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向心加速度的推導最簡公式

科技 更新时间:2024-12-27 09:14:26

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題組一 對向心加速度及其公式的理解

1.如圖所示,細繩的一端固定,另一端系一小球,讓小球在光滑水平面内做勻速圓周運動,關于小球運動到P點時的加速度方向,下列圖中可能的是( )

向心加速度的推導最簡公式(向心加速度公式理解)1

2.關于勻速圓周運動,下列說法正确的是( )

A.由an=可知,an與r成反比

B.由an=ω2r可知,an與r成正比

C.由v=ωr可知,ω與r成反比

D.由ω=2πn可知,ω與n成正比

3.如圖1所示,質量為m的木塊從半徑為R的半球形碗口下滑到碗的最低點的過程中,如果由于摩擦力的作用使木塊的速率不變,那麼( )

向心加速度的推導最簡公式(向心加速度公式理解)2

A.加速度為零

B.加速度恒定

C.加速度大小不變,方向時刻改變,但不一定指向圓心

D.加速度大小不變,方向時刻指向圓心

4.物體做半徑為R的勻速圓周運動,它的向心加速度、角速度、線速度和周期分别為a、ω、v和T,則下列關系式正确的是( )

A.ω= B.v=aR

C.a=ωv D.T=2π

題組二 向心加速度公式的有關計算

5.一質點做勻速圓周運動,其線速度大小為4 m/s,轉動周期為2 s,則下列說法錯誤的是( )

A.角速度為0.5 rad/s B.轉速為0.5 r/s

C.軌迹半徑為 m D.加速度大小為4π m/s2

6.如圖2所示,一小物塊以大小為a=4 m/s2的向心加速度做勻速圓周運動,半徑R=1 m,則下列說法正确的是( )

向心加速度的推導最簡公式(向心加速度公式理解)3

A.小物塊運動的角速度為2 rad/s

B.小物塊做圓周運動的周期為π s

C.小物塊在t= s内通過的位移大小為 m

D.小物塊在π s内通過的路程為零

7.a、b兩輛玩具車在各自的圓軌道上做勻速圓周運動,在相同的時間内,它們通過的路程之比為3∶4,轉過的角度之比為2∶3,則它們的向心加速度大小之比為( )

A.2∶1 B.1∶2 C.9∶16 D.4∶9

8.如圖3所示,一半徑為R的球體繞軸O1O2以角速度ω勻速轉動,A、B為球體上兩點.下列說法中正确的是( )

向心加速度的推導最簡公式(向心加速度公式理解)4

A.A、B兩點具有相同的角速度

B.A、B兩點具有相同的線速度

C.A、B兩點具有相同的向心加速度

D.A、B兩點的向心加速度方向都指向球心

9.如圖4所示,兩輪壓緊,通過摩擦傳動(不打滑),已知大輪半徑是小輪半徑的2倍,E為大輪半徑的中點,C、D分别是大輪和小輪邊緣的一點,則E、C、D三點向心加速度大小關系正确的是( )

向心加速度的推導最簡公式(向心加速度公式理解)5

A.anC=anD=2anE B.anC=2anD=2anE

C.anC==2anE D.anC==anE

10.如圖5所示為一皮帶傳動裝置,右輪的半徑為r,a是邊緣上的一點,左輪上的兩輪共用同一輪軸,大輪的半徑為4r,小輪的半徑為2r,b點在小輪上,到小輪中心的距離為r,c點和d點分别位于小輪和大輪的邊緣上,若在傳動過程中皮帶不打滑,則( )

向心加速度的推導最簡公式(向心加速度公式理解)6

A.a點和b點的線速度大小相等

B.a點和b點的角速度相等

C.a點和c點的線速度大小相等

D.a點和d點的向心加速度的大小相等

題組三 綜合應用

11.如圖6所示,壓路機大輪的半徑R是小輪半徑r的2倍,壓路機勻速行駛時,大輪邊緣上A點的向心加速度為0.12 m/s2,那麼小輪邊緣上B點的向心加速度為多大?大輪上距軸心的距離為的C點的向心加速度為多大?

向心加速度的推導最簡公式(向心加速度公式理解)7

圖6

12.Maloof Money Cup是全球最大的滑闆賽事,于2011年9月在南非舉行.如圖7所示,某滑闆運動員恰好從B點進入半徑為2 m的圓弧軌道,該圓弧軌道在C點與水平軌道相接,運動員滑到C點時的速度大小為10 m/s,求他到達C點前、後的瞬時加速度(不計各種阻力).

向心加速度的推導最簡公式(向心加速度公式理解)8

13.如圖8所示,甲、乙兩物體自同一水平線上同時開始運動,甲沿順時針方向做勻速圓周運動,圓半徑為R;乙做自由落體運動,當乙下落至A點時,甲恰好第一次運動到最高點B,求甲物體做勻速圓周運動的向心加速度的大小.(已知重力加速度為g)

向心加速度的推導最簡公式(向心加速度公式理解)9

答案精析

1.B [做勻速圓周運動的物體的加速度就是向心加速度,其方向指向圓心,B正确.]

2.D [物體做勻速圓周運動的向心加速度與物體的線速度、角速度、半徑有關.但向心加速度與半徑的關系要在一定前提條件下才能成立.當線速度一定時,向心加速度與半徑成反比;當角速度一定時,向心加速度與半徑成正比.對線速度和角速度與半徑的關系也可以同樣進行讨論.正确選項為D.]

3.D [由題意知,木塊做勻速圓周運動,木塊的加速度大小不變,方向時刻指向圓心,D正确,A、B、C錯誤.]

4.CD [由a=Rω2,v=Rω可得ω= ,v=,a=ωv,即A、B錯誤,C正确;又由T=與ω= 得T=2π,即D正确.]

5.A [角速度為ω==π rad/s,A錯誤;轉速為n==0.5 r/s,B正确;半徑r== m,C正确;向心加速度大小為an==4π m/s2,D正确.]

6.AB [因為a=ω2R,所以小物塊運動的角速度為ω==2 rad/s,周期T==π s,選項A、B正确;小物塊在 s内轉過,通過的位移為 m,在π s内轉過一周,通過的路程為2π m,選項C、D錯誤.]

7.B [a、b兩玩具車的線速度之比va∶vb=sa∶sb=3∶4,角速度之比ωa∶ωb=θa∶θb=2∶3,故它們的向心加速度之比aa∶ab=vaωa∶vbωb=1∶2,B正确.]

8.A [A、B兩點随球體一起繞軸O1O2轉動,轉一周所用的時間相等,故角速度相等,有ωA=ωB=ω,選項A正确.A點做圓周運動的平面與軸O1O2垂直,交點為圓心,故A點做圓周運動的半徑為rA=Rsin 60°;同理,B點做圓周運動的半徑為rB=Rsin 30°,所以A、B兩點的線速度分别為:vA=rAω=Rω,vB=rBω=Rω,顯然vA>vB,選項B錯誤.A、B兩點的向心加速度分别為:aA=rAω2=Rω2,aB=rBω2=Rω2,顯然,A、B兩點的向心加速度不相等,且它們的向心加速度方向指向各自平面的圓心,并不指向球心,故選項C、D錯誤.]

9.C [同軸轉動,C、E兩點的角速度相等,由an=ω2r,有=2,即anC=2anE;兩輪邊緣點的線速度大小相等,由an=,有=,即anC=anD,故選C.]

10.CD [由題意可知,b、c、d是固定在同一輪軸的兩輪上的點,因此ωb=ωc=ωd,a、c為用皮帶連接的兩輪邊緣上的點,皮帶不打滑時有va=vc,故選項C正确;由角速度與線速度的關系v=ωr并結合題中所給各點的半徑,易得ωa=2ωc=2ωb=2ωd及va=2vb,由此排除A、B兩選項;由向心加速度an=ω2r可推得ana=and,則選項D正确.]

11.0.24 m/s2 0.04 m/s2

解析 壓路機勻速行駛時,vB=vA,

由an=,得==2

得aB=2aA=0.24 m/s2

又ωA=ωC,由an=ω2r,得==

得aC=aA=0.04 m/s2.

12.50 m/s2,方向豎直向上 0

解析 運動員經圓弧滑到C點前做圓周運動.因為不計各種阻力,故經過C點之前的瞬間,運動員隻在豎直方向上受力,隻有向心加速度.由an=得運動員到達C點前的瞬時加速度a1= m/s2=50 m/s2,方向豎直向上.運動員滑過C點後,進入水平軌道做勻速直線運動,故加速度a2=0.

13.π2g

解析 設乙下落到A點所用時間為t,

則對乙,滿足R=gt2,得t= ,

這段時間内甲運動了T,即T= ①

又由于a=Rω2=R②

由①②得,a=π2g.

,

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