《高中物理 第五章 曲线运动、运动的合成与分解（提高）学案 新人教版必修2》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高中物理 第五章 曲线运动、运动的合成与分解（提高）学案 新人教版必修2（10页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、- 1 -曲线运动、运动的合成与分解曲线运动、运动的合成与分解【学习目标】 1、知道曲线运动中速度的方向，理解曲线运动是一种变速运动； 2、知道物体做曲线运动的条件，理解牛顿第二定律对物体做曲线运动条件的解释； 3、理解合运动与分运动的关系、具体问题能够正确区分合运动与分运动； 4、掌握运动的合成与分解的方法，能够熟练的应用平行四边形法则作图将合运动与分运动统一 在一个平行四边形中并进行计算； 5、学会用数学的方法研究物体的运动，并从物体的运动轨迹方程判断物体的运动性质。 【要点梳理】 要点一、曲线运动速度的方向要点一、曲线运动速度的方向 要点诠释：要点诠释： 1、曲线运动速度方向的获取途径
2、其一，生活中的现象如：砂轮边缘飞出的铁屑、雨天车轮甩出的雨滴、弯曲的水管中喷出 的水流等； 其二，由瞬时速度的定义，瞬时速度等于平均速度在时间间隔趋于零时的极限，从理论上 得到曲线运动瞬时速度的方向。 2、曲线运动速度的方向 质点在某一点的速度，沿曲线在这一点的切线方向，指向前进的一侧 3、曲线运动的性质 曲线运动的速度方向时刻在变化，速度是矢量，曲线运动的速度时刻在变化，曲线运动一 定是变速运动，一定具有加速度，曲线运动受到的合外力一定不等于零。 要点二、物体做曲线运动的条件要点二、物体做曲线运动的条件 要点诠释：要点诠释： 1、物体做曲线运动的条件的获得途径 其一，由实际的曲线运动的受力情
3、况可以知道； 其二，通过理性分析可以得知，如在垂直于运动的方向上物体受到了合外力的作用，物体 的运动方向便失去了对称性，必然向着受力的方向偏转而成为曲线运动。 2、物体做直线运动条件 当物体受到的合外力与速度的方向在一条直线上或者物体受到的合外力为零时，物体做直 线运动。 3、物体做曲线运动条件 物体做曲线运动条件是：当物体受到的合外力与它的速度方向不在同一条直线上时，物体 做曲线运动。也就是说物体做曲线运动，必有： 物体具有初速度，即 v00； 物体受到合外力的作用，即 F合0，或者说加速度 a0； 合外力（加速度）与速度不在同一条直线上。 4、曲线运动中合外力的切向分量和法向分量的作用 对
4、于做曲线运动的物体，把合外力 F 沿曲线的切线方向和法线方向（与切线垂直的方向） 分解，沿切线方向的分力F1使质点产生切线方向的加速度a1，当a1和v同向时，速度增大，如 图 1 所示，此时的合外力方向一定与速度方向成锐角； 当a1和v反向时，速度减小，如图 2 所 示，此时的合外力方向一定与速度方向成钝角；如果物体做曲线运动的速率不变，说明a10， 即F10，此时的合外力方向一定与速度方向垂直。- 2 -图 1vFa1F1F2a2图 2vFa1 F1F2a2沿法线方向的分力F2产生法线方向上的加速度a2，由于力F2与速度方向垂直，所以力F2 不能改变速度的大小，只能改变速度的方向。由于曲线运
5、动的速度方向时刻在改变，合外力的 这一作用效果对任何曲线运动总是存在的。 可见，在曲线运动中合外力的作用效果可分成两个方面： 切向分量产生切线方向的加速度a1，改变速度的大小当合外力的切向分量与速度 的方向相同时，物体做加速曲线运动，相反时做减速曲线运动。 法向分量产生法线方向的加速度a2，改变速度的方向只有使物体偏离原来方向的 效果，不能改变速度的大小。这正是物体做曲线运动的原因。 若a10，则物体的运动为匀速率曲线运动；而若a20，则物体的运动为直线运动。 5、物体做曲线运动的轨迹弯曲规律 根据钢球在磁铁吸引下的曲线运动、石子抛出后的曲线运动以及人造地球卫星的曲线运动 等实例，可得到结论：
6、物体的运动轨迹必定在物体速度方向和所受合外力方向之间。 由于曲线运动物体的速度方向是时刻改变的，物体在某一点的速度方向就是沿曲线上该点 的切线方向，而曲线上任一点的切线总在曲线的外侧，因此，运动物体的曲线轨迹必定向合外 力方向弯曲，也即合外力方向指向曲线的内侧。 若已知物体的运动轨迹，可判断出物体所受合外力的大致方向。如物体在从 M 运动到 N 的 过程中，在运动到点 P 时，其受力方向一定是向上的而不可能向下。要点三、质点在平面内的运动要点三、质点在平面内的运动 要点诠释：要点诠释： 1、平面曲线运动的描写 （1）直线运动的描写：用一维坐标系 x=x(t)便可以描写质点的位置、速度、加速度
7、（2）平面曲线运动：可以用平面直角坐标系 xoy 描写质点的位置（x，y） 、速度(vx，vy)和加速 度(ax，ay)，即可以通过两个方向上的分运动去认识或解决平面曲线运动。 （也可以用极坐标来描写平面曲线运动，高中阶段不做要求） 2、平面曲线运动位置的确定 （1）确定分运动的性质：首先弄清楚质点沿着 X 方向和 Y 方向做什么运动。 这要通过具体分析质点在这两个方向上的受力情况和初始条件而获得，即要通过 Fx与 vx、Fy与 vy的特点和方向关系具体明确。 （2）写出质点在 x、y 两个方向的位移时间关系 例如，一个质点在 x 方向上受到的合外力为零而初速度不为零，则这个质点在 x 方向上
8、就 做匀速运动；如果这个质点在 y 方向上受到恒定的合外力而初速度不为零且与合外力方向相反，- 3 -则这个质点在 y 方向上就做匀减速运动，这个质点任意时刻的位置坐标可以表达为：x=vxt，2 21tatvyyy。3、 平面曲线运动轨迹的确定 （1）已知 x y 两个分运动，求质点的运动轨迹： 只要写出 x y 两个方向的位移时间关系 x=x(t)和 y=y(t) ，由此消除时间 t，得到轨迹方程 y=f(x)，便知道轨迹是什么形状。 例如质点在 x、y 方向上都做匀速直线运动，其速度分别是 vx、vy，求其运动的轨迹方程。 第一：写位移方程 x=vxt、y=vyt ；第二：消时间 t 得到
9、轨迹方程kxxvvyxy；可见两个匀速直线运动的合运动的轨迹仍然是直线。 （2）定性的判断两个分运动的合运动的轨迹是直线还是曲线： 由曲线运动的条件知，只要看质点的初速度方向和它受到的合外力的方向是否共线便知。 例如，船在流水中渡河问题，船同时参与了沿垂直于河岸 OA 的方向和沿着水流动方向 OB 的两个匀速运动，船实际进行的是沿 OC 方向的运动，所以 OC 是合运动，由于两个方向的运动 都是匀速运动，其合外力为零，所以船实际的运动轨迹是一条直线。A Cv水v船BO如果船头对准对岸(vAB船)做初速为零的匀加速直线运动，所以有垂直河岸向上的合外力，而合速度方向则是偏向下游的，所以船的实际运动
10、(合运动)是曲线运动。A B v v水 C Sv t水水 D Sat航1 22要点四、运动的合成和分解要点四、运动的合成和分解 要点诠释：要点诠释： 1、运动的合成与分解 由描写各分运动的量，求合运动的相关量叫运动的合成；由描写合运动的量求各个分运动 相关量叫运动的分解。- 4 -2、在平面曲线运动中由分运动的加速度、速度、位移，求质点的合加速度速度和位移 （1）加速度、速度和位移都是矢量，其合成和分解都遵守平行四边形法则； （2）平面运动任意时刻的加速度、速度、位移：加速度的大小 22 yxaaa 加速度的方向xy aatan合速度的大小 22 yxvvv 合速度的方向xy vvtan合位移
11、的大小 22yxs 合位移的方向xytan3、由合运动的加速度、速度及位移求分运动的加速度、速度及位移 描写合运动的物理量和描写分运动的相关物理量，被统一在同一个相关的平行四边形中，运 动的分解是运动合成的逆运算，因此，由合运动的加速度、速度及位移求分运动的加速度、速 度及位移的方法与运动的合成完全一样。例如：由上面的平行四边形可得分运动的位移、速度、加速度（运用已知条件解三角形） 4. 合运动的判断方法 物体实际进行的运动就是合运动。 要点五、合运动与分运动、分运动与分运动之间的关系要点五、合运动与分运动、分运动与分运动之间的关系 要点诠释：要点诠释： 1、等时性 质点所做的各个分运动在同一
12、时间里完成，各个分运动也当然的和合运动在同一时间里完 成，也就是说，在一个具体问题的某一过程中，由一个分运动求得的时间和由合运动求得的时 间是相同的。 2、等效性 各个分运动合成后的综合效果与合运动的效果是完全相同的，否则运动的合成和分解便失 去了意义。 3、独立性 同时参与的各个分运动是互相独立、互不影响的，即每一个方向上的运动仅由这一方向质 点的受力情况和初始条件决定。 【典型例题典型例题】 类型一、曲线运动的条件和性质类型一、曲线运动的条件和性质 例例 1 1、如图所示，一质点做加速曲线运动从 M 点到 N 点，当它经过点时，其速度 v 和加速度 a 的方向关系正确的是（ ）ay aax
13、vy vvxvxy sx- 5 -【思路点拨】准确的理解质点从 M 点到 N 点做加速曲线运动是解题的关键和突破口。 【答案】C 【解析】物体从 M 到 N 做加速运动，说明 a 的切向分量与 v 同向，曲线运动的合外力一定指向 曲线凹的一侧，其加速度也一定指向曲线凹的一侧，所以正确答案 C。 【总结升华】做曲线运动的物体所受到合外力的切向分量和法向分量分别起着改变速度的大小 和方向的作用。做曲线运动的物体其所受合外力方向一定指向轨迹的内侧。 例例 2 2、一个质点受两个互成锐角的力的作用，由静止开始运动，若运动中保持二力方向不变，但F1突然增大到FF11 ，则此质点以后的运动（ ）A. 一定
14、做匀变速曲线运动 B. 在相等时间内速度的变化一定相等 C. 可能做匀速直线运动 D. 可能做变加速曲线运动 【思路点拨】分析 F1变化后引起合力的变化、特点以及合力与速度方向的关系。 【答案】AB 【解析】F1变化后引起合力的变大，其方向发生变化，导致合外力与速度不共线，物体做曲线运动，但F1突然增大到FF11 后合力仍为恒力，所以物体做匀变速曲线运动，正确的答案是AB。 举一反三 【高清课程：运动的合成与分解 例 1】 【变式】某质点在恒力F作用下，从A点沿下图中曲线运动到B点，到达B点后，质点受到的 力大小仍为F，但方向相反，则它从B点开始的运动轨迹可能是图中的（ ）A曲线a B直线b
15、C曲线c D三条曲线均有可能 【答案】A类型二、分运动与合运动的特点和应用类型二、分运动与合运动的特点和应用 例例 3 3、下列说法正确的是（ ） A. 两匀速直线运动合运动的轨迹必是直线 B. 两匀变速直线运动合运动的轨迹必是直线 C. 一个匀变速直线运动和一个匀速直线运动的合运动轨迹是曲线 D. 几个初速度为零的匀变速直线运动的合运动的轨迹是直线- 6 -【思路点拨】正确地运用物体做曲线运动和直线运动的条件，结合运动的合成法则，考虑到两 个分运动夹角的不同情况，逐一做出判断。 【答案】AD【解析】物体做曲线运动的条件 F合和0v有一个夹角。物体做匀速运动，F合0，所以 A 正确。做匀变速直
16、线运动的物体受到恒力的作用，两个匀变速直线运动的合成时，合外力仍是恒力，但此力与0v的方向是否在一条直线上无法判断，所以 B 错。当两个分运动在一条直线上时，即合力与初速度在一直线上，合运动轨迹仍是直线，所以 C 错。几个初速度为零的匀变速直线运动的合成时，合外力是一恒力，00v，所以合运动的方向一定沿合力的方向，所以是直线运动，即 D 正确。 【总结升华】两个直线运动的合运动不一定是直线运动要具体情况具体分析。 两个匀速直线运动的合运动一定是匀速直线运动。 互成角度的一个匀速直线运动和一个匀变速直线运动的合运动一定是曲线运动。 互成角度的两个初速度为零的匀变速直线运动的合运动一定是匀变速直线运动； 互成角度的两个初速度
