《向心加速度》学案2__
5.6 向心加速度
一、学习目标
1. 知道匀速圆周运动是变速运动,存在加速度。
2. 理解匀速圆周运动的加速度指向圆心,所以又叫做向心加速度。
3. 知道向心加速度和线速度、角速度的关系式
4. 能够运用向心加速度公式求解有关问题 二、课前预习
1、匀速圆周运动的特点:线速度: ;角速度
。 (“存在”或“不存在”)加速度。
2、向心加速度 ,公式 ,单位 ,方向 。物理意义 。
3、匀速圆周运动是匀变速曲线运动吗? 。
三、经典例题
例1、如下图,物体沿顺时针方向做匀速圆周运动,角速度ω=πrad/s ,半径R=1m 。
0时刻物体处于A 点,s
31
后物体第一次到达B 点,求 (1) 这s 31内的速度变化量; (2) 这s
31内的平均加速度。
例2、一物体做平抛运动的初速度为10m/s ,则1秒末物体速度多大?2秒末速
A
B
A
B
C
度多大?1秒末至2秒末这段时间内速度变化量是多大?加速度是多大?
例3、从公式R
v a 2
=看,向心加速度与圆周运动的半径成反比?从公式R
a 2ω=看,向心加速度与半径成正比,这两个结论是否矛盾?请从以下两个角度来讨论这个问题。
①在y=kx 这个关系式中,说y 与x 成正比,前提是什么?
②自行车的大车轮,小车轮,后轮三个轮子的半径不一样,它们的边缘上有三个点A 、B 、C ,其中哪两点向心加速度的关系适用于“向心加速度与半径成正比”,哪两点适用于“向心加速度与半径成反比”?
例4、说法正确的是( )
A. 向心加速度越大,物体速率变化越快
B. 向心加速度大小与轨道半径成反比。
C. 向心加速度方向始终与速度方向垂直
D. 在匀速圆周运动中,向心加速度是恒定的。
例5、关于北京和广州随地球自转的向心加速度,下列说法中正确的是(BD )
A、它们的方向都沿半径指向地心
B、它们的方向都在平行赤道的平面内指向地轴
C、北京的向心加速度比广州的向心加速度大
D、北京的向心加速度比广州的向心加速度小
四、巩固练习
1、一小球被一细绳拴着,在水平面内做半径为R的匀速圆周运动,向心加速度
为a,则()
A.小球的角速度ω=a R
B.小球在时间t内通过的路程为s=t aR
C.小球做匀速圆周运动的周期T=R a
D.小球在时间t内可能发生的最大位移为2R
2、关于地球上的物体随地球自转的向心加速度的大小,下列说法正确的是
()
A.在赤道上向心加速度最大
B.在两极向心加速度最大
C.在地球上各处,向心加速度一样大
D.随着纬度的升高,向心加速度的值逐渐减小
3、如图所示,A、B两轮同绕轴O转动,A和C两轮用皮带传动,A、B、C三
轮的半径之比为2∶3∶3,a、b、c为三轮边缘上的点。求⑴三点的线速度之比;⑵三点转动的周期之比;⑶三点的向心加速度之比。
4、如图,直杆OB 绕O 点转动,当杆上A 点速度为V 1时,杆上另一点B 的速度为V 2,当B 点速度大小增加△V 时,则A 点速度增加( )
A 、21v v v ?
B 、212v v v v ?+
C 、12v v v ?
D 、112v v v v ?+
5、如图所示,甲是一个半径为r 的固定在转轴上的轮子,乙
是一个支撑起来的中空的轮环,内半径为2r ,外半径为3r ,甲带动乙转动,接触处不打滑,当甲的角速度为ω时,轮环外壁N 点的线速度是__ ____,轮环外壁N 点的向心加速度是__ ____.
B
b
c
C
A a
O
参考答案
1、【答案】:ABD
【解析】:小球做圆周运动的线速度为v 、角速度为ω,则有a =v2R =Rω2,由此可得
v =aR ,ω=a R
周期T =2πω =2πR
a
所以小球在时间t 内通过的路程为s =v t =t aR ,小球在时间t 内可能发生的最大位移应该等于直径。综上所述,正确选项为ABD 。
拓展:角速度、线速度和周期等用来描述物体做圆周运动的快慢,向心加速度描述物体做圆周运动过程中速度方向变化快慢,它们之间有密切的联系。 2、【答案】:AD
【解析】:地球上的物体随地球一起转动,在任何位置处转动的角速度都与地球自转的角速度相等,由公式a =rω2可以知道,在角速度一定的情况下,向心加速度大小与转动半径成正比关系。所以,在赤道处,物体转动半径即地球半径,其值最大,故其向心加速度最大;在两极,其转动半径为零,所以其向心加速度也为零;随着纬度的升高,其转动半径减小,故其向心加速度也减小。本题正确选项为AD 。
拓展:地球上各个物体随地球一起转动,它们都是绕 地轴转动,而不是绕地球球心转动,所以它们转动的平面与地轴垂直,转动半径与纬度大小有关。如图所示,设地球半径为R ,纬度为θ的A 处物体转动的半径为r ,则有r =Rcosθ。
3、【答案】: 2∶3∶2; 2∶2∶3; 6∶9∶4
【解析】:因A 、B 两轮同绕轴O 转动,所以有ωa =ωb ;A 和C 两轮用皮带传动,所以有va =vc 。由公式v =ωr 、 T =2πr v 、a =v2
R 结合题中已知条件即可求解。
⑴因A 、B 两轮同绕轴O 转动,所以有ωa =ωb ,由公式v =ωr 可知 va ∶vb =(ωa ra )∶(ωb rb
)=ra ∶rb =2∶3
又因为A 和C 两轮用皮带传动,所以有va =vc
综上所述可知三轮上a 、b 、c 三点的线速度之比va ∶vb ∶vc =2∶3∶2; ⑵因为ωa =ωb ,所以有Ta =Tb 因为va =vc ,根据T =2πr
v 可得 Ta ∶Tc =ra ∶rc =2∶3
所以三点转动的周期之比Ta ∶Tb ∶Tc =2∶2∶3; ⑶根据向心加速度公式a =v2
R 可得三点的向心加速度之比
aa ∶ab ∶ac =a a r v 2∶b b r v 2∶c c r v 2
=42 ∶93 ∶43 =6∶9∶4。
拓展:向心加速度的公式有多种形式,如a =v2
r ,a =rω2,a =ωv ,a =4π2r/T2,
a =4π2rn2等,计算时应根据题中给出的条件灵活选用。本题求解时采用的公式是a =v2
r ,其实采用其它公式同样可解,大家不妨一试。 4、【答案】:C
【解析】:本题考察对速度变化量的理解,首先要明确初、末速度(包括大小和方向),和速度变化量的物理意义,并且抓住A 、B 两点角速度相同这一点切入。A 、B 两点ω相同,由v 1:v 2=OA :OB (v 1+△v′):(v 2+△v)=OA :OB 可得:本题的【答案】为C 5、【答案】: 1.5ωr 0.75ω2r
【解析】:本题讨论皮带传送装置线速度、角速度和周期之间的关系问题。因此首先要抓住传动装置的特点:同轴传动的是角速度相等,皮带传动是两轮边缘的线速度大小相等,再利用v=ωr 以及向心加速度的公式找关系。 甲、乙两轮接触处不打滑;接触处线速度相同,甲轮边缘的线速度v=ωr ,则
乙轮环内径2r 的圆周上各点线速度也为v 乙(内)=ωr ,其角速度ω′=r v 2=r r 2ω
=0.5ω,乙轮环上各点的角速度相等,则:N 点的线速度v N =ω·3r=1.5ωr
a=r r r v N 3)5.1(32
2
ω==0.75ω2r
【点评】在分析传动装置的各物理量之间的关系时,要首先明确什么量是相
等的,什么量是不等的。通常情况下,同轴的各点角速度ω、转速n、周期T 相等,而线速度v=ωr与半径成正比。在认为皮带不打滑的情况下,传动皮带与和皮带连接的轮子的边缘的各点的线速度大小相等,而角速度ω=v/r与半径r成反比。齿轮啮合装置同样边缘的各点的线速度大小相等。