物体沿着圆周的运动是一种常见的运动,匀速圆周运动是当中最简单也是较基本的一种,由于做匀速圆周运动的物体的速度方向时刻在变化,因而匀速圆周运动仍旧是一种变速运动,具有加速度。
(1)可按如下模型来研究做匀速圆周运动的物体的加速度:设质点沿半径为r、圆心为O的圆周以恒定大小的速度v运动,某时刻质点位于位置A,经极短时间Δt后运动到位置B,如图1所示,试根据加速度的定义,推导质点在位置A时的加速度的大小aA;
(2)在研究匀变速直线运动的“位移”时,我们常旧“以恒代变”的思想;在研究曲线运动的“瞬时速度”时,又常用“化曲为直”的思想,而在研究一般的曲线运动时我们用的更多的是一种”化曲为圆”的思想,即对于一般的曲线运动,尽管曲线各个位置的弯曲程度不一样,但在研究时,可以将曲线分割为许多很短的小段,质点在每小段的运动都可以看作半径为某个合适值ρ的圆周运动的部分,进而采用圆周运动的分析方法来进行研究,ρ叫做曲率半径,如图2所示,试据此分析图3所示的斜抛运动中。轨迹最高点处的曲率半径ρ。
(3)事实上,对于涉及曲线运动加速度问题的研究中,“化曲为圆”并不是唯一的方式,我们还可以采用一种“化圆为抛物线”的思考方式,匀速圆周运动在短时间Δt内可以看成切线方向的匀速运动,法线方向的匀变速运动,设圆弧半径为R,质点做匀速圆周运动的速度大小为v,据此推导质点在做匀速圆周运动时的向心加速度a。
【答案】(1)质点在位置A时的加速度的大小aA为;
(2)轨迹最高点处的曲率半径ρ为;
(3)质点在做匀速圆周运动时的向心加速度a为
v
2
A
r
(2)轨迹最高点处的曲率半径ρ为
v
2
x
g
(3)质点在做匀速圆周运动时的向心加速度a为
v
2
R
【解答】
【点评】
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