2019-2020年高中物理 第一章 拋體運動 第一節(jié) 什么是拋體運動教學案 粵教版必修2.doc

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2019-2020年高中物理 第一章 拋體運動 第一節(jié) 什么是拋體運動教學案 粵教版必修2 1.物體以一定的初速度向空中拋出，僅在重力作用下的運動叫拋體運動。 2．曲線運動中，質點在某一時刻(或某一位置)的速度方向就是曲線上這點的切線方向，并指向質點前進的方向。 3．曲線運動的速度方向時刻都在改變，故曲線運動一定是變速運動。 4．物體做曲線運動的條件是物體所受合力的方向與它的速度方向不在同一直線上。 一、拋體運動的速度方向 1．拋體運動 將物體以一定的初速度向空中拋出，僅在重力作用下物體所做的運動叫做拋體運動。 2．拋體運動的速度方向 (1)在曲線運動中，質點在某一時刻(或某一位置)的速度方向就是曲線上這點的切線方向。 (2)做拋體運動的質點的速度方向，在其運動軌跡各點的切線方向上，并指向質點前進的方向。 (3)質點在曲線運動中速度的方向時刻在改變，即具有加速度，所以曲線運動是一種變速運動。 二、拋體做直線或曲線運動的條件 1．拋體做直線運動的條件 拋出時的速度方向在豎直方向上。 2．物體做曲線運動的條件 當物體所受合力的方向(即物體加速度的方向)與它的速度方向不在同一直線上時，物體就做曲線運動。 1．自主思考——判一判 (1)拋體運動都是曲線運動。() (2)曲線運動的速度大小和方向一定同時改變。() (3)曲線運動一定是變速運動。(√) (4)物體做曲線運動時，合力一定是變力。() (5)物體做曲線運動時，合力一定不為零。(√) (6)物體做曲線運動時，加速度一定不為零。(√) 2．合作探究——議一議 (1)花樣滑冰以美妙絕倫的舞姿深受人們喜愛，某花樣滑冰運動員正在冰面上進行精彩表演，為了描述她的位置及位置變化，應建立何種坐標系？ 圖111 提示：花樣滑冰運動員在冰面上做曲線運動，應建立平面直角坐標系。 (2)廣場上，噴泉射出的水柱在空中劃出一道道美麗的弧線，令人賞心悅目。那么，斜射出水流的速度大小和方向是如何變化的呢？ 圖112 提示：水流速度的大小先減小后增大，方向先斜向上然后逐漸變?yōu)樾毕蛳隆? 對曲線運動的理解 1．曲線運動的速度：曲線運動的速度方向與該時刻運動軌跡曲線上相應點的切線方向相同，速度的方向時刻在發(fā)生變化。 2．曲線運動的性質：由于做曲線運動的物體的速度方向時刻在變化，不管速度大小是否變化，因其矢量性，物體的速度時刻在變化，所以曲線運動一定是變速運動。 3．運動的五種類型 軌跡特點 加速度特點 運動性質 直線 加速度為零 勻速直線運動 加速度不變 勻變速直線運動 加速度變化 變加速直線運動 曲線 加速度不變 勻變速曲線運動 加速度變化 變加速曲線運動 [典例]　翻滾過山車是大型游樂園里比較刺激的一種娛樂項目。如圖113所示，翻滾過山車(可看成質點)從高處沖下，過M點時速度方向如圖所示，在圓形軌道內(nèi)經(jīng)過A、B、C三點。下列說法正確的是(　　) 圖113 A．過山車做勻速運動 B．過山車做變速運動 C．過山車受到的合力等于零 D．過山車經(jīng)過A、C兩點時的速度方向相同 [思路點撥]　解答本題可按以下思路分析： [解析]　過山車做曲線運動，其速度方向時刻變化，速度是矢量，故過山車的速度是變化的，即過山車做變速運動，A錯，B對；做變速運動的物體具有加速度，由牛頓第二定律可知物體所受合力一定不為零，C錯；過山車經(jīng)過A點時速度方向豎直向上，經(jīng)過C點時速度方向豎直向下，D錯。 [答案]　B 曲線運動性質的兩種判斷方法 (1)看物體的合外力。若物體的合外力為恒力，則它做勻變速曲線運動；若物體的合外力為變力，則它做非勻變速曲線運動。 (2)看物體的加速度。若物體的加速度不變，則它做勻變速曲線運動；若物體的加速度變化，則它做非勻變速曲線運動。 1.做曲線運動的物體，在運動過程中，一定發(fā)生變化的物理量是(　　) A．速率　　　　　　　 　B．速度 C．加速度 D．合力 解析：選B　曲線運動物體的速度方向一定變化，但大小可能變，也可能不變，B正確，A錯誤；做曲線運動的物體所受合外力一定不為零，一定具有加速度，但合外力、加速度可能不變，也可能變化，故C、D錯誤。 2.跳水運動是一項難度很大又極具觀賞性的運動，我國運動員多次在國際跳水賽上摘金奪銀，被譽為跳水“夢之隊”，如圖114是一位跳水隊員從高臺做“反身翻騰二周半”動作時頭部的運動軌跡，最后運動員沿豎直方向以速度v入水，整個過程中，有幾個位置頭部的速度方向與入水時v的方向垂直(　　) 圖114 A．2個 B．3個 C．4個 D．5個 解析：選D　運動員做曲線運動，入水時速度方向豎直向下；由于曲線運動的速度方向為該點軌跡的切線方向，圖中共有5個位置，頭部的速度方向是水平的，故D正確。 3．如圖115所示為一個做勻變速曲線運動的質點的軌跡示意圖，已知在B點時的速度與加速度相互垂直，則下列說法中正確的是(　　) 圖115 A．D點的速率比C點的速率大 B．A點的加速度與速度的夾角小于90 C．A點的加速度比D點的加速度大 D．從A到D加速度與速度的夾角先增大后減小 解析：選A　質點做勻變速曲線運動，加速度不變，故C錯誤。由B點速度與加速度相互垂直可知，加速度方向與B點切線垂直且向下，故質點由C到D的過程，加速度方向與速度方向的夾角小于90，速率增大，A正確。A點的加速度方向與A點的切線，即速度方向的夾角大于90，B錯誤。從A到D加速度與速度的夾角一直變小，D錯誤。 對曲線運動條件的理解 1．物體做曲線運動的條件 (1)動力學條件：物體所受的合力方向與速度方向不共線。 (2)運動學條件：加速度與速度方向不共線。 2．物體做曲線運動時，關于受力(加速度)的幾個關系 (1)合外力與運動軌跡的關系：物體運動時其軌跡總偏向合外力所指的一側，或者說合外力總指向運動軌跡的凹側。 (2)合外力與速率變化的關系 ①合外力方向與速度方向夾角為銳角時，物體做速率越來越大的曲線運動。 ②合外力方向與速度方向夾角為直角時，物體做速率不變的曲線運動。 ③合外力方向與速度方向夾角為鈍角時，物體做速率越來越小的曲線運動。 [典例]　如圖116所示，一物體以速度v運動，到達位置A開始受到向前但偏右的(觀察者沿物體的運動方向看，下同)合力，到達B時，合力改成與前進方向相同，到達C時，合力又突然改成向前但偏左，最終到達D。以下四圖表示物體全程的運動軌跡，正確的是(　　) 圖116 [思路點撥]　合力F一定指向曲線的內(nèi)側，按照軌跡的方向，逐步分析即可。 [解析]　軌跡與速度方向相切，而不是與力，故B錯誤；軌跡往合力方向彎曲，但B點速度偏轉不可能超過合力，故C錯誤；而且B點速度方向也不能發(fā)生突變，故D錯誤；只有A正確。 [答案]　A 曲線運動的軌跡特點 (1)做曲線運動的物體，運動軌跡不斷改變，其改變后的軌跡處在運動方向與合外力方向構成的夾角之間，且偏向合外力所指的一側。 (2)若物體在恒力作用下做曲線運動，物體的運動軌跡越來越接近力的方向，但不會與力的方向相同。 1．在越野賽車時，一輛賽車在水平公路上減速轉彎，從俯視圖中可以看到賽車沿曲線由M向N行駛。下圖中分別畫出了汽車轉彎時所受合力F的四種方向，你認為正確的是(　　) 解析：選C　賽車做的是曲線運動，賽車受到的合力應該指向運動軌跡彎曲的內(nèi)側，由于賽車是從M向N運動的，并且速度在減小，所以合力與賽車的速度方向的夾角要大于90，故C正確。 2．(多選)物體受到幾個恒力的作用而處于平衡狀態(tài)，若再對物體施加一個恒力，則物體可能(　　) A．靜止或做勻速直線運動 B．做勻變速直線運動 C．做變加速曲線運動 D．做勻變速曲線運動 解析：選BD　物體處于平衡狀態(tài)，則原來幾個力的合力一定為零，現(xiàn)受到另一個恒力作用，物體一定做勻變速運動，故選項A錯誤。若物體原來靜止，則現(xiàn)在一定做勻加速直線運動；若物體原來做勻速直線運動，且速度與恒力的方向共線，則現(xiàn)在做勻變速直線運動，故選項B正確。若速度與恒力的方向不在同一直線上，則物體做曲線運動，且因為力是恒力，加速度也是恒定的，因此物體做勻變速曲線運動，D正確，C錯誤。 3.如圖117所示為一質點在恒力F作用下在xOy平面上從O點運動到B點的軌跡，且在A點時的速度vA與x軸平行，則恒力F的方向可能是(　　) 圖117 A．沿＋x方向　　 　B．沿－x方向 C．沿＋y方向　　 　D．沿－y方向 解析：選D　根據(jù)做曲線運動的物體所受合外力指向曲線內(nèi)側的特點，質點在O點受力方向可能沿＋x方向或－y方向，而在A點速度方向沿＋x可以推知恒力方向不能沿＋x方向，但可以沿－y方向，所以D項正確。 1．(多選)下列說法中正確的是(　　) A．做曲線運動的物體，速度方向一定變化 B．速度方向發(fā)生變化的運動一定是曲線運動 C．速度變化的運動一定是曲線運動 D．做曲線運動的物體一定具有加速度 解析：選AD　做曲線運動的物體，其運動軌跡上某點的切線方向表示速度的方向，切線方向是時刻變化的，故速度方向一定變化，A正確。向空中豎直上拋一小球，小球減速至最高點后又反向做加速運動，小球在運動中速度的方向和大小都發(fā)生了改變，但其運動是直線運動，B、C錯誤。做曲線運動的物體的速度一定是變化的，即Δv≠0，故物體一定具有加速度，D正確。 2．(多選)(全國乙卷)一質點做勻速直線運動?，F(xiàn)對其施加一恒力，且原來作用在質點上的力不發(fā)生改變，則(　　 ) A．質點速度的方向總是與該恒力的方向相同 B．質點速度的方向不可能總是與該恒力的方向垂直 C．質點加速度的方向總是與該恒力的方向相同 D．質點單位時間內(nèi)速率的變化量總是不變 解析：選BC　質點原來做勻速直線運動，說明所受合外力為0，當對其施加一恒力后，恒力的方向與原來運動的速度方向關系不確定，則質點可能做直線運動，也可能做曲線運動，但加速度的方向一定與該恒力的方向相同，選項B、C正確。 3.如圖1所示，籃球沿優(yōu)美的弧線穿過籃筐，圖中能正確表示籃球在相應點速度方向的是(　　) 圖1 A．v1　　　　　　　　　 　B．v2 C．v3 D．v4 解析：選C　依據(jù)曲線運動特征可知：物體做曲線運動時，任意時刻的速度方向是曲線上該點的切線方向，所以圖中能正確表示籃球在相應點速度方向的只有v3，故C正確。 4．(多選)下列關于力和運動關系的說法中，正確的是(　　) A．物體做曲線運動，一定受到了力的作用 B．物體做勻速運動，一定沒有力作用在物體上 C．物體運動狀態(tài)變化，一定受到了力的作用 D．物體受到摩擦力作用，運動狀態(tài)一定會發(fā)生改變 解析：選AC　物體做曲線運動，一定受到與速度不在同一直線上的力的作用，A對；勻速運動的物體所受合力為零，并不是不受力的作用，B錯；力是改變物體運動狀態(tài)的原因，C對；受摩擦力作用仍可能處于平衡狀態(tài)，D錯。 5．質點在某一平面內(nèi)沿曲線由P運動到Q，如果用v、a、F分別表示質點運動過程中的速度、加速度和受到的合外力。則下列選項中可能正確的是(　　) 解析：選D　質點做曲線運動時，速度方向是曲線上這一點的切線方向，選項A錯誤；質點所受合外力和加速度的方向指向運動軌跡的凹側，選項B、C錯誤，只有選項D正確。 6. (多選)如圖2所示，小鐵球m以初速度v0在光滑的水平面上運動。后來受到磁鐵的作用力而做圖示的曲線運動到達P點。據(jù)圖判斷磁鐵的位置可能在(　　) 圖2 A．A點　　　　　　 　B．B點 C．C點 D．D點 解析：選BD　小鐵球受到磁鐵的引力一定指向軌跡的凹側，故磁鐵可能在B、D兩點。 7.如圖3所示，物體在恒力F的作用下沿曲線從A運動到B，這時突然使它所受外力反向，大小不變，在這樣的力作用下，關于物體以后的運動情況，下列說法中正確的是(　　) 圖3 A．物體沿曲線Ba運動 B．物體沿直線Bb運動 C．物體沿曲線Bc運動 D．物體沿曲線從B又返回A 解析：選C　根據(jù)曲線運動的條件，做曲線運動的物體受到的合力的方向與曲線AB上各點的速度方向(即切線方向)都不在一條直線上，其方向應是由曲線AB上的各點指向曲線彎曲的內(nèi)側，如圖所示的F1是在A點時恒力F的可能方向之一。當物體運動到B點時，恒力F突然反向后與B點的速度方向仍不在同一條直線上，所以物體繼續(xù)做曲線運動，而不可能沿直線Bb運動，同時反向后的恒力-F1應指向B點之后的曲線彎曲的內(nèi)側，故物體不可能沿曲線Ba運動，也不可能沿原曲線由B返回A，只可能沿曲線Bc運動，因此C正確。 8.如圖4所示為某一物體的速度—時間圖像(曲線為圓弧)，則由此可知物體是做(　　) 圖4 A．曲線運動 B．勻速直線運動 C．勻變速直線運動 D．變減速直線運動 解析：選D　本圖像不是物體運動的軌跡，而是物體運動的vt圖像。據(jù)題圖可知，物體運動的速度方向一直為正方向，其大小逐漸減小，斜率逐漸增大，即物體做加速度逐漸增大的變減速直線運動。所以本題的正確選項為D。 9．物體由靜止開始自由下落一小段時間后，突然受一恒定水平向右的風力的影響，但著地前一小段時間風突然停止，則其運動軌跡的情況可能是下列圖中的(　　) 解析：選C　第一階段：開始下落一小段時間內(nèi)，小球做自由落體運動，其運動軌跡為直線。第二階段：小球受風力影響，且水平風力和重力的合力F與vA成一夾角，物體開始做勻變速曲線運動。軌跡為如圖所示的AB曲線。第三階段：假設小球運動到B點時風力突然停止，由于小球在B的速度vB的方向沿軌跡的切線方向，則它在重力的作用下將沿曲線BC運動。綜上所述，C正確。 10．(多選)在光滑水平面上有一質量為2 kg的物體，受幾個共點力作用做勻速直線運動?，F(xiàn)突然將與速度方向相反、大小為2 N的力水平旋轉90，則下列關于物體運動情況的敘述中正確的是(　　) A．物體做速度大小不變的曲線運動 B．物體做加速度為 m/s2的勻變速曲線運動 C．物體做速度越來越大的曲線運動 D．物體做非勻變速曲線運動，其速度越來越大 解析：選BC　物體原來所受合外力為零，當將與速度方向相反、大小為2 N的力水平旋轉90后其受力如圖所示，其中F是Fx、Fy的合力，即F＝2 N，且大小、方向都不變，是恒力，故物體的加速度為a＝＝ m/s2＝ m/s2，且恒定。又F與v的夾角θ<90，所以物體做速度越來越大、加速度恒為 m/s2的勻變速曲線運動。選項B、C正確。 11.如圖5所示，物體做圓周運動，在A點物體所受的合外力F既不與速度的方向垂直也不與速度的方向在一條直線上，此時我們可以將F進行正交分解，使一個分力F1與速度v的方向垂直，另一個分力F2與速度方向平行，其中分力F1只改變速度的________，分力F2只改變速度的________。F與v的夾角為α，當α＝0時，F(xiàn)1＝0，物體做________________運動；α＝90時，F(xiàn)2＝0，物體的速率__________；α為銳角時，物體運動的速率________。 圖5 解析：曲線運動中，物體的合外力可以分解為垂直物體速度的法向分力和與速度共線的切向分力，法向分力只 改變速度的方向，切向分力只改變速度的大小，切向分力與速度同向，物體做加速運動，反向則物體做減速運動。 答案：方向　大小　加速直線　不變　增加 12.如圖6所示，為一空間探測器的示意圖，P1、P2、P3、P4是四個噴氣發(fā)動機，P1、P3的連線與空間一固定坐標系的x軸平行，P2、P4的連線與y軸平行，每臺發(fā)動機開動時，都能向探測器提供推力，但不會使探測器轉動。開始時，探測器以恒定的速率v0向正x方向平移。 圖6 (1)單獨分別開動P1、P2、P3、P4，探測器將分別做什么運動？ (2)單獨開動P2和P4，探測器的運動有什么不同。 解析：(1)單獨開動P1時，力沿－x方向，故探測器做勻減速直線運動；單獨開動P3時，探測器做勻加速直線運動；單獨開動P2或P4時，探測器做勻變速曲線運動。 (2)單獨開動P2時，探測器在坐標系中第Ⅰ象限內(nèi)做曲線運動，軌跡向上彎曲；單獨開動P4，探測器在坐標系第Ⅳ象限內(nèi)做曲線運動，運動軌跡向下彎曲。 答案：見解析