資源簡介

5.1曲線運(yùn)動(dòng)的教案
【教學(xué)目標(biāo)】
1、知道什么是曲線運(yùn)動(dòng)。
2、知道曲線運(yùn)動(dòng)中速度的方向。
３、理解曲線運(yùn)動(dòng)是一種變速運(yùn)動(dòng)。
４、理解物體做曲線運(yùn)動(dòng)的條件是所受合外力方向與速度方向不在一條直線上。
【教學(xué)重難點(diǎn)】
教學(xué)重點(diǎn)
1. 知道什么是曲線運(yùn)動(dòng)。
2. 知道曲線運(yùn)動(dòng)中速度的方向是如何確定的。
3. 理解物體做曲線運(yùn)動(dòng)的條件。
教學(xué)難點(diǎn)
理解物體做曲線運(yùn)動(dòng)的條件。
【新課導(dǎo)入】
前面我們學(xué)習(xí)過了各種直線運(yùn)動(dòng)，包括勻速直線運(yùn)動(dòng)、勻變速直線運(yùn)動(dòng)、自由落體運(yùn)動(dòng)等。下面來看這個(gè)小實(shí)驗(yàn)，判斷該物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。
實(shí)驗(yàn)：1.演示自由落體運(yùn)動(dòng)，該運(yùn)動(dòng)的特征是什么？（軌跡是直線）
2.演示平拋運(yùn)動(dòng)，該運(yùn)動(dòng)的特征是什么？（軌跡是曲線）
這里我們看到一種我們前面沒有學(xué)過的運(yùn)動(dòng)形式，它與我們前面學(xué)過的運(yùn)動(dòng)形式有本質(zhì)的區(qū)別。前面我們學(xué)過的運(yùn)動(dòng)的軌跡都是直線，而我們現(xiàn)在看到的這種運(yùn)動(dòng)的軌跡是曲線，我們把這種運(yùn)動(dòng)稱為曲線運(yùn)動(dòng)。
【新課講解】
曲線運(yùn)動(dòng)的速度方向
1．質(zhì)點(diǎn)做曲線運(yùn)動(dòng)時(shí)，速度方向是時(shí)刻改變的。
如圖5.1－1所示的是砂輪打磨工件的情景，
提出問題：我們該如何描述鐵屑飛出時(shí)的運(yùn)動(dòng)方向？
師生共同探討得出：“質(zhì)點(diǎn)在某一點(diǎn)的速度，沿曲線
在這一點(diǎn)的切線方向”的結(jié)論。
2．質(zhì)點(diǎn)在某一點(diǎn)(或某一時(shí)刻)的速度方向是在曲線的這
一點(diǎn)的切線方向上。
注意：物理中所講的“切線方向”與數(shù)學(xué)上的“切線方
向”是有區(qū)別的。
二、曲線運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)：曲線運(yùn)動(dòng)一定是變速運(yùn)動(dòng)
因?yàn)樗俣仁鞘噶浚扔写笮。钟蟹较颉．?dāng)速度的大小發(fā)生改變，或者速度的方向發(fā)生改變，或者速度的大小和方向都發(fā)生改變，就表示速度矢量發(fā)生了變化。而曲線運(yùn)動(dòng)中速度的方向時(shí)刻在改變(無論速度大小是否改變)，即速度矢量時(shí)刻改變著，所以曲線運(yùn)動(dòng)必是變速運(yùn)動(dòng)。
三、做曲線運(yùn)動(dòng)的物體一定具有加速度，所受合外力一定不等于零
做曲線運(yùn)動(dòng)的物體的速度時(shí)刻在改變，即運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)刻在改變著，由牛頓運(yùn)動(dòng)定律可知，力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因即改變速度的原因，力是產(chǎn)生加速度的原因。而加速度等于速度的變化△v與時(shí)間t的比值。只要速度有改變，即△v≠O，就一定具有加速度。
四、物體做曲線運(yùn)動(dòng)的條件
1．當(dāng)合外力的方向與初速度在同一直線上的情況下，合外力所產(chǎn)生的加速度只改變速度的大小，不改變速度的方向，此時(shí)物體只能作變速直線運(yùn)動(dòng)。
(
圖
5.1-2
)2．運(yùn)動(dòng)物體所受合外力的方向跟它的速度方向不在同一直線上時(shí)，合外力所產(chǎn)生的加速度就不但可以改變速度的大小，而且可以改變速度
的方向，物體將做曲線運(yùn)動(dòng)，如圖5.1-2所示。
【學(xué)習(xí)探究】
物體受力與運(yùn)動(dòng)關(guān)系對照表
物體做曲線運(yùn)動(dòng)的條件
觀察與思考三個(gè)對比實(shí)驗(yàn)
說明：以下三個(gè)實(shí)驗(yàn)是在實(shí)物展示臺(tái)面上做的，由于展示臺(tái)是玻璃面，而運(yùn)動(dòng)的物體是小鋼球，摩擦力很小，可看成光滑的平面。
（1）在光滑的水平面上具有某一初速度的小球在不受外力時(shí)將如何運(yùn)動(dòng)？
討論結(jié)果：由于小球在運(yùn)動(dòng)方向上不受外力，合外力為零，根據(jù)牛頓第一定律，小球?qū)⒆鰟蛩僦本€運(yùn)動(dòng)。（動(dòng)畫演示受力分析）
（2）在光滑的水平面上具有某一初速度的小球在運(yùn)動(dòng)方向的正前方向或正后方向放一條形磁鐵將如何運(yùn)動(dòng)？
討論結(jié)果：由于小球在運(yùn)動(dòng)方向受磁鐵作用，會(huì)使小球加速或減速，但仍做直線運(yùn)動(dòng)。（受力分析）
（3）在光滑的水平面上具有某一初速度的小球在運(yùn)動(dòng)方向一側(cè)放一條形磁鐵時(shí)小球?qū)⑷绾芜\(yùn)動(dòng)？
討論結(jié)果：由于小球在運(yùn)動(dòng)過程中受到一個(gè)側(cè)力，小球?qū)⒏淖冘壽E而做曲線運(yùn)動(dòng)。（受力分析）
2、從以上實(shí)驗(yàn)得出三個(gè)啟示（學(xué)生總結(jié)得出）：
問題一：物體有初速度但不受外力時(shí)，將做什么運(yùn)動(dòng)？（提問）
答：勻速直線運(yùn)動(dòng)（如實(shí)驗(yàn)一）
問題二：物體沒有初速度但受外力時(shí)，將做什么運(yùn)動(dòng)？（提問）
答：做加速直線運(yùn)動(dòng)（如自由落體運(yùn)動(dòng)等）
問題三：物體既有初速度又有外力時(shí)，將做什么運(yùn)動(dòng)？
答：a、當(dāng)初速度方向與外力方向在同一直線上（方向相同或相反）時(shí)將做直線運(yùn)動(dòng)。（如豎直上拋、實(shí)驗(yàn)二等）
b、當(dāng)初速度與外力不在同一直線上時(shí)，做曲線運(yùn)動(dòng)。（如實(shí)驗(yàn)三、水平拋物體等）
思考：根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)及啟示，分析做曲線運(yùn)動(dòng)的條件是什么？
3、結(jié)論：曲線運(yùn)動(dòng)既然是一種變速運(yùn)動(dòng)，就一定有加速度，由牛頓第二定律可知，也一定受到合力的作用。當(dāng)運(yùn)動(dòng)物體所受合力的方向跟物體的速度方向在同一條直線上（同向或反向）時(shí)，物體做直線運(yùn)動(dòng)。這時(shí)合力只改變速度大小，不改變速度的方向。當(dāng)合力的方向跟速度方向不在同一直線上時(shí)，可將合力分解到沿著速度方向和垂直于速度方向上，沿著速度方向的分力改變速度大小，垂直于速度方向的分力改變速度的方向，這時(shí)物體做曲線運(yùn)動(dòng)。若合力與速度方向始終垂直，物體就做速度大小不變、方向不斷改變的曲線運(yùn)動(dòng)。若合力為恒力，物體就做勻變速曲線運(yùn)動(dòng)。總之，物體做曲線運(yùn)動(dòng)的條件是：物體所受的合力方向跟它的速度方向不在同一直線上。
做曲線運(yùn)動(dòng)的條件是：
要有初速度 （2）要有合外力 （3）初速度與合外力有一個(gè)角度
4、怎樣認(rèn)識(shí)曲線運(yùn)動(dòng)中物體所受合外力的作用效果？
設(shè)質(zhì)點(diǎn)按圖所示在t時(shí)刻位于A點(diǎn)，經(jīng)位于B點(diǎn)，它在A點(diǎn)和B點(diǎn)的瞬時(shí)速度分別用v1和v2表示，那么，在內(nèi)質(zhì)點(diǎn)的平均加速度應(yīng)表示為：
式中是速度的變化量， 的方向與的方向相同，按照矢量運(yùn)算法則（平行四邊形定則），的方向如圖中方向，即 的方向指向曲線凹的一側(cè)。當(dāng)足夠小趨于零時(shí)，平均加速度無限接近于質(zhì)點(diǎn)在A點(diǎn)的瞬時(shí)加速度a，它的方向與足夠小的方向相同，也指向曲線的凹側(cè)，由牛頓第二定律可知，質(zhì)點(diǎn)所受合外力的方向與其加速度方向相同，總指向曲線的凹側(cè)。
把加速度和合外力F都分解在沿曲線和沿法線（與切線垂直）方向上，如圖所示。
沿切線方向的分力f1產(chǎn)生切線方向的加速度a1。當(dāng)a1與v同向時(shí)，速率增大，如圖中a所示；當(dāng)a1與v反向時(shí)，速率減小，如圖中b所示。如果物體做曲線運(yùn)動(dòng)速率不變，說明a1=0即f1=0，此時(shí)的合外力方向一定與速度方向垂直。
沿法線方向的分力f2產(chǎn)生法線方向上的加速度a2改變了速度的方向。由于曲線運(yùn)動(dòng)的速度方向時(shí)刻在改變，合外力的這一作用效果對任何曲線運(yùn)動(dòng)總是存在的。
可見，在曲線運(yùn)動(dòng)中合外力的作用，首先是產(chǎn)生a2以改變速度的方向，對于變速率曲線運(yùn)動(dòng)，合外力不僅要改變速度的方向，同時(shí)還要產(chǎn)生a1以改變速度的大小，后面我們將要學(xué)拋運(yùn)動(dòng)中重力的作用就是如此。
物體做變速運(yùn)動(dòng)是勻變速運(yùn)動(dòng)取決于物體所受的合力。如果物體所受合力為恒力，則物體做勻變速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)軌跡為直線時(shí)為勻變速直線運(yùn)動(dòng)，當(dāng)軌跡為曲線時(shí)為勻變速曲線運(yùn)動(dòng)；如果物體所受合力為變力，則物體做變加速運(yùn)動(dòng)。
【板書】
6.1 曲線運(yùn)動(dòng)
一、曲線運(yùn)動(dòng)
定義：運(yùn)動(dòng)軌跡是曲線的運(yùn)動(dòng)叫做曲線運(yùn)動(dòng)．
二、物體做曲線運(yùn)動(dòng)的條件
當(dāng)物體所受的合力方向跟它的逮度方向不在同一直線上時(shí)，物體將做曲線運(yùn)動(dòng)．
三、曲線運(yùn)動(dòng)速度的方向
質(zhì)點(diǎn)在某一點(diǎn)的速度，沿曲線在這一點(diǎn)的切線方向．
四、曲線運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)
曲線運(yùn)動(dòng)過程中速度方向始終在變化，因此曲線運(yùn)動(dòng)是變速運(yùn)動(dòng)．

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