高中三年级物理必修2第二课时课件.ppt

第六章 曲线运动,人教版,物理,必修,第六章 曲线运动,力学是关于运动的科学，它的任务是以完备而又简单的方式描述自然界中发生的运动。,-,基尔霍夫,三、,教学要求与建议,曲线运动,运动的合成与分解,探究平抛运动的规律,抛体运动的规律,圆周运动,向心加速度,向心力,生活中的圆周运动,第一节 曲线运动,(,一,),曲线运动,物体的运动轨迹是曲线的运动叫做曲线运动，曲线运动的速度方向在不断的变化。,(,二,),曲线运动的速度方向,(,二,),曲线运动的速度方向,(,二,),曲线运动的速度方向,A,B,曲线运动物体在某一点的速度方向，沿曲线在这一点的切线方向。,做一做,问题与练习,(,三,),物体做曲线运动的条件,(,三,),物体做曲线运动的条件,抛体运动,人造地球卫星的运动,地球,v,F,当物体所受合力的方向跟它的速度方向不在同一直线时，物体做曲线运动。,第二节 运动的合成与分解,做一做,将三角尺沿直尺向右运动，将铅笔沿三角尺的直角边由下而上运动。观察画出的线；思考铅笔的运动由哪些运动组成的。,思考：,在三角板与铅笔同时运动过程中，你能否画出一条直线？,(1),只要速度大小相等,(2),两个方向只要均为匀速运动,(3),两个方向变速运动也可以,操作后思考与讨论，可能结果有：,没有结论也可以！,实 验,(1),两个运动可以组合成一个运动,(,一,),运动的合成与分解,(2),同样一个运动可以同时看到两个运动效果,(3),从实验看出，两个相互垂直的匀速直线运动的合运动是直线运动,问题：,(3),两个不相互垂直的匀速直线运动的合运动是直线运动吗？,(1),能否证明两个匀速直线运动的合运动的轨迹是直线？,(2),能否通过分运动研究合运动？,(4),两个变速直线运动的合运动可能为直线运动吗？,问题一：,如果一个蜡块在,x,方向以速度,v,x,做匀速直线运动，在,y,方向以速度,v,y,做匀速直线运动，试分析：,(1),蜡块的运动轨迹,(2),蜡块的运动速度,结论：,(1),匀速直线运动的合运动是直线运动,(2),匀速直线运动的合运动是匀速直线运动，合速度与分速度满足平行四边形定则。,问题二：,如果蜡块在,x,方向做初速度为零，加速度为,a,x,的匀加速直线运动，在,y,方向做初速度为零，加速度为,a,y,的匀加速直线运动，试分析：,(1),蜡块的运动轨迹,(2),蜡块的合运动是什么性质的运动,结论：,(1),初速度为零的匀加速直线运动的合运动是直线运动,(2),合运动是匀变速直线运动，合加速度满足平行四边形定则。,问题三：,如果蜡块在,x,方向做初速度为,v,x,，加速度为,a,x,的匀加速直线运动，在,y,方向做初速度为,v,y,，加速度为,a,y,的匀加速直线运动，则：蜡块的运动轨迹可能为直线吗？,结论：,有可能，只要合速度与合加速度在同一直线运动上。,问题四：,如果蜡块在,x,方向做初速度为零，加速度为,a,x,的匀加速直线运动，在,y,方向以,v,y,的速度做匀速直线运动，则运动轨迹是直线吗？,结论：,只能是曲线，因为合速度与合加速度不在同一直线上。,一只蚂蚁在如图的一张白纸上,(,宽,20cm),从,A,点沿垂直于长边的直线以,4mm/s,的速度爬行，纸沿长边以,3mm/s,的速度匀速运动，则：,(1),蚂蚁相对于静止的桌面运动的速度。,(2),蚂蚁爬行到,B,点时，,B,点移动的距离。,【,例,1】,A,B,结论：两个分运动具的等时性,B,一只蚂蚁在如图的一张白纸上,(,宽,20cm),从,A,点沿垂直于长边的直线以,4mm/s,的速度爬行，纸沿长边以,3mm/s,的速度匀速运动，则：,(1),如果蚂蚁要运动到桌面上的,B,点，它朝什么方向运动。,(2),此时蚂蚁相对静止的桌面速度大小为多少？,【,例,2】,A,B,结论：蚂蚁运动的合速度要垂直于长度，或蚂蚁的速度在长边方向的分速度大小要等于纸的速度大小，方向相反。,B,一只蚂蚁在如图的一张白纸上,(,宽,20cm),从,A,点沿垂直于长边的直线以,4mm/s,的速度爬行，纸沿长边以,3mm/s,的速度匀速运动，则：,蚂蚁要运动到纸的对边，最短时间是多少？,【,例,3】,A,B,结论：蚂蚁沿,AB,直线爬行。,B,如果一条船在静水中的速度为,4m/s,，水流动的速度为,3m/s,，船要到达正对岸，则：,(1),船头方向。,(2),渡河的时间。,【,例,4】,结论：与蚂蚁在纸上爬行是一样的物理模型。,（二）船渡河问题,问题与练习,第三节 探究平抛运动的规律,（一）平抛运动,(1),初速度水平,(2),只在重力作用下,问题,1,：一个物体以,20m/s,的初速度水平抛出，抛出点距地面,20m,高，求：,(1),物体飞行时间。,(2),物体飞行的水平距离。,(3),物体落地的速度大小与方向。,（二）如何研究它的两个分运动是什么性质的运动？,方法一：理论探究,由牛顿第二定律可知：,平抛运动的物体在水平方向上不受任何处力，,则在水平方向的分运动的速度不会改变，则水平,方向上做匀速运动。平抛运动的物体在竖直方向上的初速度为零，,而又只受重力的作用，所以加速度为,g,，,则竖直,上做自由落体运动。,方法二：实验探究,方法三：实验探究,(1),竖直方向分运动的实验探究：,同时做平抛与自由落体的两个,小球在任意高度均能同时落地，这,说明它们竖直方向的运动是相同的，,则平抛运动的竖直方向的分运动为,自由落体运动。,方法三：实验探究,(2),水平方向分运动,的实验探究：,x,y,描出平抛运动的轨迹,在水平与竖直方向取一直角坐标,在,y,轴上从原点开始向下依次取,h,、,4h,、,9h,、,16h,，,的点。过这些点作水平线与轨迹的交点，就是经过相等时间物体到达的位置。,测量两相邻位置间的水平位移，分析这些位移的特点。,平抛运动：,(1),水平方向上以初速度做匀速直线运动；,(2),竖直方向上做自由落体运动。,注意：平抛运动是匀变速曲线运动。,探究结论：,教材的做法,必修,参考案例,2,、水平方向的运动规律,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,说一说,某同学使小球沿课桌水平飞出，用前面所说数码照相机来拍摄小球做平抛运动的录像（每秒,15,帧），并将小球运动的照片打印出来。请问：他大约可以得到几帧小球正在空中运动的照片？,参考案例,3,、水平方向的运动规律,第四节 抛体运动的规律,平抛运动轨迹方程,平抛运动轨迹方程,尝试导出斜抛物体轨迹方程,某人在平台上平抛一小球，球离手时的速度为,v,1,，落地时速度为,v,2,，不计空气阻力，下图中能表示出速度矢量的演变过程的是,(),【,例,1】,A,物体以,20m/s,初速度水平抛出，,1s,末速度多少？,2s,末速度是多少？第,1s,速度变化多少？第,2s,速度变化多少？,【,例,2】,物体做平抛运动，在任意相等时间内的,速度变化量相同，方向总是竖直向下。,将甲、乙、丙三个小球同时水平抛出后落在同一水平面上，已知甲和乙抛出点的高度相同，乙和丙抛出时的速度相同，下列判断中正确的是（）,A.,甲和乙一定同时落地,B.,乙和丙一定同时落地,C.,甲和乙水平射程一定相同,D.,乙和丙水平射程一定相同,【,例,3】,A,平抛运动的物体，飞行时间只跟高度有关，水平,射程不仅与高度有关，还跟初速度大小有关。,如图为某小球做平抛运动时，用闪光照相的方法获得的相片的一部分，图中背景方格的边长为,5cm,，,g,=10m/s,2,，,并把这一部分放在图中的坐标系内，则：（,1,）小球平抛运动的初速度,v,0,=,_,m/s,；（,2,）闪光的时间间隔,_s,；（,3,）小球过,A,点的速率,v,A,=,_,m/s,。（,4,）抛出点的坐标是,_,x,y,O,【,例,4】,1.5,0.1,1.8,(-5cm,0),宇航员站在一星球表面上的某高处沿水平方向抛出一个小球，经过时间,t,，小球落到星球表面，测得抛出点与落地点之间的距离为,L,若抛出时的初速度增大到,2,倍，测得抛出点与落地点之间的距离为 。已知两落地点在同一水平面上，求该星球的重力加速度,g,【,例,5】,质量为,1kg,的质点开始时在,xoy,平面上的原点,o,某一时刻受到沿,+x,方向的恒力,F,1,作用，其大小为,2N,.,若力作用一段时间,t,0,后撤去，又经过,2s,，质点恰好通过该平面上的,A,点，,A,点的坐标为,x,=12m,y,=16m,.,求：,（,1,）为使质点按题设要求通过,A,点，在撤去力,F,1,的同时对质点施加一个沿,y,方向的恒力,F,2则这个力应为多大？,（,2,）力,F,1,作用的时间,t,0,【,例,6】,如图所示，斜面倾角,为,30,，小球从斜面上的,A,点以初速度,v,0,水平抛出，恰好落到斜面上的,B,点求：,(1),AB,间的距离；,(2),小球从,A,到,B,运动的时间；,(3),小球何时离开斜面的距离最大？,【,例,7】,第五节 圆周运动,（一）圆周运动,运动轨迹是圆周的运动,常见的圆周运动,讨论：,如何描述自行车的链轮、飞轮和后轮运动情况？,链轮,飞轮,后轮,自行车中的转动,1.,线速度,(,v,),：,方向：沿切线方向,速率不变的圆周运动,匀速圆周运动：,匀速率,描述做圆周运动物体的运动快慢。,公式：二）描述圆周运动的物理量：,2.,角速度,(,),公式：,描述圆周运动物体的转动快慢。,国际单位：弧度,/,秒,(,rad/s,),3.,转速（,n,）,单位时间所转过的圈数,7200,转,4.,周期（,T,）,做匀速圆周运动的物体，经过一周所用的时间。,单位：转,/,秒,(,r/s,),或 转,/,分,(r/min),单位：秒,(s),1,、线速度,(,v,),2,、角速度,(,),3,、转速,(,n,),4,、周期,(,T,),（三）几个物理量之间的关系：,对自行车三轮转动的描述,C,B,A,(1),A,、,B,的线速度相同,(2),B,、,C,的角速度相同,(3),B,、,C,比,A角速度大,(4),C,比,A,、,B,线速度大,问题研究：,C,B,A,(1),要测量哪些物理量？,(2),写出自行车正常行驶的速度与测量量之间的关系,如何估算你骑自行车的正常速度,(3),估算正常行驶的速度,第六节 向心加速度,（一）观察与思考,思考：,几种圆周运动的实例中，物体做圆周运动的加速度方向应该指向什么方向？,1.,物体做变速直线运动：,（二）速度的变化量的讨论,v,0,v,t,v,v,0,v,t,v,v,t,v,0,v,-v,0,2.,物体做曲线运动：,3.,物体做圆周运动：,（三）匀速圆周运动的加速度,v,v,v,v,如果时间足够短，,足够小：,方向：指向圆心,a,v,1.,做匀速圆周运动物体的加速度大小：,2.,做匀速圆周运动物体的加速度方向：,始终指向圆心,(,所以叫向心加速度,),。,注意：,匀速圆周运动是变加速运动。,（三）匀速圆周运动的加速度,教材的做法,第七节 向心力,（一）观察与思考,（一）观察与思考,（二）向心力的大小,匀速圆周运动,根据牛顿第二定律,向心加速度,指向圆心的合力,向心力,根据牛顿第二定律：,向心力的表达式：,（二）向心力的大小,实验装置介绍,(,图,),3.,实验设计：,（三）向心力表达式的验证（课本）：,（三）向心力表达式的验证（传感器）：,验证向心力与速度平方成正比,验证向心力与角速度平方成正比,验证在线速度一定的情况下，半径越大需要的向心力越小,验证在角速度一定的情况下，半径越大需要的向心力越大,1.,实验目的：,如果在控制质量与半,径不变，测定在不同速,度下的向心力，画出,F,n,与,v,2,的图象，如果是通过,原点的直线，则向心力,正比于速度的平方。,2.,实验原理：,F,n,v,2,0,v,F,n,r,如果在控制质量与半,径不变，测定在不同角,速度下的向心力，画出,F,n,与,2,的图象，如果是,通过原点的直线，则向,心力正比于速度的平方,2.,实验原理：,F,n,2,0,F,n,r,如果在控制质量不变，,分别绘出在不同半径下的,F,n,-,v,2,图象，如果半径大，,直线的斜率小，则说明半,径越大，向心力越小。,2.,实验原理：,F,n,v,2,0,v,F,n,r,如果在控制质量不变，,分别绘出在不同半径下的,F,n,-,2,图象，如果半径大，,直线的斜率大，则说明半径,越大，向心力越大。,2.,实验原理：,F,n,2,0,F,n,r,实验装置介绍,(,图略,),3.,实验设计：,4.,数据采集与处理：,5.,实验结果：,向心力与速度的平方成正比；,向心力与角速度的平方成正比；,在线速度不变的情况下半径越大，需要的向心力越小；,在角速度不变的情况下，半径越大，需要的向心力越大。,（四）关于向心力的说明：,1.,向心力是做圆周运动物体,需要的力，是其它物体所提供,的，不是做圆周运动产生的力；,F,n,F,n,月球绕地球的,-,万有引力,光滑桌面上转动,的小球,-,弹力,随圆盘匀速转动,的物体,-,摩擦力,圆锥摆,-,弹力与重力的合力,1.,向心力可能是某一个力，也,可能是几个力的合力，也可以是,某个力的分力。,（四）关于向心力的说明：,2.,变速率圆周运动的合外力并,不指向圆心，即不是向心力；而,沿半径指向圆心方向的合力才是,向心力。,竖直平面内转动,的小球,mg,F,T,(1),切线方向的分力改变速度的大小,(2),法向,(,指向圆心方向,),的合力改,变速度的方向，这个方向的合,力才是向心力,（四）关于向心力的说明：,3.,任何曲线运动的一小段均可以近,似为一小段圆弧，但在不同地方曲线,半径可能不同。因此，曲线运动也可,以用圆周运动来处理。,任意曲线运动,(1),任何一个曲线运动的法向加速都,可以看成是向心加速度,(2),法向合力仍满足向心力公式，,就是半径为该点的曲线半径。,第八节 生活中的圆周运动,火车转弯,内外轨一样高,向心力由外侧轨道对车轮轮缘的挤压力提供,.,N,F,n,G,外轨,略高于,内轨,向心力由重力,G,和支持力,N,的合力提供,N,例,1.,已知铁路拐弯处的圆弧半径为,R,，,轨距为,L,，,内外轨的高度差为,h,，,为了使铁轨不受轮缘的,挤压，火车运行的速度应该为多大？,思考：,如果超速行驶会怎么样？,F,如果减速行驶呢,?,飞机转弯,:,G,N,F,n,汽车转弯,:,摩托车转弯,:,汽车过桥,:,思考与讨论,地球可以看做一个巨大的拱形桥，桥面的半径就是地球的半径。会不会出现这样的情况：速度大到一定程度时，地面对车的支持力是零？这时驾驶员与座椅之间的压力是多少？,（三）离心现象,（三）离心现象,