受几个共点力作用做匀速直线运动。现突然将与速度方向相反的2 N的力水平旋转90°,则关于物体运动情况的叙述正确的是( )
A.物体做速度大小不变的曲线运动
B.物体做加速度大小变化的曲线运动
C.物体做加速度为 m/s2的匀变速曲线运动
D.物体做加速度为1 m/s2的匀变速曲线运动
C
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[拓展培优练]
13.如图为一空间探测器的示意图,P1、P2、P3、P4是四个喷气发动机,P1、P3的连线与空间一固定坐标系的x轴平行,P2、P4的连线与y轴平行。每台发动机开动时,都能向探测器提供推力,但不会使探测器转动。开始时,探测器以恒定速率v0沿x轴正方向平移。问:
(1)单独分别开动P1、P2、P3、P4,探测器将分别做什么运动?
(2)单独分别开动P2、P4,探测器的运动有什么不同?
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答案 (1)单独分别开动P1、P2、P3、P4,探测器将分别做减速直线运动、曲线运动、加速直线运动和曲线运动。 (2)单独分别开动P2、P4,探测器前者向上偏,后者向下偏。
解析 (1)初速度v0沿x轴正方向平移,若单独开动P1喷气发动机,合力方向与速度方向在同一直线上,因反向,探测器做减速直线运动,若单独开动P2喷气发动机,合力方向与速度方向不在同一直线上,探测器做曲线运动;单独开动P3喷气发动机,合力方向与速度方向在同一直线上且同向,探测器做加速直线运动;若单独开动P4喷气发动机,合力方向与速度方向不在同一直线上,探测器做曲线运动。(2)单独分别开动P2与P4,探测器均做曲线运动,而不同的是:单独开动P2,探测器向上偏,而单独开动P4,探测器向下偏。