物理競(jìng)賽課件10：曲線運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)解

THEFIRSTLESSONOFTHESCHOOLYEAR物理競(jìng)賽課件10曲線運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)解目CONTENTS曲線運(yùn)動(dòng)的基本概念曲線運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)方程曲線運(yùn)動(dòng)的實(shí)例解析曲線運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證總結(jié)與思考題錄01曲線運(yùn)動(dòng)的基本概念曲線運(yùn)動(dòng)是指物體運(yùn)動(dòng)軌跡為曲線的運(yùn)動(dòng)。定義根據(jù)物體運(yùn)動(dòng)速度方向與軌跡曲率半徑的關(guān)系，曲線運(yùn)動(dòng)可分為勻速圓周運(yùn)動(dòng)和變速圓周運(yùn)動(dòng)、平拋運(yùn)動(dòng)、斜拋運(yùn)動(dòng)等。分類定義與分類描述物體運(yùn)動(dòng)軌跡的變化曲線運(yùn)動(dòng)描述了物體在空間中的位置隨時(shí)間的變化，反映了物體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律和特征。揭示力的作用效果曲線運(yùn)動(dòng)是物體受到外力作用的結(jié)果，通過(guò)曲線運(yùn)動(dòng)可以揭示力的作用效果和方向。曲線運(yùn)動(dòng)的物理意義行星繞太陽(yáng)的橢圓軌道運(yùn)動(dòng)、衛(wèi)星繞地球的圓周軌道運(yùn)動(dòng)等都是曲線運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用。天體運(yùn)動(dòng)投擲項(xiàng)目車輛行駛投鉛球、擲鐵餅等投擲項(xiàng)目中，運(yùn)動(dòng)員通過(guò)助跑和手臂力量將物體投出，形成曲線運(yùn)動(dòng)軌跡。汽車轉(zhuǎn)彎、火車轉(zhuǎn)彎等行駛過(guò)程中，車輛會(huì)受到向心力的作用，形成曲線運(yùn)動(dòng)軌跡。030201曲線運(yùn)動(dòng)在生活中的應(yīng)用01曲線運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)方程物體加速度的大小跟它受到的力成正比，跟它的質(zhì)量成反比，加速度的方向跟作用力的方向相同。在曲線運(yùn)動(dòng)中，物體受到的力可以分解為切向力和法向力，切向力產(chǎn)生切向加速度，法向力產(chǎn)生法向加速度。牛頓第二定律與曲線運(yùn)動(dòng)曲線運(yùn)動(dòng)中的受力分析牛頓第二定律沿曲線運(yùn)動(dòng)軌跡切線方向的加速度，它改變物體速度的大小。切向加速度沿曲線運(yùn)動(dòng)軌跡法線方向的加速度，它改變物體速度的方向。法向加速度切向與法向加速度動(dòng)力學(xué)方程的推導(dǎo)基于牛頓第二定律和加速度的定義，通過(guò)分析曲線運(yùn)動(dòng)中物體的受力情況，可以得到動(dòng)力學(xué)方程的一般形式。動(dòng)力學(xué)方程的推導(dǎo)動(dòng)力學(xué)方程在分析曲線運(yùn)動(dòng)問(wèn)題時(shí)具有廣泛應(yīng)用，例如分析天體運(yùn)動(dòng)、拋體運(yùn)動(dòng)、圓周運(yùn)動(dòng)等復(fù)雜運(yùn)動(dòng)問(wèn)題。通過(guò)合理設(shè)定物理模型和參數(shù)，可以求解出物體的運(yùn)動(dòng)軌跡、速度、加速度等物理量。動(dòng)力學(xué)方程的應(yīng)用場(chǎng)景01曲線運(yùn)動(dòng)的實(shí)例解析總結(jié)詞勻速圓周運(yùn)動(dòng)是曲線運(yùn)動(dòng)中最簡(jiǎn)單的一種，其運(yùn)動(dòng)軌跡為一個(gè)圓，速度大小不變，方向時(shí)刻在改變。詳細(xì)描述勻速圓周運(yùn)動(dòng)的速度方向始終垂直于運(yùn)動(dòng)軌跡的半徑，因此速度是一個(gè)矢量，具有大小和方向。在勻速圓周運(yùn)動(dòng)中，向心加速度的大小不變，方向始終指向圓心，是引起物體向心運(yùn)動(dòng)的力。勻速圓周運(yùn)動(dòng)總結(jié)詞拋體運(yùn)動(dòng)是物體在只受重力作用下的曲線運(yùn)動(dòng)，包括豎直上拋、豎直下拋、平拋和斜拋等多種形式。詳細(xì)描述在拋體運(yùn)動(dòng)中，物體具有一個(gè)初速度，這個(gè)初速度的方向決定了物體運(yùn)動(dòng)的軌跡。在豎直上拋和豎直下拋中，物體只受重力作用，加速度為g，方向豎直向下。在平拋和斜拋中，物體除了受重力作用外，還具有一個(gè)水平方向的初速度，因此其運(yùn)動(dòng)軌跡為拋物線或橢圓。拋體運(yùn)動(dòng)地球同步衛(wèi)星是一種特殊的人造衛(wèi)星，其運(yùn)行軌道與地球自轉(zhuǎn)同步，因此相對(duì)于地面某一點(diǎn)的位置是固定的?？偨Y(jié)詞地球同步衛(wèi)星的運(yùn)行軌道是一個(gè)與地球赤道平面重合的圓，其周期等于地球自轉(zhuǎn)一周的時(shí)間，大約為24小時(shí)。由于地球同步衛(wèi)星的運(yùn)行周期與地球自轉(zhuǎn)周期相同，因此相對(duì)于地面某一點(diǎn)的位置是固定的。地球同步衛(wèi)星主要用于通信、氣象觀測(cè)和導(dǎo)航等。詳細(xì)描述地球同步衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)01曲線運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證VS通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證曲線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，探究物體在曲線運(yùn)動(dòng)中的受力情況。實(shí)驗(yàn)原理根據(jù)牛頓第二定律，物體在曲線運(yùn)動(dòng)中受到的合外力與其加速度方向相同，且加速度的大小與合外力的大小成正比。通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量物體在曲線運(yùn)動(dòng)中的加速度和速度，可以驗(yàn)證牛頓第二定律，并探究物體在曲線運(yùn)動(dòng)中的受力情況。實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)?zāi)康呐c原理實(shí)驗(yàn)器材：滑輪、細(xì)線、重物、光電門、計(jì)時(shí)器、天平等。實(shí)驗(yàn)器材與步驟實(shí)驗(yàn)步驟1.將細(xì)線穿過(guò)滑輪，一端固定重物，另一端連接小車。2.將光電門固定在軌道上，調(diào)整光電門的放置位置，使其能夠準(zhǔn)確測(cè)量小車的速度和時(shí)間。實(shí)驗(yàn)器材與步驟4.重復(fù)實(shí)驗(yàn)多次，以減小誤差。5.使用天平測(cè)量小車的質(zhì)量，并記錄數(shù)據(jù)。3.將小車從靜止?fàn)顟B(tài)釋放，讓其在重力作用下沿著軌道做曲線運(yùn)動(dòng)。同時(shí)，記錄小車的速度和時(shí)間數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)器材與步驟通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以計(jì)算出小車在曲線運(yùn)動(dòng)中的加速度。根據(jù)牛頓第二定律，可以計(jì)算出小車受到的合外力。分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以得出物體在曲線運(yùn)動(dòng)中受到的合外力與其加速度方向相同，且加速度的大小與合外力的大小成正比的結(jié)論。同時(shí)，也可以得出物體在曲線運(yùn)動(dòng)中受到的合外力與其質(zhì)量成正比，與其速度的平方成正比的結(jié)論。實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析01總結(jié)與思考題本節(jié)課首先介紹了曲線運(yùn)動(dòng)的定義，并按照運(yùn)動(dòng)軌跡對(duì)曲線運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了分類，包括平拋運(yùn)動(dòng)、斜拋運(yùn)動(dòng)、圓周運(yùn)動(dòng)等。曲線運(yùn)動(dòng)的定義與分類重點(diǎn)講述了如何根據(jù)牛頓第二定律建立物體在曲線運(yùn)動(dòng)中的動(dòng)力學(xué)方程，以及如何利用這些方程求解未知量。動(dòng)力學(xué)方程的建立講解了如何通過(guò)運(yùn)動(dòng)的合成與分解來(lái)簡(jiǎn)化曲線運(yùn)動(dòng)問(wèn)題，特別是平拋運(yùn)動(dòng)和斜拋運(yùn)動(dòng)的合成與分解。運(yùn)動(dòng)的合成與分解詳細(xì)解釋了向心加速度和切向加速度的概念及其在曲線運(yùn)動(dòng)中的作用。向心加速度與切向加速度本節(jié)課的重點(diǎn)回顧

思考題的解析與解答思考題一一個(gè)物體在恒力作用下沿著弧形軌道下滑，如何分析它的受力情況并建立動(dòng)力學(xué)方程？解析首先分析物體的受力情況，受到重力和恒力作用。然后根據(jù)牛頓第二定律建立動(dòng)力學(xué)方程，求解未知量。思考題二一質(zhì)點(diǎn)在圓周上做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，如何求出它的向心加速度？向心加速度的大小為$a=frac{v^2}{r}$，其中$v$為質(zhì)點(diǎn)的線速度，$r$為圓周運(yùn)動(dòng)的半徑。解析質(zhì)點(diǎn)的線速度為$v=omegar$，其中$omega$為角速度。因此，向心加速度的大小為$a=frac{v^2}{r}=omega^2r$。答案一質(zhì)點(diǎn)沿著橢圓軌道做曲線運(yùn)動(dòng)，如何求出它的切向加速度？思考題三思考題的解析與解答思考題的解