2017-2018学年高中物理人教版必修2:第五章 第1节曲线运动教案
2017-2018学年高中物理人教版必修2:第五章 第1节曲线运动教案第3页

  【演示】

  如图所示,水平桌面上摆一条曲线轨道,它是由几段稍短的轨道组合而成的。钢球由轨道的一端滚入(通过压缩弹簧射入或通过一个斜面滚入),在轨道的束缚下做曲线运动。在轨道的下面放一张白纸,蘸有墨水的钢球从出口A离开轨道后在白纸上留下一条运动的痕迹,它记录了钢球在A点的运动方向。

  拆去一段轨道,钢球的轨道出口改在图中B。同样的方法可以记录钢球在轨道B点的运动方向。

  白纸上的墨迹与轨道(曲线)有什么关系?

  墨迹与轨道只有一个交点,说明了墨迹所在的直线为轨道所在曲线在该点的切线,也就是说质点在某一点(或某一时刻)的速度的方向是在曲线的这一点的切线方向。

  在讨论曲线运动的速度方向时要明确一个数学概念:曲线的切线。初中数学中我们已经知道圆的切线,对于其他曲线,切线指的是什么?

  如图所示,过曲线上的A、B两点作直线,这条直线叫做曲线的割线。设想B点逐渐向A点移动,这条割线的位置也就不断变化。当B点非常非常接近A点时,这条割线就叫做曲线在A点的切线(tangent)。

  质点在某一点(或某一时刻)的速度的方向,沿曲线在这一点的切线方向。

  2.曲线运动是变速运动

  【思考讨论】

  ①在曲线运动中如何求某点的瞬时速度?

  分析:用与直线运动相同的思维方法来解决。

  先求AB的平均速度,t越小,vAB越接近A点的瞬时速度vA,当t→0时,即可求出A点的瞬时速度vA,A点的瞬时速度方向为该点的切线方向。

  ②在曲线运动中,曲线运动的速度和直线运动的速度最大的区别是什么?

  在运动的过程中,直线运动的速度方向始终在一条直线上,不会时刻发生变化,而曲线运动速度方向时刻在变。

  直线运动的速度大小和方向都可以不变,加速度可以为零。曲线运动的方向时刻在变,加速度一定不为零。

  由速度的性质知,速度是矢量,既有大小又有方向。在匀变速运动中,速度大小发生变化,我们说这是变速运动,而在曲线运动中,速度方向时刻在改变,我们也说它是变速运动。

  速度是矢量,它既有大小,又有方向。不论速度的大小是否改变,只要速度的方向发生改变,就表示速度矢量发生了变化,也就具有加速度。曲线运动中速度的方向时刻在变,所以曲线运动是变速运动。

  速度大小、方向中的一个或两个同时变化,就表示速度矢量发生了变化。由于做曲线运动的物体,速度方向时刻改变,所以不论曲线运动物体的速度大小是否改变,它的速度矢量都发生了变化,一定有加速度,是变速运动。

  曲线运动→速度方向时刻改变→速度矢量时刻改变→一定有加速度→合力一定不等于零→一定是变速运动。

  曲线运动必有加速度,一定是变速运动。

  3.曲线运动的速度

  (1)分速度

  速度是矢量,它与其它矢量一样,可以用它在相互垂直的两个分矢量来表示,这两个分矢量叫分速度。

  曲线运动速度相互垂直的两个分矢量叫分速度。

(2)曲线运动的速度与分速度的关系