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物理第六章圓周運(yùn)動(dòng)第3節(jié)向心加速度01必備知識(shí)素養(yǎng)奠基02關(guān)鍵能力素養(yǎng)形成03分層演練素養(yǎng)達(dá)標(biāo)[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.理解向心加速度的產(chǎn)生及向心加速度是描述線速度方向改變快慢的物理量,知道其方向總是指向圓心且時(shí)刻改變.2.知道決定向心加速度的有關(guān)因素,并能利用向心加速度公式進(jìn)行有關(guān)計(jì)算.知識(shí)點(diǎn)1勻速圓周運(yùn)動(dòng)的加速度方向1.向心加速度:做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體指向___________的加速度.2.方向:沿半徑方向指向__________,與線速度方向__________.圓心圓心垂直[判一判]1.(1)勻速圓周運(yùn)動(dòng)是加速度不變的曲線運(yùn)動(dòng).(
)(2)勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心加速度的方向始終與速度方向垂直.(
)(3)物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí),速度變化量為零.(
)(4)勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心加速度的方向指向圓心,大小不變.(
)√×√×知識(shí)點(diǎn)2勻速圓周運(yùn)動(dòng)的加速度大小向心加速度的大?。篴n=__________或an=__________.ω2r××[想一想]地球在不停地公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn),關(guān)于地球的自轉(zhuǎn),思考以下問題:地球上各地的角速度大小、線速度大小、向心加速度大小是否相同?提示:地球上各地自轉(zhuǎn)的周期都是24h,所以地球上各地的角速度大小相同,但由于各地自轉(zhuǎn)的半徑不同,根據(jù)v=ωr可知各地的線速度大小不同.地球上各地自轉(zhuǎn)的角速度相同,半徑不同,根據(jù)an=ω2r可知,各地的向心加速度大小因自轉(zhuǎn)半徑的不同而不同.1.(對向心加速度的理解)下列關(guān)于向心加速度的說法中,正確的是(
)A.在勻速圓周運(yùn)動(dòng)中,向心加速度的大小不斷變化B.向心加速度的方向始終保持不變C.在勻速圓周運(yùn)動(dòng)中,向心加速度是恒定的D.向心加速度的方向始終與速度的方向垂直√解析:向心加速度的方向始終沿半徑方向指向圓心,與速度垂直,它的方向始終在改變,故B錯(cuò)誤,D正確;勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心加速度的大小始終不變,但是方向時(shí)刻改變,所以勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心加速度時(shí)刻改變,故A、C錯(cuò)誤.√解析:物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心加速度與物體的線速度、角速度、半徑有關(guān),但向心加速度與半徑的關(guān)系要在一定前提條件下才能成立.當(dāng)線速度一定時(shí),向心加速度與半徑成反比;當(dāng)角速度一定時(shí),向心加速度與半徑成正比.對線速度和角速度與半徑的關(guān)系也可以同樣進(jìn)行討論.正確選項(xiàng)為D.3.(向心加速度大小的計(jì)算)一物體以4m/s的速率沿圓弧運(yùn)動(dòng),角速度為πrad/s,則物體在運(yùn)動(dòng)過程中某時(shí)刻的速度變化率的大小為(
)A.2m/s2
B.4m/s2C.0 D.4πm/s2解析:由題意知物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng),則在運(yùn)動(dòng)過程中某一時(shí)刻的速度變化率即加速度的大小均是相同的,由a=rω2、v=rω得a=vω=4πm/s2,D正確.√4.(對圓周運(yùn)動(dòng)參量的考查)如圖所示,假設(shè)地球繞地軸自轉(zhuǎn)時(shí),在其表面上有A、B兩物體(圖中陰影平面表示赤道平面),圖中θ1和θ2已知,則(
)
A.角速度之比ωA∶ωB=sinθ1∶sinθ2B.線速度之比vA∶vB=sinθ1∶cosθ2C.周期之比TA∶TB=sinθ1∶sinθ2D.A、B兩物體的向心加速度之比為sin2θ1∶sin2θ2√1.向心加速度的物理意義描述勻速圓周運(yùn)動(dòng)線速度方向變化的快慢,不表示速度大小變化的快慢.2.向心加速度的方向總是沿著圓周運(yùn)動(dòng)的半徑指向圓心,即方向始終與運(yùn)動(dòng)方向垂直,方向時(shí)刻改變.3.圓周運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)不論向心加速度an的大小是否變化,an的方向是時(shí)刻改變的,所以圓周運(yùn)動(dòng)的向心加速度時(shí)刻發(fā)生改變,圓周運(yùn)動(dòng)一定是非勻變速曲線運(yùn)動(dòng).4.變速圓周運(yùn)動(dòng)的向心加速度做變速圓周運(yùn)動(dòng)的物體,加速度一般情況下不指向圓心,該加速度有兩個(gè)分量:一是向心加速度,二是切向加速度.向心加速度表示速度方向變化的快慢,切向加速度表示速度大小變化的快慢.所以變速圓周運(yùn)動(dòng)中,向心加速度的方向也總是指向圓心.【例1】(多選)關(guān)于向心加速度,以下說法正確的是(
)A.物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí),向心加速度就是物體的合加速度B.物體做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí),向心加速度就是物體的合加速度C.物體做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)的加速度的方向始終指向圓心D.物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)的加速度的方向始終指向圓心√√[解析]
物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí),向心加速度就是物體的合加速度;物體做變速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí),向心加速度只是合加速度的一個(gè)分量,A正確,B錯(cuò)誤;物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí),只具有向心加速度,加速度方向始終指向圓心;物體做變速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí),圓周運(yùn)動(dòng)的向心加速度與切向加速度的合加速度不再指向圓心,C錯(cuò)誤,D正確.[針對訓(xùn)練1]如圖所示,質(zhì)量為m的木塊從半徑為R的半球形碗口下滑到碗的最低點(diǎn)的過程中,如果由于摩擦力的作用使木塊的速率不變,那么(
)
A.加速度為零B.加速度恒定C.加速度大小不變,方向時(shí)刻改變,但不一定指向圓心D.加速度大小不變,方向時(shí)刻指向圓心√解析:由題意知,木塊做勻速圓周運(yùn)動(dòng),木塊的加速度大小不變,方向時(shí)刻指向圓心,D正確,A、B、C錯(cuò)誤.探究二向心加速度的大小【情景導(dǎo)入】如圖所示,自行車的大齒輪、小齒輪、后輪三個(gè)輪子的半徑不一樣,A、B、C是它們邊緣上的三個(gè)點(diǎn),請思考:
(1)A和B兩個(gè)點(diǎn)的向心加速度與半徑有什么關(guān)系?(2)B和C兩個(gè)點(diǎn)的向心加速度與半徑有什么關(guān)系?提示:(1)A、B兩個(gè)點(diǎn)的線速度大小相同,向心加速度與半徑成反比.(2)B、C兩個(gè)點(diǎn)的角速度相同,向心加速度與半徑成正比.(4)an與r的關(guān)系圖像如圖所示.要想通過an-r圖像確定an與r成正比還是反比,要看是ω恒定還是v恒定.【例2】(2022·長春外國語學(xué)校期中)如圖所示,一個(gè)圓盤在水平面內(nèi)勻速轉(zhuǎn)動(dòng),盤面上有兩個(gè)小物塊A、B,它們到圓盤中心的距離分別為r和2r,它們隨圓盤一起勻速轉(zhuǎn)動(dòng),關(guān)于小物塊A、B各物理量之比正確的是(
)A.角速度之比ωA∶
ωB=1∶1B.周期之比TA∶
TB=1∶2C.線速度之比vA∶
vB=1∶1D.向心加速度之比aA∶
aB=2∶1√【例3】如圖所示,撐開的雨傘上A、B兩點(diǎn)到傘軸的距離分別為rA、rB,且rB=2rA.當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)雨傘使A、B兩點(diǎn)繞傘軸做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí),A、B兩點(diǎn)的(
)
A.周期之比為2∶1
B.角速度之比為2∶1C.線速度之比為1∶1 D.向心加速度之比為1∶2√√√√[針對訓(xùn)練3]如圖所示,O、O′為兩個(gè)皮帶輪,O輪的半徑為r,O′輪的半徑為R,且R>r,M點(diǎn)為O輪邊緣上的一點(diǎn),N點(diǎn)為O′輪上的任意一點(diǎn),當(dāng)皮帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),(設(shè)轉(zhuǎn)動(dòng)過程中不打滑)則(
)
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