竞赛课件10：曲线运动的动力学解.pptx

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1、竞赛课件竞赛课件1010：曲线：曲线运动的动力学解运动的动力学解 制作人：时间：2024年X月目录目录第第1 1章章 简介简介第第2 2章章 圆周运动圆周运动第第3 3章章 椭圆运动椭圆运动第第4 4章章 抛物线运动抛物线运动第第5 5章章 螺旋运动螺旋运动 0101第第1章章 简简介介 曲线运动的定义曲线运动的定义加速度和速度方向不一致曲线运动的物曲线运动的物理特点理特点赛车、自行车等运动曲线运动的实曲线运动的实际应用际应用 什么影响曲线运动什么影响曲线运动力越大，曲线越大力的大小和方力的大小和方向向质量越大，曲线越小；重力越大，曲线越大质量和重力质量和重力阻力越大，曲线越小空气阻力空气阻力

2、 沿圆弧运动圆周运动圆周运动0103沿抛物线轨迹运动抛物线运动抛物线运动02沿椭圆形轨道运动椭圆运动椭圆运动与曲线运动相关的物理量与曲线运动相关的物理量圆周运动的关键物理量角速度和角加角速度和角加速度速度圆周运动的关键力量向心力和切向向心力和切向力力能量转换的关键物理量动能和势能动能和势能 曲线运动的物理特点曲线运动的物理特点曲线运动具有加速度和速度方向不一致的特点。在曲线运动中，加速度沿曲线切线方向，速度沿曲线法线方向。曲线运动的实际曲线运动的实际曲线运动的实际曲线运动的实际应用应用应用应用曲线运动在赛车、自行车等运动中得到广泛应用，能够提曲线运动在赛车、自行车等运动中得到广泛应用，能够提高

3、车辆的速度和稳定性，同时也是体育竞赛中的重要项目。高车辆的速度和稳定性，同时也是体育竞赛中的重要项目。力的大小和方向力的大小和方向力与曲线运动的关系力越大，曲线力越大，曲线越大越大重力越大，曲线越大重力对曲线运重力对曲线运动的影响动的影响向心力与切向力的作用向心力与切向向心力与切向力力 椭圆运动椭圆运动椭圆运动椭圆运动沿椭圆形轨道运动沿椭圆形轨道运动角速度和角加速度变化角速度和角加速度变化与圆周运动不同的是，向心力与圆周运动不同的是，向心力随位置变化随位置变化切向力在运动过程中变化切向力在运动过程中变化抛物线运动抛物线运动抛物线运动抛物线运动沿抛物线轨迹运动沿抛物线轨迹运动重力是向心力的来源重

4、力是向心力的来源速度在运动过程中变化速度在运动过程中变化切向力在运动过程中变化切向力在运动过程中变化螺旋运动螺旋运动螺旋运动螺旋运动沿螺旋轨迹运动沿螺旋轨迹运动运动同时具有圆周和直线运动运动同时具有圆周和直线运动角速度和角加速度变化角速度和角加速度变化向心力和切向力随位置变化向心力和切向力随位置变化曲线运动的类型曲线运动的类型圆周运动圆周运动圆周运动圆周运动沿圆弧运动沿圆弧运动角速度和角加速度恒定角速度和角加速度恒定向心力等于质量与速度平方之向心力等于质量与速度平方之积除以半径积除以半径切向力为零切向力为零角速度和角加速角速度和角加速角速度和角加速角速度和角加速度度度度角速度和角加速度是圆周运

5、动中的关键物理量。角速度表角速度和角加速度是圆周运动中的关键物理量。角速度表示角度的变化率，单位是弧度每秒；角加速度表示角速度示角度的变化率，单位是弧度每秒；角加速度表示角速度的变化率，单位是弧度每秒平方。的变化率，单位是弧度每秒平方。向心力和切向力向心力和切向力向心力和切向力向心力和切向力向心力和切向力是圆周运动中的关键力量。向心力指向圆向心力和切向力是圆周运动中的关键力量。向心力指向圆心，保持物体沿圆弧运动；切向力垂直于向心力，控制物心，保持物体沿圆弧运动；切向力垂直于向心力，控制物体的速度和方向。体的速度和方向。动能和势能动能和势能物体运动所具有的能量动能动能物体所处位置的能量势能势能能

6、量的总量在运动过程中保持不变能量守恒定律能量守恒定律 0202第第2章章 圆圆周运周运动动 圆周运动的定义圆周运动的定义圆周运动的定义圆周运动的定义圆周运动是指质点在平面内以固定半径做匀速运动的运动圆周运动是指质点在平面内以固定半径做匀速运动的运动形式。圆周运动只与中心力场有关，当质点受到的力垂直形式。圆周运动只与中心力场有关，当质点受到的力垂直于运动方向时，质点将做圆周运动。于运动方向时，质点将做圆周运动。圆周运动的物理特点圆周运动的物理特点圆周运动的半径是固定的固定半径固定半径圆周运动的质点做匀速运动匀速运动匀速运动圆周运动只与中心力场有关中心力场中心力场 向心加速度和切向加速度向心加速度

7、和切向加速度质点在圆周运动中受到的向心加速度向心加速度向心加速度质点在圆周运动中受到的切向加速度切向加速度切向加速度 圆周运动中的向心力向心力向心力0103 02圆周运动中的切向力切向力切向力圆周运动的实际应用圆周运动的实际应用分析圆桌上旋转的扔球运动圆桌上旋转的圆桌上旋转的扔球扔球探讨圆周运动在磁共振成像技术中的应用磁共振成像技磁共振成像技术术 中心力场和圆周运动中心力场和圆周运动圆周运动只与中心力场有关，当质点受到的力垂直于运动方向时，质点将做圆周运动。另外，由于质点的速度与加速度方向不一致，圆周运动中的质点将做匀速或者变速运动。切向加速度切向加速度切向加速度切向加速度切向加速度的大小与质

8、点的匀切向加速度的大小与质点的匀速圆周运动半径和角速度有关速圆周运动半径和角速度有关切向加速度的方向垂直于向心切向加速度的方向垂直于向心加速度和切向速度加速度和切向速度匀速运动匀速运动匀速运动匀速运动当质点匀速运动时，向心加速当质点匀速运动时，向心加速度和切向加速度的大小均为度和切向加速度的大小均为0 0变速运动变速运动变速运动变速运动当质点变速运动时，向心加速当质点变速运动时，向心加速度和切向加速度的大小均不为度和切向加速度的大小均不为0 0圆周运动中的速度和加速度圆周运动中的速度和加速度向心加速度向心加速度向心加速度向心加速度向心加速度的大小与质点的匀向心加速度的大小与质点的匀速圆周运动半

9、径和角速度有关速圆周运动半径和角速度有关向心加速度的方向指向圆心向心加速度的方向指向圆心车轮在高速行驶车轮在高速行驶车轮在高速行驶车轮在高速行驶时的离心力时的离心力时的离心力时的离心力当车轮在高速行驶时，由于车轮的离心力作用，车轮将产当车轮在高速行驶时，由于车轮的离心力作用，车轮将产生扭曲变形，因此加强车轮的设计可以提高车辆的安全性。生扭曲变形，因此加强车轮的设计可以提高车辆的安全性。0303第第3章章 椭圆椭圆运运动动 椭圆运动的定义椭圆运动的定义椭圆运动的定义椭圆运动的定义椭圆运动是指在引力场中物体沿椭圆轨道运动的现象。椭椭圆运动是指在引力场中物体沿椭圆轨道运动的现象。椭圆轨道具有长半轴和

10、短半轴两个物理特点，长半轴是轨迹圆轨道具有长半轴和短半轴两个物理特点，长半轴是轨迹上离中心最远的点到中心的距离，短半轴是轨迹上离中心上离中心最远的点到中心的距离，短半轴是轨迹上离中心最近的点到中心的距离。最近的点到中心的距离。椭圆运动的物理特点椭圆运动的物理特点椭圆轨道具有长半轴和短半轴两个物理特点长半轴和短半长半轴和短半轴轴离心率表征椭圆轨道的偏心程度离心率离心率近地点是指物体运动轨迹上离中心最近的点，远地点是指离中心最远的点近地点和远地近地点和远地点点椭圆运动中角动量守恒，即物体运动的角动量大小和方向不变角动量守恒定角动量守恒定律律椭圆运动的速度和加速度椭圆运动的速度和加速度v sqrt(

11、GM(2/r)-(1/a)速度方程式速度方程式a=GM/r2(1-(2/r)+(2)(3/r2)-0.5加速度方程式加速度方程式 椭圆运动中的力椭圆运动中的力椭圆运动中的力椭圆运动中的力椭圆运动中存在引力和向心力。引力大小与两个物体的质椭圆运动中存在引力和向心力。引力大小与两个物体的质量和距离有关，向心力的大小则与椭圆运动物体的质量和量和距离有关，向心力的大小则与椭圆运动物体的质量和速度、运动轨迹相关。太阳能飞机是椭圆轨道的一个实例，速度、运动轨迹相关。太阳能飞机是椭圆轨道的一个实例，它利用地球的引力和太阳光的能量实现长时间的飞行。它利用地球的引力和太阳光的能量实现长时间的飞行。人造卫星的轨道

12、设计需要考虑椭圆轨道的物理特点，以满足卫星的任务需求人造卫星的轨道设计人造卫星的轨道设计0103地球卫星导航系统（GPS）就利用了椭圆轨道的物理特点，以实现全球范围内的定位和导航地球卫星导航系统地球卫星导航系统02太阳系中的天体椭圆轨道运动规律可以通过运用开普勒三定律来预测天体的椭圆运动规律天体的椭圆运动规律 0404第第4章章 抛物抛物线线运运动动 抛物线运动的定抛物线运动的定抛物线运动的定抛物线运动的定义义义义抛物线运动是物理学中重要的一种运动形式，它与项目运抛物线运动是物理学中重要的一种运动形式，它与项目运动密切相关。抛物线运动的物理特点，例如抛物线弧线、动密切相关。抛物线运动的物理特点

13、，例如抛物线弧线、最大高度和最大水平距离等，都是需要我们掌握的基本概最大高度和最大水平距离等，都是需要我们掌握的基本概念。念。抛物线运动的物理特点抛物线运动的物理特点抛物线弧线是指运动物体在竖直方向上的位移随时间变化的关系，通常呈现出一个抛物线形状。抛物线弧线抛物线弧线抛物线运动中，物体到达的最高点称为最大高度，而最大高度则取决于抛物线运动的初速度和发射角度。最大高度最大高度抛物线运动中，物体到达的最远点称为最大水平距离，而最大水平距离则取决于抛物线运动的初速度和发射角度。最大水平距离最大水平距离 抛物线运动的速抛物线运动的速抛物线运动的速抛物线运动的速度和加速度度和加速度度和加速度度和加速度

14、抛物线运动中，物体在水平和垂直方向上都有速度和加速抛物线运动中，物体在水平和垂直方向上都有速度和加速度的变化。同时，抛物线运动中的最大高度和最大水平距度的变化。同时，抛物线运动中的最大高度和最大水平距离也与速度和加速度密切相关。离也与速度和加速度密切相关。水平和垂直方向上的速度和加速度水平和垂直方向上的速度和加速度在抛物线运动中，物体在水平方向上的速度和加速度一直保持不变，为初速度的分量。水平方向上的水平方向上的速度和加速度速度和加速度在抛物线运动中，物体在垂直方向上的速度和加速度受重力的影响而发生变化。垂直方向上的垂直方向上的速度和加速度速度和加速度 抛物线运动中的最大高度和最大水平距离抛物

15、线运动中的最大高度和最大水平距离抛物线运动中，物体到达的最高点称为最大高度，而最大高度则取决于抛物线运动的初速度和发射角度。最大高度最大高度抛物线运动中，物体到达的最远点称为最大水平距离，而最大水平距离则取决于抛物线运动的初速度和发射角度。最大水平距离最大水平距离 抛物线运动中的抛物线运动中的抛物线运动中的抛物线运动中的力力力力抛物线运动中，物体在受到重力和水平推力等力的作用下，抛物线运动中，物体在受到重力和水平推力等力的作用下，呈现出一种特殊的运动形式。炮弹抛物线运动是一个很好呈现出一种特殊的运动形式。炮弹抛物线运动是一个很好的例子。的例子。重力和水平推力重力和水平推力在抛物线运动中，物体受

16、到的主要力是重力，重力决定了物体在垂直方向上的运动轨迹。重力重力在抛物线运动中，物体受到的水平推力可以使物体维持一定的水平运动状态，达到抛物线运动的效果。水平推力水平推力 抛物线运动的实抛物线运动的实抛物线运动的实抛物线运动的实际应用际应用际应用际应用抛物线运动在实际生活中有着广泛的应用，例如炮弹制导、抛物线运动在实际生活中有着广泛的应用，例如炮弹制导、某些运动员的跳跃和投掷项目等。某些运动员的跳跃和投掷项目等。抛物线轨迹的炮弹制导抛物线轨迹的炮弹制导炮弹的运动轨迹呈现出抛物线形状，因此在制导过程中需要充分利用抛物线轨迹的特点。抛物线轨迹的抛物线轨迹的基本原理基本原理炮弹制导需要借助于现代电子

17、技术，例如激光制导、GPS定位等，以提高制导的精度和准确性。炮弹制导的关炮弹制导的关键技术键技术 某些运动员的跳跃和投掷项目某些运动员的跳跃和投掷项目运动员在跳高和跳远项目中，也需要充分利用抛物线运动的原理，以充分发挥运动员的潜力。跳高和跳远跳高和跳远在铁饼和标枪等投掷项目中，运动员需要通过仰角、速度等因素的控制，使得投掷物在空中呈现出近似于抛物线轨迹的运动形式。铁饼和标枪铁饼和标枪 0505第第5章章 螺旋运螺旋运动动 螺旋运动的定义螺旋运动的定义螺旋线是一种三维曲线，包括圆锥线和柱面线两种，螺旋运动是物体沿着一定角速度的螺旋线运动。螺旋线的特征螺旋线的特征螺旋线有一个轴线和一个固定点，同时

18、具有向前或向后的推移运动。螺旋运动的物理特点螺旋运动的物理特点物体绕轴线旋转的速度角速度角速度物体在螺旋线平面内绕轴线旋转的速度圆锥角速度圆锥角速度物体沿螺旋线前进的速度前进速度前进速度 螺旋运动的坐标系和速螺旋运动的坐标系和速度度螺旋运动可以用某一点到轴线的距离、螺旋线上的角度和该点在螺旋线上的位置来描述，速度可以分解为沿轴线方向的速度和垂直于轴线的速度。螺旋运动中的向心力和螺旋运动中的向心力和切向力切向力螺旋运动中的向心力和切向力分别指沿着轴线方向的力和在螺旋线平面内的力。螺螺螺螺旋旋旋旋线线线线平平平平面面面面的的的的受受受受力力力力分析分析分析分析螺旋线平面处于受力的作用下，螺旋线平面

19、处于受力的作用下，对物体的运动轨迹和速度产生对物体的运动轨迹和速度产生影响。影响。物体沿螺旋线运动时，其在螺物体沿螺旋线运动时，其在螺旋线平面处所受的力有向心力旋线平面处所受的力有向心力和切向力两种。和切向力两种。螺旋运动中的力螺旋运动中的力对称轴的反向运动对称轴的反向运动对称轴的反向运动对称轴的反向运动当物体的运动方向反向时，轴当物体的运动方向反向时，轴线也要跟着反向。线也要跟着反向。物体在总体上仍是绕着轴线旋物体在总体上仍是绕着轴线旋转，但由于轴线反向，使得物转，但由于轴线反向，使得物体的转速相应改变。体的转速相应改变。通过设计合理的飞行路线，可以表现出优美的螺旋形翻滚特技。螺旋形路线的空中展示螺旋形路线的空中展示0103 02螺旋线可以用于粉末输送、物料分离等场景。螺旋线装置的输送和分离螺旋线装置的输送和分离THANKS 谢谢观看！谢谢观看！