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1.1 曲线运动的定义

运动的合成与分解 · 高一
先确认一下:这一关能不能学
上面这几节是它的地基 —— 没通的话,补完再回来,比硬啃快得多。
讲清楚它是什么

定义 物体运动轨迹为曲线的运动,其速度方向时刻改变,属于变速运动。

从哪来 建立在 3.1 内容 之上。

为什么 曲线运动中,任意一点的速度方向沿轨迹切线方向。由于轨迹是弯曲的,切线方向随位置变化而连续改变,因此速度矢量(大小或方向)必然发生变化。只要速度矢量发生变化,根据加速度定义 $a = \Delta v / \Delta t$,物体必然具有加速度,且合外力方向与速度方向不共线。

直观演示法
适合视觉型、感性思维的学生。 拿出一个乒乓球,先直线抛出,再斜向上抛出。问学生:“哪种情况下球的速度方向一直在变?”引导观察轨迹弯曲处,强调“方向变了就是曲线运动”。用粉笔在黑板画抛物线,在每一点画切线箭头,让学生看到箭头方向在旋转。
逻辑推导法
适合理性型、逻辑强的学生。 从矢量定义出发:速度是矢量,有大小和方向。若轨迹为曲线,则位移方向与瞬时速度方向(切线)不一致,且切线方向随位置变化。数学上,若 $\vec{v}(t)$ 的方向角 $\theta(t)$ 随时间变化,则 $\vec{v}$ 是变矢量。由 $\vec{a} = d\vec{v}/dt \neq 0$,得出必有合外力,且力与速度不共线。
反证假设法
适合批判性思维、喜欢挑战的学生。 提问:“如果物体做曲线运动,但合外力始终与速度同向,可能吗?”引导学生想象:力与速度同向,只改变速度大小,不改变方向,轨迹必为直线。因此,曲线运动必然要求力与速度有夹角,从而改变方向。
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练一道
基础题
一个物体在光滑水平面上运动,初速度 $v_0$ 向东。若施加一个恒定的向北的力 $F$,物体的运动轨迹是什么?为什么?
变式
一个物体做曲线运动,下列说法正确的是( ) A. 速度大小一定变化 B. 速度方向一定变化 C. 加速度一定变化 D. 合外力一定为零
试试手自己判
检测题
一个物体做曲线运动,在某时刻速度方向向东,加速度方向向北。请问: 1. 下一时刻速度方向偏向哪个方向? 2. 速度大小是增大、减小还是不变?
看答案和判分标准
答案:1. 偏向东北方向(北偏东)。 2. 增大。
判对标准:
- 第1问:答出“东北”或“北偏东”或“向东和北的合成方向”得1分。
- 第2问:答出“增大”得1分。若答“不变”或“减小”不得分。
- 若能简要说明“加速度有向东的分量(因速度向东,加速度向北,此处需修正:题目中加速度向北,速度向东,加速度垂直速度,故只改变方向,不改变大小?不对,重新审视题目逻辑)”

修正检测题逻辑:
原题设定:速度向东,加速度向北。
- 加速度向北,意味着速度在北方向增加分量。
- 速度向东,加速度向北,两者垂直。
- 下一时刻速度 = 原速度(东) + $\Delta v$(北)。
- 合速度方向:东北。
- 速度大小:$\sqrt{v_x^2 + v_y^2}$,$v_x$ 不变(无东西向加速度),$v_y$ 增加,故大小增大。
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