高中物理2第5章曲线运动[上学期]

课件51张PPT。第六章 曲线运动1.新、旧教材章节结构对比 第六章 曲线运动
1 曲线运动
2 运动的合成和分解
3 探究平抛运动的规律 4 抛体运动的规律　
5 圆周运动 6 向心加速度 7 向心力
8 生活中的向心力 第八章 曲线运动
一、曲线运动
二、运动的合成和分解 三、平抛物体的运动? 四、匀速圆周运动? 五、向心力 向心加速度? 六、匀速圆周运动的实例分析? 七、离心现象及其应用 实验：研究平抛物体的运动新原 ●新教材大体继承了原教材“曲线运动→运动的合成和分解→平抛运动→匀速圆周运动”的知识线索 ●关于平抛运动的学生实验，原教材基本上属于测定性实验，测定平抛运动的初速度；新教材把该实验改为探究性实验，第３、４两节课文分别从实验和理论两个方面探究平抛运动的规律。 ●关于匀速圆周运动，原教材是先学习向心力，再学习向心加速度；新教材是先学习向心加速度，再学习向心力。 2.教材变化的意图分析(1) 原第三节《平抛物体的运动》改变为《探究平抛物体运动的规律》和《抛体运动的规律》二节：
第一，较注重体现抛体运动的普遍规律，而不仅仅是具体的平抛运动的解题方法。
第二，较注重跟数学学科的横向联系，把数学中的学习内容及其术语跟物理学融合起来。
第三，拓展到斜抛运动。 2.教材变化的意图分析（2）原第四节《匀速圆周运动》改成第五节的《圆周运动》：
第一，明确引入了平均和瞬时线速度和角速度的概念，线速度与角速度的关系也不象以往那样仅限于匀速圆周运动。
第二，“转速”也是归类于研究一般的圆周运动的概念，只有“周期”这概念才在匀速圆周运动中提出的，比较严谨，规范。2.教材变化的意图分析（3）原第五节《向心力 向心加速度》改变为第6节的《向心加速度》和第7节的《向心力》 ：
第一，构建向心加速度合理的知识结构，充分体现“物体速度变化的快慢”这一本质含义；
第二，努力突破用极限思想推导向心加速度的困难；教材采用了“抓住要害，放慢过程，降低级阶，化解难点”的策略；
第三，加强了向心力概念的教学，用牛顿第二定律引出向心力的概念就顺理成章了。2.教材变化的意图分析（4）原第6节《匀速圆周运动的实例分析》和第7节的《离心现象及其应用》改成了第8节的《生活中的圆周运动》：
第一，以前2课时，时间很浪费，目前增加了“航天器中的失重现象”，才1课时；
第二，原来的标题不严谨，拱桥问题是非匀速圆周运动的实例，现在写成“生活中的圆周运动”更合理；
第三，章节在此有所压缩，保证总章节变化不大。二、 曲线运动1.新、旧教材章节结构对比
2.教材变化的意图分析3.对具体教材的分析(1)曲线运动速度的方向：重视对学习过程的设计 △传统的教学过程：列举旋转砂轮上的火星、旋转雨伞上的水滴沿圆周切线飞出的事例得出结论：做曲线运动的质点经过某位置的速度方向，在曲线过这点的切线方向上。讲解有关例题，布置有关习题。△改进的教学过程： 观察砂轮上的火星、链球运动员投掷链球的照片。提出问题：怎样确定做曲线运动的物体在某一时刻的速度方向？实验：通过钢球在具有任意曲线形状的导轨内的运动，说明曲线运动某点的速度方向跟曲线相切。 水平桌面上有一曲线轨道，它是由几段稍短的轨道组合而成的。钢珠由轨道的一端滚入，在轨道的束缚下按轨道的形状做曲线运动。在轨道的出口A 处放一张白纸，蘸有墨水的钢珠离开轨道后在白纸上留下一条运动的痕迹，它记录了钢珠在A 点的运动方向。
取去一段短轨道，钢珠的轨道出口改在图中B 处，在B 处放一张白纸，记录钢珠在轨道B 点的运动方向。还可以继续取其它位置作为轨道出口进行相同的实验。
分析钢珠运动轨迹跟曲线的关系。△改进的教学过程： 观察砂轮上的火星、链球运动员投掷链球的照片。提出问题：怎样确定做曲线运动的物体在某一时刻的速度方向？实验：通过钢球在具有任意曲线形状的导轨内的运动，说明曲线运动某点的速度方向跟曲线相切。简单的理论分析：渗透极限的思想。由平均速度过渡到瞬时速度。△改进的教学过程： 观察砂轮上的火星、链球运动员投掷链球的照片。提出问题：怎样确定做曲线运动的物体在某一时刻的速度方向？实验：通过钢球在具有任意曲线形状的导轨内的运动，说明曲线运动某点的速度方向跟曲线相切。简单的理论分析：渗透极限的思想。由平均速度过渡到瞬时速度。得出结论：做曲线运动的质点经过某位置的速度方向，在曲线过这点的切线方向上。体验：做一个显示抛体运动速度方向的“飞镖”。
(1)观察在空中速度方向的变化；
(2)观察飞镖插入泥土时的入射角。△改进的教学过程： 观察砂轮上的火星、链球运动员投掷链球的照片。提出问题：怎样确定做曲线运动的物体在某一时刻的速度方向？实验：通过钢球在具有任意曲线形状的导轨内的运动，说明曲线运动某点的速度方向跟曲线相切。简单的理论分析：渗透极限的思想。由平均速度过渡到瞬时速度。得出结论：做曲线运动的质点经过某位置的速度方向，在曲线过这点的切线方向上。体验：“做一做”——做一个显示抛体运动速度方向的“飞镖”。
(1)观察在空中速度方向的变化；
(2)观察飞镖插入泥土时的入射角。与过去的教材相对照，本书仍从砂轮落下微粒的运动入手，开始讨论曲线运动的方向。但是，又有很大不同。过去是由课本描述现象，同时直接说出结论，本书则在学习的开始提出问题，书本不予解答，请学生考虑由现象应该得出的结论。这类“思考与讨论”、“说一说”等，都是为便于学生自主学习所创造的条件。
过去的教学中也用到曲线的切线的概念，但是高中学生实际上只知道圆的切线。因此，本书用了少量文字简单说明了什么是曲线的切线。这里又一次用到了极限的思想，而且是在几何学的情景下的极限思想。二、 曲线运动1.新、旧教材章节结构对比
2.教材变化的意图分析3.对具体教材的分析(2)平抛运动实验：“探究”和“验证”的不同设计思路 ②由实验探究平抛运动的规律，用理论证明①由理论探究平抛运动的规律，用实验验证——平抛运动实验为探究性实验——平抛运动实验为验证性实验方案①的优点：学生比较容易接受方案②的优点：提高了实验探究能力，但要求比较高某节《探究平抛运动规律的实验探究》观摩课片断：……把两个小球同时从两个圆弧槽上相同高度滚下，同时从圆弧下端水平离开圆弧，一个作平抛运动，另一个在它的正下方水平轨道上作匀速直线运动。发现两球恰好在水平轨道上相碰。由以上探究可知：平抛运动在水平方向上是匀速运动。事先怎么知道它们会在水平轨道上相碰？这是验证性实验。一个《平抛运动规律的实验探究》方案：问题：相同高度平抛的物体，速度越大其水平位移越大，为什么？猜想：速度大，物体在空中运动的时间越长，所以运动得越远。推想：如果较小的速度值为零，平抛和自由落体物体将同时落地。探究水平方向运动规律：先设法描绘出某一平抛运动的轨迹。数据处理：根据竖直方向自由落体运动的规律，由运动轨迹分析平抛运动水平方向上的运动特征。实验：从同一高度以不同速度水平抛出两个物体，发现同时落地验证：果真同时落地。说明平抛运动在竖直方向上是自由落体运动新教材大体按照上述思路进行设计。对学生思维的要求较高。几个建议考虑到问题的难度，竖直方向的探究在教师的引导下进行。尽管如此，它仍然包含了探究的要素，如提出问题、猜想与假设等。这部分教材与过去教学时教师的陈述有本质的区别：第一，所说的“与自由落体的规律一样”是不确定的，它只是“可能”；第二，它是在定性地分析了抛体的运动，发现在竖直方向越来越快之后，做出的合乎情理的猜想；第三，对实验的分析不是书本上写出的，而是要由学生自己做出
对水平方向运动规律的探究主要由学生做出。它分三大步骤完成：第一，设法记录物体运动的轨迹；第二，在轨迹上确定相隔相同时间物体所处的位置；第三，判断物体在相同时间在水平方向运动的位移。难点在第二步，需要教师的讲解。
在实验操作上，仍然是给出一个以上的参考案例，由师生根据各自条件决定具体的操作。
第40页“说一说”中，用数码相机研究抛体运动，是一个简便可行的方法，有条件时不但可以“说一说”，最好实际做一做。二、 曲线运动1.新、旧教材章节结构对比
2.教材变化的意图分析3.对具体教材的分析(3)运动的合成和分解：重在掌握分析思路①红蜡块合运动是怎样的？——不是凭观察能解决的●蜡块的位置：
x = vxt
y = vyt●蜡块运动轨迹：●蜡块的速度：●蜡块的位移：在分析中渗透：两个分运动分别独立；同一时间或时刻，合、分运动遵从平行四边形定则。独立独立二、 曲线运动1.新、旧教材章节结构对比
2.教材变化的意图分析3.对具体教材的分析(3)运动的合成和分解：重在掌握分析思路②把上述道理用来分析平抛运动0v0vx = v0x = v0 tvy = gt0g平行四边形定则可
求
轨
迹二、 曲线运动1.新、旧教材章节结构对比
2.教材变化的意图分析3.对具体教材的分析(3)运动的合成和分解：重在掌握分析思路③强调解决问题的方法，而不是具体运动规律的结论。两个方向上的受力两个方向的初速度二、曲线运动1.新、旧教材章节结构对比
2.教材变化的意图分析3.对具体教材的分析(3)运动的合成和分解：重在掌握分析思路④用旁批小结（P42）。在第四章牛顿运动定律的学习中我们已经体会到，已知物体受力情况而想知道它的运动情况时，要先对物体所受的力进行分析，然后应用牛顿定律得到物体的加速度，进而根据运动学的规律得到物体的位置与时间的关系。
在研究抛体运动时，我们的思路完全相同。不同的是，抛体的运动发生在平面内，需要在 x、y 两个方向上分别做出受力分析、在两个方向上分别应用牛顿定律和运动学的规律，然后再根据要求做综合处理。二、 曲线运动1.新、旧教材章节结构对比
2.教材变化的意图分析3.对具体教材的分析(4)向心加速度：构建合理的知识结构传统教学：分析做匀速圆周运动的物体受到向心力作用实验得出：向心力的大小跟m、r、ω都有关系“可以证明”，向心力的大小等于F＝mrω2从力要产生加速度导出向心加速度意义和公式阅读材料：向心加速度公式的推导做一做：感受向心力（m、r、ω 大，则F 大） 实验装置比较复杂，难以作为学生实验；
力的大小的呈现比较间接，不易形成直观认识。 学生没有经历这个过程 学生只有动力学的向心加速度概念，对“加速度”运动学含义没有认识。 推导的基础不牢，作为阅读材料，难以落实 起到一定的弥补作用。新教科书（人教版）：用一定的篇幅，设立小标题，进一步明确“速度变化量”概念 向心加速度难点在于Δv，正确认识圆周运动的Δv至此已经有了相当基础，这里又作了进一步强化还可以把v2变为和v1的方向相反来分析还可以用平抛运动来具体分析返回原页新教科书（人教版）：用一定的篇幅，设立小标题，进一步明确“速度变化量”概念通过五个步骤说明Δt很小时匀速圆周运动的Δv指向圆心，引入向心加速度 向心加速度难点在于Δv，正确认识圆周运动的Δv至此已经有了相当基础，这里又作了进一步强化 把对Δv方向的分析分为五步骤，减小台阶，降低坡度1.分别作出质点在A、B两点的速度矢量（长度一样）。2.将vA的起点移到B，并保持vA的长度和方向不变。3. 以vA的箭头端为起点， vB的箭头端为终点作矢量Δv。4. Δv/Δt 是质点由A到B的平均加速度， Δv 的方向就是加速度的方向。5. 当Δt 很小很小时，AB非常接近，等腰三角形的底角接近直角，Δv 的方向跟vA（或vB）的方向垂直。即指向圆心。新教科书（人教版）：用一定的篇幅，设立小标题，进一步明确“速度变化量”概念通过五个步骤说明Δt很小时匀速圆周运动的Δv指向圆心，引入向心加速度给出向心加速度公式，在“做一做”中让学生尝试自己进行推导通过实例引入向心力概念，通过牛顿第二定律推导向心力公式用圆锥摆粗略验证向心力公式 向心加速度难点在于Δv，正确认识圆周运动的Δv至此已经有了相当基础，这里又作了进一步强化 把对Δv方向的分析分为五步骤，减小台阶，降低坡度 Δv 问题解决了，推导只是数学问题，放在“做一做”中，兼顾学生的差异性 至此，学生获得的是完整的向心加速度概念·装置简单,能当学生实验；
·也是一个应用知识的实例新教科书（人教版）：用一定的篇幅，设立小标题，进一步明确“速度变化量”概念通过五个步骤说明Δt很小时匀速圆周运动的Δv指向圆心，引入向心加速度给出向心加速度公式，在“做一做”中让学生尝试自己进行推导通过实例引入向心力概念，通过牛顿第二定律推导向心力公式用圆锥摆粗略验证向心力公式做一做：体验在v 相同、ω 相同两种情况下F 与r的关系 向心加速度难点在于Δv，正确认识圆周运动的Δv至此已经有了相当基础，这里又作了进一步强化 把对Δv方向的分析分为五步骤，减小台阶，降低坡度 Δv 问题解决了，推导只是数学问题，放在“做一做”中，兼顾学生的差异性 至此，学生获得的是完整的向心加速度概念·装置简单,能当学生实验；
·也是一个应用知识的实例 通过体验来认识r和F的定量关系，强化实践意识。●通过“体验性实验”增强实践意识 例：向心力和半径是成正比还是成反比？（新教材） 实验时，rA＝40cm，rB＝80cm，每秒钟喊口令2次。 操作一：手握A，每秒1周；操作二：手握B，每秒1周；操作三：手握A，每秒2周；比较一和二：ω相同，F 跟 r 成正比：比较二和三： v 相同，F 跟 r 成反比： 该实验的主要目的是建立“ω相同”、“v相同”的实践形象。强化实践意识。第6章《曲线运动》思考：下列习题是否应该被删除？
例12：玻璃板生产线上，宽9m的成型玻璃板以 的速度连续不断地向前行进，在切割工序处，金刚钻的走刀速度为 ，为了使割下的玻璃板都成规定尺寸的矩形，金刚钻割刀的轨道应如何控制？切割一次的时间多长？
（运动合成时涉及参考系转换，运动不在一直线上） 例13：如图所示，水平面上有一物体，人通过定滑轮用绳子拉它，在图示位置时，若人的速度为 ，则物体的瞬时速度多大？ 例14：?如图所示，在不计滑轮摩擦和绳子质量的条件下，当小车匀速向左运动时，物体A的受力情况是（ ）
A．绳子的拉力大于A的重力
B．绳子的拉力等于A的重力
C．绳子的拉力小于A的重力
D．绳子的拉力先大于A的重力，后变为小于A的重力例15：如图所示，木块在水平桌面上移动的速度是，则跨过滑轮的绳子向下移动的速度是______（绳与水平方向之间的夹角为α）
（运动分解涉及到转动） 例16：在暗室内，电风扇在频闪光源照射下运转，光源每秒闪光30次．电扇叶片有3个，相互夹角120°。已知该电扇的转速不超过500r／min．现在观察者感觉叶片有6个，则电风扇的转速是多少?
（学生缺少背景知识——机制（模型）不清，难度太大） 不要求讨论合运动的轨迹方程和物体做平抛运动时的相遇问题 思考：下列题目是否应该被删除？
例17：如图所示，物体在恒力F作用下沿曲线从A运动到B．这时，如果突然使它所受的力反向，大小不变，在此力作用下，物体以后的运动情况，下列说法正确的是（ ）
A．物体不可能沿曲线Ba运动 B．物体不可能沿直线Bb运动
C．物体不可能沿曲线Bc运动 D．物体不可能沿原曲线由B返回到A
对于轨迹来说,是定性(不是轨迹方程),
对于运动合成来说,不是两个匀加速
(一个匀速,一个匀加速)
不要求掌握变速圆周运动中线速度和角速度的关系例18：在竖直平面内，两个小球固定在一根长为L的杆的两端，绕杆上的O点做圆周运动，如图所示，当小球1的速度为时，小球2的速度为，则转轴O到小球1的距离是 .
思考：如果是光滑水平面内呢？（匀速圆周运动要求）
不要求掌握用“等效圆”处理一般曲线运动例19：如果物体运动时系线被桌上的一个针子挡住，随后物体以不变的速率在系线的牵引下绕钉子做半径不断变小的圆周运动。系线碰钉子时，是钉子离重物越远线易断，还是离重物越近线易断？为什么？
（半径在不断变小，不是圆周运动模型，不要求用等效圆来考虑——本质就是圆周运动的模型要清晰、严格，对全体学生不要求达到辩证思维高度） 例20：若物体以某一速度进入空间后，受到一个逐渐减小的合外力的作用，且该合外力的方向始终是垂直于该物体的速度方向，则物体的运动将是( )
A．速率增大，曲率半径也随之增大
B．速率逐渐减小，曲率半径不变
C．速率不变，曲率半径逐渐增大
D．速率不变，曲率半径逐渐减小
(不要求掌握用“等效圆”处理一般曲线运动)
例21：卫星运动的轨道可近似看作是以地心为中心的圆．由于阻力作用，人造卫星到地心的距离从r1慢慢变到r2，用Ek1、Ek2分别表示卫星在这两个轨道上的动能，则（ ）
A．r1< r2，Ek1< Ek2
B．r1> r2，Ek1< Ek2
C．r1< r2，Ek1> Ek2
D．r1> r2，Ek1> Ek2
（不要求用等效圆处理） 不要求计算物体所受的外力不在同一直线上的向心力问题思考：下列题目是否应该被删除？例22：如图所示，玻璃球沿碗的光滑内壁做匀速圆周运动，这时球受到的力是（ ）
A．重力 B．重力和向心力
C．重力和支持力 D．重力、支持力和向心力
（不是计算，是定性分析）
例23：如图所示装置绕竖直轴匀速旋转，有一紧贴内壁的小物体，物体随装置一起在水平面内匀速转动的过程中所受外力可能是（ ）
A．重力、弹力
B．重力、弹力、滑动摩擦力
C．重力、弹力、静摩擦力
D．下滑力、弹力、静摩擦力
?
(不删除,是定性分析)
例24：如图所示，一条长度L＝0.1m的轻绳，一端固定在竖直细棒的A端，另一端系一个质量m＝100g的小球，竖直细棒的B端固定在离心转台的转轴上．当离心转台带动竖直棒以角速度
转动时，轻绳上的张力多大？（ ）
例25：如图所示，一个内壁光滑的圆锥筒的轴线垂直于水平面，圆锥筒固定不动，有两个质量相等的小球A和B，紧贴内壁分别在图中所示的水平面内做匀速圆周运动，则下列结论错误的是（ ）
A．A、B的线速度
B．A、B的角速度
C．A、B的周期
D．A、B对筒壁的压力 例26：在上海和美国洛杉矶之间飞行的飞机在飞越太平洋上空时，如果飞行的速度和距离海面的高度均不变，则以下说法正确的是（ ）
A．飞机做匀速直线运动
B．飞机上的乘客对座椅的压力为零
C．飞机上的乘客对座椅的压力略小于地球对乘客的引力
D．飞机从上海到洛杉矶时乘客对座椅压力小于从洛杉矶到上海时乘客对座椅的压力
(删除,参考系转变,从地面到地心,考虑地球自转速度,速度合成) 不要求对火车转弯有侧力情况下通过列方程进行定量计算思考：下列题目是否应该被删除？例27：若火车按铁路规定速率转弯时，内、外轨对车轮皆无侧向压力。当火车以大于规定速率转弯时（ ）
A．仅内轨对车轮有侧压力
B．仅外轨对车轮有侧压力
C．内、外轨对车轮都有侧压力
D．内、外轨对车轮均无侧压力
(定性分析,可以保留)
例28：随着铁路的大提速，我国铁路目前部分路段的时速已达到200km/h。早期，我国铁路转弯段的规定速率一般为v0=54km/h，由于我国铁路的轨距为d=1435mm，而铁路弯道的曲率半径r由地形条件决定的，下表是铁路设计人员技术手册中弯道半径r及与之对应的内外轨道高度差h：
（1）根据表中数据，试导出h和r关系的表达，并求出当r=440m时，h的设计值；
⑵随着不断进行的铁路大提速，要求铁路转弯处的速率也相应提高。试分析提速后铁路转弯处应采取哪些措施？ 例29：在高速公路的拐弯处，路面造得外高内低，当车向右拐弯时，司机左侧的路面比右侧的要高一些，路面与水平面间的夹角为θ．设拐弯路段是半径为R的圆弧，要使车速为时车轮与路面之间的横向（即垂直于前进方向）摩擦力等于零，θ应等于（ ）
A． B．
C． D．


（向心力不在一直线上）
不要求分析与计算两个物体联结在一起做圆周运动的问题 （对天体运动问题的限制）例30：如图所示，匀速转动的水平盘上，沿半径方向放着用细线相连的质量相等的物体A?和B，它们与盘间的动摩擦因数相同．当圆盘转速加快到两物体刚好要滑动尚未发生滑动的状态时，烧断细线，则两物体的运动情况是（ ）
A．两物体均沿切线方向滑动
B．两物体均沿半径方向做远离圆心的运动
C．两物体随盘一起做匀速圆周运动，不发生滑动
D．物体A随盘一起做匀速圆周运动，不发生滑动；物体B沿一条曲线运动，离圆心越来越远
谢谢各位老师！！！
不当之处请指正
—— 胡斌