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第六章 圆周运动
6.3 向心加速度
匀速圆周运动是匀速运动还是变速运动?
想一想,做匀速圆周运动的物体所受的合力有何特点?加速度又怎样呢?
匀速圆周运动是变速曲线运动
变速曲线运动
运动状态改变
一定受到外力
一定存在加速度
思考
小球受到几个力的作用?
这几个力的合力沿什么方向?
小球受到重力、桌面的支持力和绳子的拉力。
重力和支持力相互抵消,合力为绳子的拉力F,沿着绳子指向圆心。
G
FN
F
----向心力
方案一:动力学角度
做匀速圆周运动的物体加速度指向圆心.这个加速度称为向心加速度.
根据牛顿第二定律,匀速圆周运动物体的加速度方向跟合外力的方向相同。
一、向心加速度
1、定义:做匀速圆周运动的物体加速度指向圆心,这个加速度称为向心加速度
4、物理意义:描述速度方向变化的快慢
2、符号:an
3、方向:始终指向圆心
5、说明:匀速圆周运动加速度的大小不变,方向时刻改变,所以匀速圆周运动不是匀变速运动,是变加速运动
二、向心加速度的大小
1.动力学原理:牛顿第二定律
2.运动学描述:加速度的定义式
两种探究方案:
根据牛顿第二定律,结合上节学习的向心力表达式,推导向心加速度的表达式:
1. 用v 和 r 来表示向心加速度:
2. 用ω 和 r 来表示向心加速度:
3. 用 v 和ω 来表示向心加速度:
4. 用 T 和 r 来表示向心加速度:
5. 用 n ( f )和 r 来表示向心加速度:
1.动力学原理:牛顿第二定律
曲线运动中的速度的变化量:
v1
v2
Δv
v1
v2
Δv
直线运动中的速度的变化量:
用矢量图表示速度变化量
v2
v1
v2
v1
Δv
v1
v2
Δv
2.运动学描述:加速度的定义式
如图甲,质点在时间Δt内从A点运动到B点,则它的速度变化量为 ΔV, 如图乙。质点速度方向变化的角度等于圆心角θ。
在va、vb、Δv组成的小三角形中, 把它补成小扇形。在数学上有弧长等于半径与圆心角的积,即
当θ足够小时,则可以认为弧长等于弦长。 这时ΔV相当扇形的弦,va=vb=v相当于半径 所以有
因为圆心角等于角速度与时间的乘积
可得
与根据牛顿第二定律得到的结果是一致的。
1.定义:匀速圆周运动的加速度
2.意义:描述速度方向变化的快慢
3.大小:
4.方向:始终指向圆心(时刻改变)
匀速圆周运动是变加速运动
向心加速度
1、 下列关于向心加速度的说法中正确的是( )
A.向心加速度表示做圆周运动的物体速率改变的快慢
B.向心加速度表示角速度变化的快慢
C.匀速圆周运动的向心加速度大小不变
D.只要是圆周运动,其加速度都是不变的
C
2. 如图所示,为A、B两质点做匀速圆周运动的向心加速度随半径变化的图象,其中A为双曲线的一个分支,由图可知( )
A.A物体运动的线速度大小不变
B.A物体运动的角速度大小不变
C.B物体运动的角速度大小不变
D.B物体运动的线速度大小不变
AC
3、甲、乙两物体都做匀速圆周运动,其质量之比为1:2,转动半径之比为1:2,在相等时间里甲转过60°,乙转过45°,则它们的加速度之比为 ( )
A. 4:3 B.2:3 C.8:9 D.9:16
C