高中物理（新人教必修二）：第五章 1《曲線運(yùn)動(dòng)》

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歡迎進(jìn)入物理課堂 第五章 曲線運(yùn)動(dòng) 1 曲線運(yùn)動(dòng) 1 運(yùn)動(dòng)軌跡是 的運(yùn)動(dòng) 稱為曲線運(yùn)動(dòng) 在曲線運(yùn)動(dòng)中 質(zhì)點(diǎn)在某一點(diǎn) 或某一時(shí)刻 的速度方向就是曲線在這一點(diǎn)的 方向 曲線運(yùn)動(dòng)中速度方向是時(shí)刻改變的 所以 曲線運(yùn)動(dòng)是一種 運(yùn)動(dòng) 曲線 切線 變速 2 曲線運(yùn)動(dòng)的位移 如圖5 1 1所示 做曲線運(yùn)動(dòng)的物 l 體從O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到A點(diǎn) 它的位移是 圖5 1 1 3 質(zhì)點(diǎn)做曲線運(yùn)動(dòng)時(shí) 質(zhì)點(diǎn)的路程總是 位移的大小 受到的合外力和速度一定不為 合外力方向指向 大于 零 曲線內(nèi)側(cè) 分運(yùn)動(dòng) 4 分運(yùn)動(dòng)和合運(yùn)動(dòng) 一個(gè)物體同時(shí)參與幾個(gè)運(yùn)動(dòng) 參與的這幾個(gè)運(yùn)動(dòng)都屬于 而物體的實(shí)際運(yùn)動(dòng)就是合運(yùn)動(dòng) 1 同一條直線上的兩個(gè)分運(yùn)動(dòng)的合成 同向相 反 向相 結(jié)合 抵消 平行四邊形定則 2 不在同一條直線上的兩個(gè)分運(yùn)動(dòng)合成時(shí) 遵循 5 做曲線運(yùn)動(dòng)的物體 在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中 一定變化的物理量 是 B A 速率C 合外力 B 速度D 加速度 解析 曲線運(yùn)動(dòng)的速度大小可能不變 所以速率可能不變 A錯(cuò)誤 而速度的方向一定隨時(shí)改變 所以速度一定改變 B正確 曲線運(yùn)動(dòng)可能是勻變速運(yùn)動(dòng) 所以合外力可能不變 由牛頓第二定律知 加速度也可能不變 C D錯(cuò)誤 6 雙選 關(guān)于運(yùn)動(dòng)的合成與分解 下列說(shuō)法正確的是 A 由兩個(gè)分運(yùn)動(dòng)求合運(yùn)動(dòng) 合運(yùn)動(dòng)不是唯一確定的 B 由合運(yùn)動(dòng)分解為兩個(gè)分運(yùn)動(dòng) 可以有不同的分解方法C 物體做曲線運(yùn)動(dòng)時(shí) 才能將這個(gè)運(yùn)動(dòng)分解為兩個(gè)分運(yùn)動(dòng)D 任何形式的運(yùn)動(dòng) 都可以用幾個(gè)分運(yùn)動(dòng)來(lái)代替解析 如果分運(yùn)動(dòng)確定了 合運(yùn)動(dòng)也是唯一確定的 A錯(cuò)誤 合運(yùn)動(dòng)分解為兩個(gè)分運(yùn)動(dòng)時(shí) 可以根據(jù)運(yùn)動(dòng)的實(shí)際效果分解或正交分解 B正確 任何形式的運(yùn)動(dòng) 可以用兩個(gè)或兩個(gè)以上的分運(yùn)動(dòng)來(lái)代替 只要分運(yùn)動(dòng)與合運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)效果一致就可以了 C錯(cuò)誤 D正確 BD 知識(shí)點(diǎn)1 曲線運(yùn)動(dòng)及其速度方向 生活中大部分的運(yùn)動(dòng)都是曲線運(yùn)動(dòng) 如圖5 1 2甲中絢麗的曲線就是汽車行駛時(shí) 其車燈在相機(jī)里經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間曝光留下的 路徑 那么曲線運(yùn)動(dòng)有什么特點(diǎn)呢 圖5 1 2 討論 曲線 小于 1 曲線運(yùn)動(dòng)的軌跡是 其位移大小始終 路程 2 圖乙中雨點(diǎn)沿雨傘邊緣的 方向飛出 圖丙中泥 漿沿車輪邊緣的 方向飛出 切線 切線 3 根據(jù)牛頓第一定律 雨點(diǎn)離開(kāi)雨傘后 泥漿離開(kāi)車輪后 不再受到力的作用 由于 會(huì)保持脫離曲線時(shí)的速度做 運(yùn)動(dòng) 慣性 勻速直線 4 質(zhì)點(diǎn)做曲線運(yùn)動(dòng)時(shí) 速度方向是時(shí)刻改變的 任一時(shí)刻 或任一位置 的瞬時(shí)速度方向與這一時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)所在位置處的曲線切線方向一致 并指向質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的方向 曲線運(yùn)動(dòng)中質(zhì)點(diǎn)在某點(diǎn)的瞬時(shí)速度方向 就是質(zhì)點(diǎn)從該點(diǎn)脫離曲線后自由運(yùn)動(dòng)的 方向 也就是曲線上這一點(diǎn)的 方向 切線 1 曲線運(yùn)動(dòng) 1 定義 運(yùn)動(dòng)軌跡是曲線的運(yùn)動(dòng) 2 位移 由物體運(yùn)動(dòng)的起始點(diǎn)指向到達(dá)位置的有向線段 位移的大小總小于物體運(yùn)動(dòng)的路程 2 曲線運(yùn)動(dòng)的速度方向 1 運(yùn)動(dòng)方向 質(zhì)點(diǎn)在某一時(shí)刻 或某一位置 的速度方向 就是曲線在這一點(diǎn)的切線方向 2 理解 切線方向和物體的運(yùn)動(dòng)趨向 軌跡的延伸方向 相對(duì)應(yīng) 如圖5 1 3所示 圖5 1 3 做曲線運(yùn)動(dòng)的物體的速度方向 即軌跡上各點(diǎn)的切線方向 時(shí)刻都在變化 故曲線運(yùn)動(dòng)一定是變速運(yùn)動(dòng) 做曲線運(yùn)動(dòng)的物體一定具有加速度 即做曲線運(yùn) 動(dòng)的物體所受的合外力一定不為零 若合外力恒定則為勻變速曲線運(yùn)動(dòng) 3 曲線運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn) 1 曲線運(yùn)動(dòng)一定是變速運(yùn)動(dòng) 但不一定是勻變速運(yùn)動(dòng) 2 曲線運(yùn)動(dòng)的速度大小不一定變化 但速度方向一定變 化 3 曲線運(yùn)動(dòng)一定具有加速度 一定受到合外力的作用 4 變速運(yùn)動(dòng)可能是直線運(yùn)動(dòng) 也可能是曲線運(yùn)動(dòng) 加速度 恒定的勻變速運(yùn)動(dòng)也可能是曲線運(yùn)動(dòng) 例1 雙選 一質(zhì)點(diǎn)在某段時(shí)間內(nèi)做曲線運(yùn)動(dòng) 則在這段 時(shí)間內(nèi) A 速度方向一定在不斷地改變 加速度可以為零B 速度方向一定在不斷地改變 加速度不可以為零C 速度大小可以不變 加速度可以為零D 速度大小可以不變 加速度不可以為零解析 由于物體做曲線運(yùn)動(dòng) 則速度方向一定變化 也就是速度一定發(fā)生變化 但速度的大小不一定發(fā)生變化 故物體必有加速度 由此可知B D正確 答案 BD 觸類旁通 1 雙選 關(guān)于曲線運(yùn)動(dòng)的速度 下列說(shuō)法正確的是 A 速度的大小與方向都在時(shí)刻變化 CD B 速度的大小不斷發(fā)生變化 速度的方向不一定發(fā)生變化C 速度的方向不斷發(fā)生變化 速度的大小不一定發(fā)生變化D 質(zhì)點(diǎn)在某一點(diǎn)的速度方向就是軌跡上該點(diǎn)的切線方向解析 做曲線運(yùn)動(dòng)的物體 速度的大小可以不發(fā)生變化 但速度的方向一定會(huì)發(fā)生變化 故A B錯(cuò)誤 C正確 質(zhì)點(diǎn)在某一點(diǎn)的速度方向就是軌跡上該點(diǎn)的切線方向 D正確 知識(shí)點(diǎn)2 速度的合成與分解 如圖5 1 4所示為某戰(zhàn)斗機(jī)飛行時(shí)投彈的情景 顯然投出的彈頭的運(yùn)動(dòng)看起來(lái)是直線運(yùn)動(dòng) 這其實(shí)是彈頭在豎直方向上的分運(yùn)動(dòng) 如圖5 1 5所示 是個(gè)耍猴雜技 猴子沿直桿由A向B勻速向上爬 向上爬行的速度為0 3m s 同時(shí)人用頭頂著直桿水平勻速移動(dòng) 移動(dòng)的速度為0 4m s 已知在10s內(nèi) 猴子由A運(yùn)動(dòng)到B 而人由甲位置運(yùn)動(dòng)到了乙位置 圖5 1 4 圖5 1 5 討論 分 水平 豎直 1 一個(gè)物體的合運(yùn)動(dòng) 即實(shí)際運(yùn)動(dòng)可以分解為幾個(gè) 運(yùn)動(dòng)來(lái)描述 2 猴子的實(shí)際運(yùn)動(dòng)可以分解成與人勻速移動(dòng)一樣的 方向的分運(yùn)動(dòng)和沿桿勻速爬行的 方向的分運(yùn)動(dòng) 這兩個(gè)分運(yùn)動(dòng)互相垂直 3 猴子在水平方向上的位移 與人在水平方向上的位移相同 是 而豎直方向的位移為 從圖5 1 5中看 這兩個(gè)位移所構(gòu)成的平行四邊形的對(duì)角線剛好就是猴 子的實(shí)際總位移 為 4m 3m 5m 4 猴子在水平方向的速度與人在水平方向的速度都一樣 為0 4m s 而在豎直方向的速度為0 3m s 從圖5 1 5中看 這兩個(gè)速度所構(gòu)成的平行四邊形的對(duì)角線剛好就是猴子的實(shí)際 總速度 為 0 5m s 5 猴子運(yùn)動(dòng)的分位移 分速度的合成都遵從矢量的合成法 則 即 定則 平行四邊形 1 合運(yùn)動(dòng)與分運(yùn)動(dòng) 如果物體同時(shí)參與了幾個(gè)運(yùn)動(dòng) 那么物體實(shí)際發(fā)生的運(yùn)動(dòng) 稱為合運(yùn)動(dòng) 參與的運(yùn)動(dòng)稱為分運(yùn)動(dòng) 2 合運(yùn)動(dòng)與分運(yùn)動(dòng)的關(guān)系 1 獨(dú)立性 分運(yùn)動(dòng)之間互不相干 互不影響 2 等時(shí)性 各個(gè)分運(yùn)動(dòng)及其合運(yùn)動(dòng)同時(shí)發(fā)生 同時(shí)結(jié)束 3 等效性 各個(gè)分運(yùn)動(dòng)疊加起來(lái)的效果與合運(yùn)動(dòng)相同 合運(yùn)動(dòng)與分運(yùn)動(dòng)是等效替代關(guān)系 同一運(yùn)動(dòng)中不能重復(fù)考慮 4 同一性 合運(yùn)動(dòng)與分運(yùn)動(dòng)必須是同一物體 相對(duì)同一個(gè) 參考系來(lái)描述 3 運(yùn)動(dòng)的合成與分解 已知分運(yùn)動(dòng)求合運(yùn)動(dòng) 叫做運(yùn)動(dòng)的合成 已知合運(yùn)動(dòng)求分 運(yùn)動(dòng) 叫做運(yùn)動(dòng)的分解 1 運(yùn)動(dòng)的分解是運(yùn)動(dòng)的合成的逆過(guò)程 2 分解方法 根據(jù)運(yùn)動(dòng)的實(shí)際效果分解或正交分解 4 運(yùn)算法則 運(yùn)動(dòng)的合成與分解是指位移 速度 加速度矢量的合成與分解 必須按實(shí)際情況進(jìn)行 遵從平行四邊形定則 1 兩個(gè)分運(yùn)動(dòng)在同一直線上時(shí) 同向相結(jié)合 反向相抵消 2 兩個(gè)分運(yùn)動(dòng)不在同一直線上時(shí) 按照平行四邊形定則或 三角形法則進(jìn)行合成 5 運(yùn)動(dòng)分解的原則 1 等效性原則 兩個(gè)分運(yùn)動(dòng)的效果與合運(yùn)動(dòng)的實(shí)際效果 完全等效 可以互相替代 2 符合實(shí)際的原則 根據(jù)分運(yùn)動(dòng)的實(shí)際效果將合運(yùn)動(dòng)分 解 3 解題方便的原則 根據(jù)解題的需要按具體情況進(jìn)行分 解 例2 一艘小船在100m寬的河中橫渡到對(duì)岸 已知水流速度v1 3m s 小船在靜水中的速度v2 4m s 問(wèn) 1 欲使船渡河時(shí)間最短 船應(yīng)該怎樣渡河 最短時(shí)間是多 少 船經(jīng)過(guò)的位移多大 2 欲使航行距離最短 船應(yīng)該怎樣渡河 渡河時(shí)間多長(zhǎng) 解 1 欲使船渡河時(shí)間最短 船頭的方向應(yīng)該垂直于河岸 如圖5 1 6所示 船經(jīng)過(guò)的位移大小 圖5 1 6 圖5 1 7 2 船渡河的最短位移即為河寬 船的合速度的方向應(yīng)垂直于河岸 如圖5 1 7所示 規(guī)律延伸 當(dāng)v1 v2時(shí) 求船渡河的最小位移 此時(shí)船不能垂直渡河 設(shè)船頭的指向與合速度成 角 合速度與水流方向成 角 如圖5 1 8所示 顯然 越大位移越小 以v2的末端為圓心 以v1的大小為半徑作圓 顯然當(dāng) 90 時(shí) 位移最小 即當(dāng)船頭 的指向和實(shí)際運(yùn)動(dòng)方向垂直時(shí) 渡河位移最小 為s 圖5 1 8 觸類旁通 2 關(guān)于運(yùn)動(dòng)的合成 下列說(shuō)法正確的是 C A 合運(yùn)動(dòng)的速度一定比每一個(gè)分運(yùn)動(dòng)的速度大B 兩個(gè)直線運(yùn)動(dòng)的合運(yùn)動(dòng)一定是直線運(yùn)動(dòng)C 兩個(gè)分運(yùn)動(dòng)的時(shí)間一定與合運(yùn)動(dòng)的時(shí)間相等D 合運(yùn)動(dòng)的加速度一定比每個(gè)分運(yùn)動(dòng)的加速度大 3 2012年佛山高一期末 寬為d的一條河 越靠近河中心水的流速越大 小船在靜水中的速度為v0 渡河時(shí)船頭垂直河 C 岸 則下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是 dA 渡河時(shí)間為v0 B 用此種方式渡河 所用的時(shí)間最短C 小船渡河的軌跡為直線D 小船到達(dá)河中心時(shí)速度最大 4 雙選 2012年中山高一期末 當(dāng)船速大于水速時(shí) 下列 關(guān)于渡船的說(shuō)法正確的是 BD A 船頭方向斜向上游 渡河時(shí)間最短B 船頭方向垂直河岸 渡河時(shí)間最短C 當(dāng)水流速度變大時(shí) 渡河的最短時(shí)間變長(zhǎng)D 當(dāng)水流速度變化時(shí) 渡河的最短時(shí)間不變 知識(shí)點(diǎn)3 曲線運(yùn)動(dòng)的條件 如圖5 1 9所示 將圓弧形滑軌放在鋪了一層白紙的平滑桌面上 使其底端與桌面相切 讓小鐵球從圓弧形滑軌滾下以獲得一定的初速度 為便于觀察 在離開(kāi)滑軌處沿小鐵球運(yùn)動(dòng)方向用直尺在白紙上畫一直線 圖5 1 9 討論 水平向左 水平向左 直線 1 圖甲中 小鐵球從滑軌滾下時(shí) 速度方向 由于磁鐵對(duì)小鐵球的吸引 小鐵球在桌面上受到的合外力方向 初速度方向和合外力方向在同一 上 小鐵球 在桌面上做加速直線運(yùn)動(dòng) 水平向左 指向磁鐵 2 圖乙中 小鐵球從滑軌滾下時(shí) 速度方向 由于磁鐵對(duì)小鐵球的吸引 小鐵球在桌面上受到的合外力方向 初速度方向和合外力方向 同一直線上 小鐵 球在桌面上做 運(yùn)動(dòng) 曲線 合外力 初速度 3 當(dāng)物體所受的 方向與 方向在同一直線上時(shí) 物體做直線運(yùn)動(dòng) 不在同一直線上時(shí) 物體做曲線運(yùn)動(dòng) 不在 1 物體做曲線運(yùn)動(dòng)的條件 1 條件 當(dāng)物體受到的合外力與其運(yùn)動(dòng)方向不共線時(shí) 物體將做曲線運(yùn)動(dòng) 與其受到的合外力大小及合外力是否變化無(wú)關(guān) 2 合外力的作用效果 研究曲線運(yùn)動(dòng)時(shí) 可將物體所受的合外力沿速度方向 切線 和垂直速度的方向 法線 進(jìn)行分解 如圖5 1 10所示 切線方向上的分力F1將產(chǎn)生切向加速度 其作用是改變速度的大小 而垂直速度方向上的分力F2將產(chǎn)生法向 向心 加速度 其作用是改變速度的方向 圖5 1 10 圖5 1 11 3 合外力與軌跡的關(guān)系 物體在做曲線運(yùn)動(dòng)時(shí) 它所受的合外力總是指向運(yùn)動(dòng)軌跡曲線的凹側(cè) 物體的加速度也指向該曲線的凹側(cè) 也就是說(shuō)運(yùn)動(dòng)軌跡向合外力的方向偏轉(zhuǎn) 即物體的運(yùn)動(dòng)軌跡夾在速度矢量與合外力矢量之間 如圖5 1 11所示 2 質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)性質(zhì)的判斷 1 a 或F 跟v在同一直線上時(shí)物體做直線運(yùn)動(dòng) a恒定時(shí) 做勻變速直線運(yùn)動(dòng) a變化時(shí)做變加速直線運(yùn)動(dòng) 2 a 或F 跟v不在同一直線上時(shí)物體做曲線運(yùn)動(dòng) a恒定 時(shí)做勻變速曲線運(yùn)動(dòng) a變化時(shí)做變加速曲線運(yùn)動(dòng) 3 判斷兩個(gè)互成角度的直線運(yùn)動(dòng)的合運(yùn)動(dòng) 1 兩個(gè)分運(yùn)動(dòng)是勻速直線運(yùn)動(dòng) 則合運(yùn)動(dòng)是勻速直線運(yùn)動(dòng) 2 有加速度時(shí) 加速度恒定 為勻變速運(yùn)動(dòng) 加速度變化 為變加速運(yùn)動(dòng) v a同向 物體做勻加速直線運(yùn)動(dòng) v a反向 物體做 勻減速直線運(yùn)動(dòng) v a成角度 物體做變速曲線運(yùn)動(dòng) 軌跡在v a之間 和速度v的方向相切 逐漸向a的方向接近 但不可能達(dá)到 如圖5 1 12所示 圖5 1 12 例3 質(zhì)點(diǎn)在力F1 F2 F3的作用下做勻速直線運(yùn)動(dòng) 若突然撤去F1 則該質(zhì)點(diǎn) A 可能做曲線運(yùn)動(dòng) B 可能做勻速直線運(yùn)動(dòng) C 一定做勻變速直線運(yùn)動(dòng) D 一定做變速曲線運(yùn)動(dòng) 解析 由題意可知 F1 F2 F3的合外力為零 當(dāng)撤去F1后 質(zhì)點(diǎn)受到的合外力與F1方向相反 大小相等 因而質(zhì)點(diǎn)所受的合外力恒定 當(dāng)F1的方向與v的方向在同一直線上時(shí) 物體做勻變速直線運(yùn)動(dòng) 當(dāng)F1的方向與v的方向不在同一直線上時(shí) 質(zhì)點(diǎn)做勻變速曲線運(yùn)動(dòng) 故A正確 答案 A 觸類旁通 5 雙選 下列說(shuō)法正確的是 CD A 物體在恒力作用下不可能做曲線運(yùn)動(dòng)B 物體在變力作用下不可能做直線運(yùn)動(dòng)C 物體在變力或恒力作用下都有可能做曲線運(yùn)動(dòng)D 物體在變力或恒力作用下都有可能做直線運(yùn)動(dòng)解析 合外力方向與速度方向在同一直線上時(shí) 物體做直線運(yùn)動(dòng) 合外力恒定 物體做勻變速直線運(yùn)動(dòng) 合外力變化 物體做非勻變速直線運(yùn)動(dòng) 反之 合外力方向與速度方向不在同一直線上時(shí) 物體做曲線運(yùn)動(dòng) 合外力可以恒定 也可以變化 6 若已知物體運(yùn)動(dòng)的初速度v0的方向及它受到的恒定合外力F的方向 下列圖中a b c d分別表示物體運(yùn)動(dòng)的軌跡 其中正確的是 B 解析 物體在做曲線運(yùn)動(dòng)時(shí) 它所受的合外力總是指向物體運(yùn)動(dòng)軌跡的凹側(cè) 且它的運(yùn)動(dòng)軌跡夾在速度矢量與合外力矢量之間 連帶問(wèn)題的速度分解 1 主要是指由繩子 桿端所連接的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題 易錯(cuò)的地方是 分不清哪個(gè)是合運(yùn)動(dòng)哪個(gè)是分運(yùn)動(dòng) 2 解題方法 1 找合速度 連接點(diǎn) 包括繩端 桿端或其端點(diǎn)所連接的物體 的實(shí)際運(yùn)動(dòng)才是合運(yùn)動(dòng) 注意 沿繩或桿方向的運(yùn)動(dòng)一般不是合運(yùn)動(dòng) 只有它們與實(shí) 際運(yùn)動(dòng)方向相同時(shí)才是合運(yùn)動(dòng) 2 分解速度 將各端點(diǎn)的合速度沿繩或桿的方向及與繩或桿 垂直的方向分解 3 關(guān)聯(lián) 合速度在沿繩或桿方向的分速度與繩端或桿端的速 度大小和方向都相等 例4 如圖5 1 13所示 汽車以v0的速度用繩子通 過(guò)滑輪勻速牽引船前進(jìn) 試求船的速度為多大 圖5 1 13 錯(cuò)因 誤認(rèn)為船的速度大小等于繩子的速度大小 如圖5 1 14所示 設(shè)船的速度為v 根據(jù)矢量分解法則 可以得到v v0cos 圖5 1 14 觸類旁通 7 如圖5 1 15所示 放在墻角的均勻直桿的A端靠在豎直墻壁上 B端放在水平地面上 當(dāng)滑到圖示位置時(shí) B端速度為v 則A端速度為 為已知 圖5 1 15 同學(xué)們 來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全