一、勻速圓周運(yùn)動(dòng)的加速度方向
1.定義:物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)的加速度總指向圓心,這個(gè)加速度叫作向心加速度.
2.向心加速度的作用:向心加速度的方向總是與速度方向垂直,故向心加速度只改變速度的方向,不改變速度的大小.
二、勻速圓周運(yùn)動(dòng)的加速度大小
1.向心加速度公式
an=eq \f(v2,r)或an=ω2r.
2.向心加速度的公式既適用于勻速圓周運(yùn)動(dòng),也適用于非勻速圓周運(yùn)動(dòng).
技巧點(diǎn)撥
一、向心加速度及其方向
對(duì)向心加速度及其方向的理解
1.向心加速度的方向:總指向圓心,方向時(shí)刻改變.
2.向心加速度的作用:向心加速度的方向總是與速度方向垂直,故向心加速度只改變速度的方向,不改變速度的大小.
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,其方向時(shí)刻改變,所以圓周運(yùn)動(dòng)的加速度時(shí)刻發(fā)生變化,圓周運(yùn)動(dòng)是變加速曲線運(yùn)動(dòng).
4.變速圓周運(yùn)動(dòng)的加速度并不指向圓心,該加速度有兩個(gè)分量:一是向心加速度,二是切向加速度.向心加速度描述速度方向變化的快慢,切向加速度描述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.
二、向心加速度的大小
1.向心加速度公式
(1)基本公式:①an=eq \f(v2,r);②an=ω2r.
(2)拓展公式:①an=eq \f(4π2,T2)r;②an=4π2n2r=4π2f2r;③an=ωv.
2.向心加速度公式的適用范圍
向心加速度公式不僅適用于勻速圓周運(yùn)動(dòng),也適用于非勻速圓周運(yùn)動(dòng),v即為那一位置的線速度,且無(wú)論物體做的是勻速圓周運(yùn)動(dòng)還是非勻速圓周運(yùn)動(dòng),其向心加速度的方向都指向圓心.
3.向心加速度與半徑的關(guān)系(如圖所示)

向心加速度公式的應(yīng)用技巧
向心加速度的每一個(gè)公式都涉及三個(gè)物理量的變化關(guān)系,必須在某一物理量不變時(shí)分析另外兩個(gè)物理量之間的關(guān)系.
(1)先確定各點(diǎn)是線速度大小相等,還是角速度相同.
(2)在線速度大小相等時(shí),向心加速度與半徑成反比,在角速度相同時(shí),向心加速度與半徑成正比.
例題精練
1.(2021春?昌平區(qū)校級(jí)月考)如圖所示,一球體繞軸O1O2以角速度ω旋轉(zhuǎn),A、B為球體上兩點(diǎn),下列說(shuō)法正確的是( )
A.A、B具有大小相等的線速度
B.由a=ω2r知,A的向心加速度大于B的向心加速度
C.由a=ω2r知,A、B兩點(diǎn)具有大小相等的向心加速度
D.A、B兩點(diǎn)的向心加速度方向都指向球心
【分析】A、B兩點(diǎn)共軸轉(zhuǎn)動(dòng),角速度相等,根據(jù)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑的大小,利用v=rω比較線速度的大?。蛐募铀俣确较蛑赶驁A周運(yùn)動(dòng)的圓心,根據(jù)a=rω2比較向心加速度大?。?br>【解答】解:A、A、B兩點(diǎn)共軸轉(zhuǎn)動(dòng),角速度相等,由于到轉(zhuǎn)軸的距離r=Rcsθ,故轉(zhuǎn)動(dòng)的半徑不同,根據(jù)v=ωr可知,線速度不同,故A錯(cuò)誤;
BC、根據(jù)r=Rcsθ可知,,rA>rB,根據(jù)a=ω2r可知A點(diǎn)的向心加速度大于B點(diǎn)的向心加速度,故B正確,C錯(cuò)誤;
D、A、B兩點(diǎn)的向心加速度方向垂直指向軸O1O2,故D錯(cuò)誤;
故選:B。
【點(diǎn)評(píng)】解決本題的關(guān)鍵知道共軸轉(zhuǎn)動(dòng),角速度相等,知道線速度與角速度、向心加速度的關(guān)系.
2.(2021春?靜寧縣校級(jí)月考)一質(zhì)點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng),其線速度大小為4m/s,轉(zhuǎn)動(dòng)周期為πs,則( )
A.角速度為2rad/sB.轉(zhuǎn)速為πr/s
C.軌跡半徑為4mD.加速度大小為4m/s2
【分析】已知線速度和周期,根據(jù)ω=求解角速度大小;根據(jù)轉(zhuǎn)速、頻率和周期關(guān)系確定轉(zhuǎn)速的大小;通過(guò)v、T和r關(guān)系求出r的大小,根據(jù)a=求得向心加速度。
【解答】解:A、質(zhì)點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng),根據(jù)可得,,故A正確;
B、質(zhì)點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng),有轉(zhuǎn)速n=r/s,故B錯(cuò)誤;
C、質(zhì)點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng),根據(jù)v=rω可得:r=2m,故C錯(cuò)誤;
D、加速度大小為a=,故D錯(cuò)誤;
故選:A。
【點(diǎn)評(píng)】本題關(guān)鍵是記住勻速圓周運(yùn)動(dòng)的線速度、角速度、周期和軌道半徑關(guān)系,是一道基礎(chǔ)題目。
隨堂練習(xí)
3.(2021春?安徽期中)一質(zhì)點(diǎn)以勻速率在水平面上做曲線運(yùn)動(dòng),其軌跡如圖所示.從圖中可以看出,質(zhì)點(diǎn)在a、b、c、d四點(diǎn)處加速度最大的點(diǎn)是( )
A.a(chǎn)B.bC.cD.d
【分析】質(zhì)點(diǎn)做勻速率曲線運(yùn)動(dòng),可借助向心加速度公式a=,分析加速度的大?。?br>【解答】解:由圖知d處曲率半徑最小,質(zhì)點(diǎn)的速率不變,由公式a=,知d點(diǎn)的加速度最大,故ABC錯(cuò)誤,D正確。
故選:D。
【點(diǎn)評(píng)】本題關(guān)鍵要掌握向心加速度公式a=,搞清曲率半徑的含義,從而作出判斷.
4.(2021春?八步區(qū)校級(jí)月考)如圖所示,兩輪用皮帶傳動(dòng),皮帶不打滑。圖中輪上A、B、C三點(diǎn)所在處半徑分別為rA、rB、rC,rA=2rB,rB=rC,則這三點(diǎn)的加速度之比為( )
A.2:2:1B.2:4:1C.4:2:1D.2:1:4
【分析】?jī)奢営闷鲃?dòng),輪子邊緣上的點(diǎn)線速度大小相等,結(jié)合公式,得出向心加速度大小關(guān)系;A、C兩點(diǎn)共軸轉(zhuǎn)動(dòng),角速度相等,根據(jù)a=rω2得出A、C的向心加速度大小關(guān)系。
【解答】解:在皮帶傳動(dòng)中,由于皮帶不打滑,則有vA=vB
由公式,可得:
A與C屬于同軸轉(zhuǎn)動(dòng),則有:ωA=ωC
由公式a=rω2,可得:
所以A、B、C三點(diǎn)的加速度之比為:aA:aB:aC=2:4:1,故B正確,ACD錯(cuò)誤。
故選:B。
【點(diǎn)評(píng)】解決本題的關(guān)鍵知道共軸轉(zhuǎn)動(dòng)的點(diǎn)角速度相等,靠皮帶傳動(dòng)輪子邊緣上的點(diǎn)線速度大小相等,結(jié)合向心加速度公式分析判斷,基礎(chǔ)題。
5.(2021?五華區(qū)校級(jí)模擬)地球赤道上的物體A隨地球自轉(zhuǎn)的向心加速度為aA,月球繞地球運(yùn)動(dòng)的向心加速度為aB。如果地月之間的距離近似取為地球半徑的60倍,月球環(huán)繞地球的周期近似取為30天,則為( )
A.9.8B.15C.30D.3600
【分析】地球自轉(zhuǎn)周期為1天,故月球環(huán)繞地球的周期為地球自轉(zhuǎn)周期的30倍,再由題意可知半徑關(guān)系,由向心加速度公式a=()2R即可確定加速度之比。
【解答】解:由于,其中TA為地球自轉(zhuǎn)周期,R為地球半徑;而,其中TB為月球環(huán)繞地球的周期,r為地月距離。由于TA:TB=1:30,R:r=1:60,計(jì)算可得=15,故B正確,ACD錯(cuò)誤。
故選:B。
【點(diǎn)評(píng)】本題考查向心加速度的計(jì)算,要注意根據(jù)題意靈活選擇公式,知道地球自轉(zhuǎn)周期為1天(24小時(shí))。
6.(2021?呂梁一模)中學(xué)生常用的學(xué)習(xí)用具修正帶的結(jié)構(gòu)如圖所示,包括上下蓋座、大小齒輪、壓嘴座等部件。大小齒輪分別嵌合于大小軸孔中,大小齒輪相互吻合,a,b點(diǎn)分別位于大小齒輪的邊緣。c點(diǎn)在大齒輪的半徑中點(diǎn),當(dāng)修正帶被勻速拉動(dòng)進(jìn)行字跡修改時(shí)( )
A.大小齒輪的轉(zhuǎn)向相同B.a(chǎn)點(diǎn)的線速度比b點(diǎn)大
C.b、c兩點(diǎn)的角速度相同D.b點(diǎn)的向心加速度最大
【分析】同緣傳動(dòng)時(shí),邊緣點(diǎn)的線速度大小相等;同軸傳動(dòng)時(shí),角速度相等;然后結(jié)合v=ωr和a=ω2r=列式求解。
【解答】解:AB、同緣傳動(dòng)時(shí),邊緣點(diǎn)的線速度大小相等,轉(zhuǎn)動(dòng)方向一個(gè)是逆時(shí)針,一個(gè)是順時(shí)針,va:vb=1:1,故AB錯(cuò)誤;
C、根據(jù)v=ωr知角速度與半徑成反比即為ωa:ωb=rb:ra,因rb<ra,則ωb>ωa,
a、c同軸轉(zhuǎn)動(dòng),角速度相等,即ωa=ωc,可知ωb>ωc,所以b與c點(diǎn)的角速度不相同,故C錯(cuò)誤;
D、根據(jù)a=ω2r,可知a點(diǎn)的向心加速度大于c點(diǎn)的向心加速度,
根據(jù)a=,可知b點(diǎn)的向心加速度大于a點(diǎn)的向心加速度,故b點(diǎn)的向心加速度最大,故D正確;
故選:D。
【點(diǎn)評(píng)】本題關(guān)鍵明確同緣傳動(dòng)同軸傳動(dòng)的特點(diǎn):同軸傳動(dòng)時(shí),角速度相等,同緣傳動(dòng)時(shí),邊緣點(diǎn)的線速度大小相等,然后結(jié)合公式v=ωr分析求解即可。
綜合練習(xí)
一.選擇題(共15小題)
1.(2020秋?岳麓區(qū)校級(jí)期末)質(zhì)點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng),在任意相等的時(shí)間內(nèi),下列物理量可能不同的是( )
A.通過(guò)的弧長(zhǎng)B.通過(guò)的位移大小
C.轉(zhuǎn)過(guò)的角度D.速度的變化
【分析】理解勻速圓周運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)即可正確解答本題,注意位移以及速度變化為矢量。
【解答】解:AC、勻速圓周運(yùn)動(dòng)是指線速度大小不變的圓周運(yùn)動(dòng),因此在相等時(shí)間內(nèi)通過(guò)路程相等,弧長(zhǎng)相等,轉(zhuǎn)過(guò)的角度也相等,故AC正確;
B、相等的時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)過(guò)的角度相等,可知相等時(shí)間內(nèi)對(duì)應(yīng)的弦長(zhǎng)相等,即通過(guò)的位移大小相等,故B正確。
D、在任意相等的時(shí)間,速度變化的大小相同,方向不同,所以速度的變化不相同,故D錯(cuò)誤。
本題選擇不同的,
故選:D。
【點(diǎn)評(píng)】本題比較簡(jiǎn)單,考查了勻速圓周運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn),在練習(xí)時(shí)注意標(biāo)量和矢量的區(qū)別。
2.(2020秋?浙江期末)一部機(jī)器由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng),皮帶與兩輪之間不發(fā)生滑動(dòng),機(jī)器皮帶輪的半徑是電動(dòng)機(jī)皮帶輪半徑的2倍,B、C分別是兩輪邊緣上的兩點(diǎn),A點(diǎn)到轉(zhuǎn)軸的距離為機(jī)器皮帶輪半徑的一半,如圖所示。下列說(shuō)法正確的是( )
A.A、B兩點(diǎn)的線速度大小相等
B.A、C兩點(diǎn)的角速度大小相等
C.A點(diǎn)的向心加速度大于B點(diǎn)的向心加速度
D.B點(diǎn)的向心加速度小于C點(diǎn)的向心加速度
【分析】由同一皮帶相連可知B和C兩點(diǎn)線速度相等,由A和B兩點(diǎn)在同一皮帶輪上可知角速度相等,并結(jié)合公式v=ωr分析線速度與角速度的關(guān)系;由公式a=ω2r分析向心加速度的關(guān)系。
【解答】解:AB、因電動(dòng)機(jī)和機(jī)器由同一皮帶連接,所以B、C兩點(diǎn)的線速度相等,即vB=vC,
且A、B兩點(diǎn)都位于機(jī)器皮帶輪上,所以A、B兩點(diǎn)的角速度相等,即ωA=ωB,
A點(diǎn)到轉(zhuǎn)軸的距離為機(jī)器皮帶輪半徑的一半,即rA=rB,
則由題意知,A、B、C三點(diǎn)的半徑之比為:rA:rB:rC=1:2:1,
由公式v=ωr可知線速度和角速度之比分別為:vA:vB:vC=1:2:2,ωA:ωB:ωC=1:1:2,故AB錯(cuò)誤;
CD、由半徑之比與角速度之比并結(jié)合公式a=ω2r可知,A、B、C三點(diǎn)線速度之比為:aA:aB:aC=1:2:4,故C錯(cuò)誤,D正確。
故選:D。
【點(diǎn)評(píng)】本題難度不大,注意把握題中的等量關(guān)系并結(jié)合線速度與角速度的關(guān)系v=ωr和向心加速度公式a=ω2r進(jìn)行分析。
3.(2020秋?響水縣校級(jí)期末)一部機(jī)器由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng),皮帶與兩輪之間不發(fā)生滑動(dòng),機(jī)器皮帶輪的半徑是電動(dòng)機(jī)皮帶輪半徑的2倍,B、C分別是輪子邊緣上的兩點(diǎn),A點(diǎn)到轉(zhuǎn)軸的距離為機(jī)器皮帶輪半徑的一半,如圖所示。下列說(shuō)法正確的是( )
A.A、B兩點(diǎn)的線速度大小相等
B.A、C兩點(diǎn)的角速度大小相等
C.B點(diǎn)的向心加速度小于C點(diǎn)的向心加速度
D.A點(diǎn)的向心加速度大于B點(diǎn)的向心加速度
【分析】由同一皮帶相連可知B和C兩點(diǎn)線速度相等,由A和B兩點(diǎn)在同一皮帶輪上可知角速度相等,并結(jié)合a=ω2r分析向心加速度的關(guān)系。
【解答】解:AB、因電動(dòng)機(jī)和機(jī)器由同一皮帶連接,所以B、C兩點(diǎn)的線速度相等,即vB=vC,
且A、B兩點(diǎn)都位于機(jī)器皮帶輪上,所以A、B兩點(diǎn)的角速度相等,即ωA=ωB,
A點(diǎn)到轉(zhuǎn)軸的距離為機(jī)器皮帶輪半徑的一半,即,
則由題意知,A、B、C三點(diǎn)的半徑之比為:
rA:rB:rC=1:2:1,
由v=ωr可知線速度和角速度之比分別為:
vA:vB:vC=1:2:2,
ωA:ωB:ωC=1:1:2,
故A、B錯(cuò)誤;
CD、由半徑之比與角速度之比并結(jié)合公式a=ω2r可知,A、B、C三點(diǎn)線速度之比為:
aA:aB:aC=1:2:4,
故C正確,D錯(cuò)誤。
故選:C。
【點(diǎn)評(píng)】本題難度不大,注意把握題中的等量關(guān)系并結(jié)合線速度與角速度的關(guān)系v=ωr和向心加速度公式進(jìn)行分析。
4.(2021春?安徽月考)如圖所示是中國(guó)古代玩具飲水鳥的示意圖,它的神奇之處是,在鳥的面前放上一杯水,鳥就會(huì)俯下身去,把嘴浸到水里,“喝”了一口水后,鳥將繞著O點(diǎn)不停擺動(dòng),一會(huì)兒它又會(huì)俯下身去,再“喝”一口水。P、Q是飲水鳥上兩點(diǎn),且rPO>rQO,則在擺動(dòng)過(guò)程中( )
A.P點(diǎn)的線速度小于Q點(diǎn)的線速度
B.P點(diǎn)的角速度等于Q點(diǎn)的角速度
C.P點(diǎn)的向心加速度小于Q點(diǎn)的向心加速度
D.P、Q兩點(diǎn)的線速度方向相反
【分析】P、Q兩點(diǎn)屬于同軸轉(zhuǎn)動(dòng)的模型,同軸轉(zhuǎn)動(dòng)角速度相等,根據(jù)v=ωr,a=ω2r分析線速度和加速度。
【解答】解:AB、根據(jù)同軸轉(zhuǎn)動(dòng)角速度相等知,P、Q兩點(diǎn)的角速度大小相同,根據(jù)v=ωr可知P點(diǎn)的線速度大于Q點(diǎn)的線速度,故A錯(cuò)誤,B正確;
C、P點(diǎn)半徑大,根據(jù)a=ω2r知,向心加速度較大,故C錯(cuò)誤;
D、線速度方向就是該點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向,P、Q不在同一軸線上,所以兩者線速度的方向不相反,故D錯(cuò)誤。
故選:B。
【點(diǎn)評(píng)】解決本題的關(guān)鍵知道共軸轉(zhuǎn)動(dòng)的點(diǎn)角速度大小相等,知道線速度、角速度、向心加速度之間的關(guān)系。
5.(2021春?江州區(qū)校級(jí)月考)如圖所示,A、B是兩個(gè)摩擦傳動(dòng)輪(不打滑),兩輪半徑大小關(guān)系為RA=3RB,則兩輪邊緣上的點(diǎn)( )
A.角速度之比ωA:ωB=3:1
B.周期之比TA:TB=1:3
C.轉(zhuǎn)速之比nA:nB=1:3
D.向心加速度之比aA:aB=3:1
【分析】解決本題的關(guān)鍵是兩輪邊緣上接觸的地方線速度相等,然后根據(jù)角速度和線速度半徑之間關(guān)系等求解,同時(shí)注意轉(zhuǎn)速的物理意義,其在數(shù)值上和頻率是相等的。
【解答】解:兩輪邊緣的線速度相等,即vA=vB①
線速度、角速度、半徑關(guān)系為:v=ωr==2πnr ②
向心加速度為:a=③
半徑關(guān)系為:RA=3RB④
聯(lián)立①②③④可解得:ωA:ωB=1:3,TA:TB=3:1,nA:nB=1:3,aA:aB=1:3,故ABD錯(cuò)誤,C正確。
故選:C。
【點(diǎn)評(píng)】描述圓周運(yùn)動(dòng)的物理量較多如線速度、角速度、向心加速度、周期、頻率、轉(zhuǎn)速等,明確各物理量之間的關(guān)系,是解題的關(guān)鍵。
6.(2021春?泰寧縣校級(jí)期中)轉(zhuǎn)筆深受廣大中學(xué)生的喜愛,如圖所示,假設(shè)某轉(zhuǎn)筆高手能讓筆繞其上的某一點(diǎn)O做勻速圓周運(yùn)動(dòng),下列有關(guān)轉(zhuǎn)筆中涉及到的物理知識(shí)的敘述正確的是( )
A.筆桿上各點(diǎn)線速度大小相同
B.筆桿上各點(diǎn)周期相同
C.筆桿上的點(diǎn)離O點(diǎn)越遠(yuǎn),角速度越小
D.筆桿上的點(diǎn)離O點(diǎn)越遠(yuǎn),向心加速度越小
【分析】(1)根據(jù)筆上各點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)一圈所用時(shí)間相等判斷得到各點(diǎn)的周期相等;
(2)根據(jù)公式v=找到線速度關(guān)系;根據(jù)公式T=求出角速度關(guān)系;
根據(jù)a=r?ω2求向心加速度的關(guān)系;
【解答】解:AB.由題意知,筆上各點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)一圈所用時(shí)間相等,所以各點(diǎn)的周期相等,因?yàn)?,所以離O越遠(yuǎn)的點(diǎn)半徑越大,線速度越大,故A錯(cuò)誤,B正確;
C.因?yàn)門=,故各點(diǎn)的角速度相等,故C錯(cuò)誤;
D.因?yàn)閍=r?ω2,所以離O點(diǎn)越遠(yuǎn),向心加速度越大,故D錯(cuò)誤;
故選:B。
【點(diǎn)評(píng)】(1)本題的關(guān)鍵在于找到各點(diǎn)的周期關(guān)系,這就要求熟悉周期的定義;
(2)在推導(dǎo)其它物理量的關(guān)系時(shí)需應(yīng)用勻速圓周運(yùn)動(dòng)的基本公式,要求平時(shí)加強(qiáng)公式的記憶;
7.(2021春?龍巖期中)如圖所示是學(xué)生常用的剪刀,A、B兩點(diǎn)是剪刀上的兩點(diǎn),B離O點(diǎn)更近,則在正常使用過(guò)程中( )
A.A、B兩點(diǎn)的角速度相同
B.A、B兩點(diǎn)的線速度大小相同
C.A、B兩點(diǎn)的向心加速度大小相同
D.A、B兩點(diǎn)的向心加速度方向相同
【分析】靠傳送帶傳動(dòng)輪子邊緣上的點(diǎn)線速度大小相等,共軸轉(zhuǎn)動(dòng)的點(diǎn)角速度相等,根據(jù)v=rω比較線速度大小與方向,根據(jù)a=ω2r,來(lái)確定向心加速度大小。
【解答】解:A、A、B兩點(diǎn)同軸傳動(dòng),A、B兩點(diǎn)的角速度相同,故A正確;
B、根據(jù)v=rω得A、B兩點(diǎn)的線速度大小不等,故B錯(cuò)誤;
C、根據(jù)a=ω2r得A、B兩點(diǎn)的向心加速度大小不相同,故C錯(cuò)誤;
D、向心加速度方向指向圓心,故D錯(cuò)誤;
故選:A。
【點(diǎn)評(píng)】解決本題關(guān)鍵明確同軸傳遞角速度相等,同緣傳動(dòng)邊緣點(diǎn)線速度相等;同時(shí)要能夠結(jié)合線速度與角速度關(guān)系公式v=rω列式判斷。
8.(2021春?金川區(qū)校級(jí)期中)關(guān)于向心加速度,下列說(shuō)法正確的是( )
A.向心加速度是描述速率變化快慢的物理量
B.勻速圓周運(yùn)動(dòng)中的向心加速度恒定不變
C.向心加速度是描述物體運(yùn)動(dòng)方向變化快慢的物理量
D.向心加速度隨軌道半徑的增大而減小
【分析】向心加速度只改變速度的方向,不改變速度大小,向心加速度描述的是線速度方向變化的快慢,因此明確向心加速度的物理意義即可正確解答本題.
【解答】解:A、勻速圓周運(yùn)動(dòng)中速率不變,而向心加速度不為零,故A錯(cuò)誤;
B、勻速圓周運(yùn)動(dòng)中的向心加速度大小不變、方向時(shí)刻改變,是變化的,故B錯(cuò)誤;
C、向心加速度與速度垂直,是描述物體運(yùn)動(dòng)方向變化快慢的物理量,故C正確;
D、根據(jù)an=ω2r,角速度一定時(shí),軌道半徑越大、向心加速度越大,故D錯(cuò)誤;
故選:C。
【點(diǎn)評(píng)】解決本題的關(guān)鍵掌握向心加速度只改變速度的方向,不改變速度大小,向心加速度描述的是線速度方向變化的快慢.屬于基礎(chǔ)題.
9.(2021春?尚義縣校級(jí)期中)關(guān)于向心加速度的物理意義,下列說(shuō)法正確的是( )
A.它描述的是線速度的方向變化的快慢
B.它描述的是角速度變化的快慢
C.它描述的是線速度的大小變化的快慢
D.勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心加速度是恒定不變的
【分析】向心加速度只改變速度的方向,不改變速度大小,向心加速度描述的是線速度方向變化的快慢,因此明確向心加速度的物理意義即可正確解答本題.
【解答】解:A、圓周運(yùn)動(dòng)的向心加速度只改變速度的方向,不改變速度大小,向心加速度描述的是線速度方向變化的快慢的物理量;
做圓周運(yùn)動(dòng)物體的切向加速度改變線速度的大小,描述線速度大小變化的快慢。故A正確,C錯(cuò)誤,
B、角速度的方向垂直圓周所在的平面,始終與向心加速度垂直,向心加速度不改變角速度的大小和方向,故BD錯(cuò)誤。
故選:A。
【點(diǎn)評(píng)】解決本題的關(guān)鍵掌握向心加速度只改變速度的方向,不改變速度大小,向心加速度描述的是線速度方向變化的快慢.屬于基礎(chǔ)題.而關(guān)于角速度的方向,高中階段不要求知道,故對(duì)學(xué)生可提可不提,注意區(qū)分向心加速度與切向加速度.
10.(2020春?梧州期末)如圖所示為學(xué)員駕駛汽車在水平面上繞O點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的俯視示意圖。已知學(xué)員在A點(diǎn)位置,教練員在B點(diǎn)位置,A點(diǎn)的轉(zhuǎn)彎半徑為5.0m,B點(diǎn)的轉(zhuǎn)彎半徑為4.0m,學(xué)員和教練員(均可視為質(zhì)點(diǎn))( )
A.運(yùn)動(dòng)周期之比為5:4
B.運(yùn)動(dòng)角速度之比為4:5
C.向心加速度大小之比為4:5
D.運(yùn)動(dòng)線速度大小之比為5:4
【分析】本題考查圓周運(yùn)動(dòng)的周期、角速度、線速度、向心加速度的幾個(gè)概念公式。
【解答】解:A、根據(jù)共軸物體角速度、周期相同可知,學(xué)員和教練員的運(yùn)動(dòng)周期之比為1:1,角速度之比為1:1,故AB錯(cuò)誤;
C、由題知學(xué)員和教練員的半徑之比為5:4,根據(jù)向心加速度公式a=ω2r可知,它們的向心加速度之比為5:4,故C錯(cuò)誤;
D、,根據(jù)v=ωr得它們的線速度之比5:4,故D正確。
故選:D。
【點(diǎn)評(píng)】主要考查描述圓周運(yùn)動(dòng)的幾個(gè)物理量的基本公式的熟練運(yùn)用,共軸運(yùn)動(dòng)的物體具有相同的角速度和周期是解題的關(guān)鍵。
11.(2020春?德州期末)如圖所示,A、B兩點(diǎn)分別位于大、小輪的邊緣上,大輪半徑是小輪半徑的3倍,它們之間靠摩擦傳動(dòng),接觸面不打滑,則A、B兩點(diǎn)的向心加速度大小之比aA:aB為( )
A.1:9B.1:3C.3:1D.9:1
【分析】A、B兩點(diǎn)靠摩擦傳動(dòng),具有相同的線速度,根據(jù)a=,求出A、B兩點(diǎn)的向心加速度大小之比。
【解答】解:A、B兩點(diǎn)靠摩擦傳動(dòng),具有相同的線速度,根據(jù)a=,半徑比為3:1,則向心加速度大小之比為1:3,故B正確,ACD錯(cuò)誤。
故選:B。
【點(diǎn)評(píng)】解決本題的關(guān)鍵知道通過(guò)摩擦傳動(dòng)輪子邊緣上的點(diǎn)具有相同的線速度,以及掌握向心加速度大小與線速度的關(guān)系。
12.(2020春?金安區(qū)校級(jí)期末)如圖所示是某品牌的電風(fēng)扇,A、B兩點(diǎn)分別位于兩片扇葉上。下列說(shuō)法中正確的是( )
A.線速度大小vA=vBB.周期TA=TB
C.角速度ωA>ωBD.向心加速度大小aA=aB
【分析】由于同軸轉(zhuǎn)動(dòng),風(fēng)扇上各個(gè)點(diǎn)的角速度相同(圓心除外),故A、B兩點(diǎn)的角速度相同;再根據(jù)線速度與角速度的關(guān)系式和加速度公式求解。
【解答】解:BC、由于同軸轉(zhuǎn)動(dòng),風(fēng)扇上各個(gè)點(diǎn)的角速度相同(圓心除外),故A、B兩點(diǎn)的角速度相同,周期相同,故B正確,C錯(cuò)誤;
A、根據(jù)線速度與角速度的關(guān)系:v=ωr,以及ωA=ωB,rB<rA,所以有:vB<vA,故A錯(cuò)誤;
D、根據(jù)a=ω2r,以及ωA=ωB,rB<rA,所以有:aB<aA,故D錯(cuò)誤。
故選:B。
【點(diǎn)評(píng)】明確同軸轉(zhuǎn)動(dòng)各點(diǎn)角速度相同是解題的前提,靈活應(yīng)用線速度、角速度、向心加速度公式間的關(guān)系是解本題的關(guān)鍵。
13.(2020春?棗莊期末)在勻速圓周運(yùn)動(dòng)中,關(guān)于向心加速度,下列說(shuō)法正確的是( )
A.向心加速度的方向保持不變
B.向心加速度是恒量
C.向心加速度是反映線速度的大小變化快慢的物理量
D.向心加速度的方向始終與線速度方向垂直
【分析】物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí),合外力提供向心力,加速度大小不變,但是方向指向圓心,時(shí)刻發(fā)生變化,加速度方向與速度方向始終垂直,因此根據(jù)向心加速度的特點(diǎn)可正確解答本題。
【解答】解:AB、物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí),向心加速度大小不變,方向始終指向圓心,時(shí)刻發(fā)生變化,故AB錯(cuò)誤;
CD、物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí),線速度大小不變,方向時(shí)刻變化,向心加速度的方向始終與線速度方向垂直,所以向心加速度是反映線速度的方向變化快慢的物理量,故C錯(cuò)誤,D正確;
故選:D。
【點(diǎn)評(píng)】解答勻速圓周運(yùn)動(dòng)的相關(guān)問(wèn)題時(shí)要注意,其中的勻速只是指速度的大小不變,合力作為向心力始終指向圓心,合力的方向也是時(shí)刻在變化的,因此向心加速度大小不變,但是方向時(shí)刻變化。
14.(2020春?重慶期末)如圖是某品牌配套的CPU散熱風(fēng)扇,A、B兩點(diǎn)繞O點(diǎn)勻速旋轉(zhuǎn),ω代表該點(diǎn)角速度,a代表該點(diǎn)向心加速度,則下列說(shuō)法正確的是( )
A.ωA>ωB,aA>aBB.ωA<ωB,aA<aB
C.ωA=ωB,aA>aBD.ωA=ωB,aA<aB
【分析】同軸轉(zhuǎn)動(dòng),各點(diǎn)角速度相等;根據(jù)向心加速度a=ω2r比較A、B點(diǎn)向心加速度大小。
【解答】解:AB兩點(diǎn)同軸轉(zhuǎn)動(dòng),各點(diǎn)角速度相等,故ωA=ωB,角速度相等的同軸轉(zhuǎn)動(dòng),選取向心加速度公式:a=ω2r,rA<rB,故aA<aB,故ABC錯(cuò)誤,D正確。
故選:D。
【點(diǎn)評(píng)】區(qū)別同軸轉(zhuǎn)動(dòng)與同緣傳動(dòng)的不同,根據(jù)不同類型中的不變量進(jìn)行分析比較。
15.(2020春?市中區(qū)月考)如圖所示,為一皮帶傳動(dòng)裝置,右輪半徑為r,a為它邊緣上一點(diǎn);左側(cè)是一輪軸,大輪半徑為4r,小輪半徑為2r,b點(diǎn)在小輪上,到小輪中心的距離為r。c點(diǎn)和d點(diǎn)分別位于小輪和大輪的邊緣上。若傳動(dòng)過(guò)程中皮帶不打滑,則( )
A.a(chǎn)點(diǎn)和c點(diǎn)的周期之比為2:1
B.b點(diǎn)和d點(diǎn)的線速度之比為4:1
C.a(chǎn)點(diǎn)和c點(diǎn)的向心加速度之比為1:2
D.b點(diǎn)和d點(diǎn)的向心加速度之比為1:4
【分析】共軸轉(zhuǎn)動(dòng)的各點(diǎn)角速度相等,靠傳送帶傳動(dòng)輪子上的點(diǎn)線速度大小相等,根據(jù)公式v=,v=rω,a=,a=rω2求解即可。
【解答】解:A、a點(diǎn)與c點(diǎn)是同緣傳動(dòng),線速度相等;rc=2ra,根據(jù)公式v=,可知a點(diǎn)和c點(diǎn)的周期之比為1:2,故A錯(cuò)誤;
B、b、d兩點(diǎn)為共軸的輪子上兩點(diǎn),ωb=ωd,rd=4rb,根據(jù)公式v=rω,可知b點(diǎn)和d點(diǎn)的線速度之比為1:4,故B錯(cuò)誤;
C、a點(diǎn)與c點(diǎn)的線速度相等,rc=2ra,根據(jù)公式a=,可知a點(diǎn)和c點(diǎn)的向心加速度之比為2:1,故C錯(cuò)誤;
D、b、d兩點(diǎn)為共軸的輪子上兩點(diǎn),ωb=ωd,rd=4rb,根據(jù)公式a=rω2,可知b點(diǎn)和d點(diǎn)的向心加速度之比為1:4,故D正確。
故選:D。
【點(diǎn)評(píng)】解決本題的關(guān)鍵知道線速度、角速度、向心加速度與半徑的關(guān)系,以及知道共軸轉(zhuǎn)動(dòng)的各點(diǎn)角速度相等,靠傳送帶傳動(dòng)輪子上的點(diǎn)線速度大小相等。
二.多選題(共15小題)
16.(2021春?興慶區(qū)校級(jí)月考)下列關(guān)于向心加速度的說(shuō)法中正確的是( )
A.向心加速度的方向始終與圓周運(yùn)動(dòng)的速度方向垂直
B.向心加速度的大小一定始終保持不變,方向時(shí)刻改變
C.在勻速圓周運(yùn)動(dòng)中,向心加速度是恒定的
D.向心加速度只改變線速度的方向,不改變線速度的大小
【分析】勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心加速度大小不變,方向始終指向圓心,向心加速度是變化的,是變加速運(yùn)動(dòng).向心加速度只改變線速度的方向,不改變線速度的大?。?br>【解答】解:AD、向心加速度方向始終始終與圓周運(yùn)動(dòng)的速度方向垂直,即與線速度方向垂直,只改變線速度的方向,不改變線速度的大小,故AD正確;
B、只有勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心加速度大小才始終保持不變,方向時(shí)刻改變,故B錯(cuò)誤;
C、做勻速圓周運(yùn)動(dòng)物體的向心加速度大小不變,方向始終指向圓心,時(shí)刻在變化,所以向心加速度是變化的,故C錯(cuò)誤。
故選:AD。
【點(diǎn)評(píng)】向心加速度是矢量,由大小和方向才能確定的物理量,所以當(dāng)矢量大小變化、方向變化或大小方向同時(shí)變化時(shí),矢量都是變化的.
17.(2021春?菏澤期中)關(guān)于向心加速度,下列說(shuō)法中正確的是( )
A.向心加速度越大,物體速度方向改變的就越快
B.做曲線運(yùn)動(dòng)的物體,一定存在向心加速度
C.由向心加速度an=可知,向心加速度一定與軌道半徑成反比
D.物體做變速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí),向心加速度的大小不能用an=來(lái)計(jì)算
【分析】向心加速度的方向始終指向圓心,表示速度方向變化快慢的物理量,向心加速度只改變速度的方向,不改變速度的大?。唤Y(jié)合向心加速度公式的條件說(shuō)明。
【解答】解:A、向心加速度是表示速度方向變化快慢的物理量,向心加速度越大,物體速度方向改變的就越快,故A正確;
B、做曲線運(yùn)動(dòng)的物體可以將運(yùn)動(dòng)的軌跡看作若干個(gè)曲率半徑不同小圓弧軌跡組成,物體運(yùn)動(dòng)到每個(gè)小圓弧時(shí)都存在向心加速度,可知做曲線運(yùn)動(dòng)的物體,一定存在向心加速度,故B正確;
C、公式an=,表示在線速度一定的條件下,向心加速度與半徑成反比,如果不是線速度一定,則向心加速度不一定與軌道半徑成反比,故C錯(cuò)誤;
D、物體做變速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí),向心加速度的大小仍然能用an=來(lái)計(jì)算,故D錯(cuò)誤。
故選:AB。
【點(diǎn)評(píng)】解決本題的關(guān)鍵知道向心加速度的物理意義,知道向心加速度只改變速度的方向,不改變速度的大小.
18.(2021春?焦作期中)以前在偏遠(yuǎn)的山區(qū),人們通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)轆轱用水桶從水井里向上提水。其模型可簡(jiǎn)化為:一個(gè)可繞圓心軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的圓柱體上纏繞一根輕質(zhì)細(xì)繩,圓柱體半徑為R。質(zhì)量為m的小物體P固定在細(xì)線末端,如圖所示。現(xiàn)在把P由靜止釋放,物體P以加速度a0做勻加速運(yùn)動(dòng),重力加速度為g,下列說(shuō)法正確的是( )
A.圓柱體轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度與時(shí)間成正比增加
B.圓柱體邊緣上一點(diǎn)的向心加速度與時(shí)間成正比增加
C.在P下降距離L時(shí),圓柱體轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度大小為
D.在P下降距離L時(shí),圓柱體邊緣上一點(diǎn)的向心加速度大小為
【分析】物體P的速度等于圓柱體邊緣的線速度,再結(jié)合v=rω和求圓柱體邊緣一點(diǎn)的角速度和向心加速度表達(dá)式即可判斷。
【解答】解:AB、經(jīng)過(guò)時(shí)間t,物體P的線速度v=a0t,
則圓柱體轉(zhuǎn)動(dòng)角速度,所以圓柱體轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度與時(shí)間成正比增加,
圓柱體邊緣上一點(diǎn)的向心加速度,所以圓柱體邊緣上一點(diǎn)的向心加速度與時(shí)間的平方成正比增加,故A正確,B錯(cuò)誤;
CD、在P下降距離L時(shí),據(jù)v2=2a0L可得的線速度v=物體,圓柱體的角速度
圓柱體邊緣上一點(diǎn)的向心加速度大小,故D錯(cuò)誤,C正確。
故選:AC。
【點(diǎn)評(píng)】準(zhǔn)確理解題意,明確線速度與角速度關(guān)系以及向心加速度表達(dá)式,能用所學(xué)知識(shí)分析生活中的問(wèn)題。
19.(2021春?大武口區(qū)校級(jí)月考)關(guān)于向心加速度,下列說(shuō)法正確的是( )
A.向心加速度是描述線速度變化快慢的物理量
B.向心加速度只改變線速度的方向,不改變線速度的大小
C.向心加速度大小恒定,方向時(shí)刻改變
D.物體做變速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí),向心加速度的大小也可用a=ω2r來(lái)計(jì)算
【分析】向心加速度只改變速度的方向,不改變速度大小,向心加速度描述的是線速度方向變化的快慢,因此明確向心加速度的物理意義即可正確解答本題。
【解答】解:AB、加速度是描述速度變化快慢的物理量,向心加速度是描述線速度方向變化快慢的物理量,故A錯(cuò)誤,B正確;
C、只有勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心加速度大小才恒定,故C錯(cuò)誤;
D、向心加速度是瞬時(shí)加速度,所以物體做非勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí),向心加速度的大小也可用a=ω2r來(lái)計(jì)算,故D正確。
故選:BD。
【點(diǎn)評(píng)】解決本題的關(guān)鍵掌握向心加速度只改變速度的方向,不改變速度大小,向心加速度描述的是線速度方向變化的快慢,屬于基礎(chǔ)題。
20.(2021春?洮北區(qū)校級(jí)月考)如圖所示的齒輪傳動(dòng)裝置中右輪半徑為2r,a為它邊緣上的一點(diǎn)。左側(cè)為一輪軸,小輪的半徑為r,b為它邊緣上的一點(diǎn),大輪的半徑為4r,c為它邊緣上的一點(diǎn)。若傳動(dòng)中齒輪不打滑,則( )
A.b點(diǎn)與c點(diǎn)的線速度大小相等
B.a(chǎn)點(diǎn)與b點(diǎn)的線速度大小相等
C.a(chǎn)點(diǎn)與c點(diǎn)的向心加速度大小之比為1:4
D.a(chǎn)點(diǎn)與c點(diǎn)的向心加速度大小之比為1:8
【分析】b、c輪共軸轉(zhuǎn)動(dòng),角速度相等,a、c兩輪在傳動(dòng)中靠輪不打滑,知a、c兩輪邊緣上的點(diǎn)線速度大小相等;根據(jù)線速度與角速度、向心加速度的關(guān)系比較它們的大小。
【解答】解:A、由于b、c輪共軸轉(zhuǎn)動(dòng),角速度相等,根據(jù)v=rω知,c的線速度大于b的線速度,故A錯(cuò)誤;
B、a、b靠摩擦傳動(dòng),邊緣線速度大小相等,a點(diǎn)的線速度大小等于b點(diǎn)的線速度大小,故B正確;
CD、a、b的線速度大小相等,半徑比為2:1,根據(jù):a=,知a、b向心加速度大小之比為1:2;b、c的角速度相等,根據(jù):a=rω2,知b、c的向心加速度大小之比為1:4,所以a、c兩點(diǎn)的向心加速度大小之比為1:8.故C錯(cuò)誤,故D正確;
故選:BD。
【點(diǎn)評(píng)】解決本題的關(guān)鍵知道共軸轉(zhuǎn)動(dòng),角速度相等,不打滑傳動(dòng),輪子邊緣上的點(diǎn)線速度大小相等。
21.(2020春?四川期末)如圖所示,現(xiàn)將一自然狀態(tài)下用細(xì)線懸掛的小球從最低點(diǎn)B拉至A點(diǎn),此時(shí)細(xì)線處于繃緊狀態(tài),與豎直方向的夾角為θ,然后由靜止釋放小球。接下來(lái)小球?qū)⒃贏A'之間來(lái)回運(yùn)動(dòng),若忽略空氣阻力,則下列說(shuō)法正確的是( )
A.在A位置時(shí),該小球速度為零,處于平衡狀態(tài)
B.在A位置時(shí),拉力和重力的合力水平向右
C.在B位置時(shí),該小球處于超重狀態(tài)
D.由A到B的過(guò)程中,小球的向心加速度逐漸增大
【分析】小球做圓周運(yùn)動(dòng),故加速度不為0,根據(jù)受力分析與向心加速度的公式可進(jìn)行判斷。
【解答】解:A.在A位置時(shí),該小球速度為零,但是加速度不為零,不是處于平衡狀態(tài),選項(xiàng)A錯(cuò)誤;
B.在A位置時(shí),該小球重力沿繩方向的分力與繩的拉力平衡,重力沿與繩垂直方向的分力即為合力,方向?yàn)檠厍芯€斜向下,故B錯(cuò)誤:
C.在B位置時(shí),該小球受到的拉力與重力的合力向上提供向心力,加速度向上,處于超重狀態(tài)。選項(xiàng)C正確:
D.由A到B過(guò)程中,小球速度逐漸變大,根據(jù)可知,向心加速度逐漸增大,選項(xiàng)D正確。
故選:CD。
【點(diǎn)評(píng)】本題考查圓周運(yùn)動(dòng)特點(diǎn),對(duì)小球做受力分析列示即可解答,注意超重時(shí)加速度向上。
22.(2020春?七星區(qū)校級(jí)期中)關(guān)于向心加速度,以下說(shuō)法中正確的是( )
A.向心加速度的方向始終與線速度方向垂直
B.向心加速度只改變線速度的方向,不改變線速度的大小
C.物體做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)的加速度方向始終指向圓心
D.物體的向心加速度的大小與線速度大小的平方成正比
【分析】物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí),合外力提供向心力,加速度大小不變,但是方向指向圓心,故稱向心加速度;向心加速度始終指向圓心;但要注意一般的圓周運(yùn)動(dòng)合外力和合加速度并不一定指向圓心的。
【解答】解:AB、向心加速度的方向沿半徑指向圓心,速度方向沿圓周的切線方向,所以向心加速度的方向始終與速度方向垂直,且只改變線速度的方向,不改變線速度的大小,故AB正確;
C、如果物體做的是變速圓周運(yùn)動(dòng),有些位置會(huì)存在切向加速度,故圓周運(yùn)動(dòng)的向心加速度與切向加速度的合加速度的方向不一定始終指向圓心,故C錯(cuò)誤;
D、當(dāng)物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí),且半徑不變,物體的向心加速度的大小與線速度大小的平方成正比,故D錯(cuò)誤。
故選:AB。
【點(diǎn)評(píng)】明確向心加速度的定義,知道向心加速度只改變速度方向;但要注意物體做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)可能存在切向加速度和徑向加速度,故合加速度不一定指向圓心。
23.(2020春?揭陽(yáng)期末)關(guān)于質(zhì)點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng),下列說(shuō)法中正確的是( )
A.質(zhì)點(diǎn)的周期不變B.質(zhì)點(diǎn)的速度不變
C.質(zhì)點(diǎn)的角速度不變D.質(zhì)點(diǎn)的向心加速度不變
【分析】明確勻速圓周運(yùn)動(dòng)的性質(zhì),知道勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心加速度方向時(shí)刻改變,線速度大小不變,方向時(shí)刻改變,角速度的大小和方向都不變,轉(zhuǎn)速保持不變。
【解答】解:A、周期是標(biāo)量,做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體轉(zhuǎn)動(dòng)一周時(shí)間相等,故周期是不變的,故A正確;
B、質(zhì)點(diǎn)的速度方向沿切線的方向,在不斷的改變,故B錯(cuò)誤;
C、根據(jù)角速度的定義可知,角速度是保持不變的,故C正確;
D、勻速圓周運(yùn)動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)的加速度方向始終指向圓心,因此方向時(shí)刻改變,故D錯(cuò)誤。
故選:AC。
【點(diǎn)評(píng)】解決本題的關(guān)鍵知道勻速圓周運(yùn)動(dòng)的線速度大小不變,方向時(shí)刻改變,角速度不變,向心力和向心加速度的方向時(shí)刻改變,轉(zhuǎn)速是標(biāo)量,保持不變。
24.(2020春?興慶區(qū)月考)如圖所示的皮帶輪傳動(dòng)裝置中,已知大輪半徑是小輪半徑的3倍,A和B兩點(diǎn)分別在兩輪的邊緣上,C點(diǎn)離大輪軸的距離等于小輪半徑,若皮帶不打滑,則下列關(guān)于A、B、C三點(diǎn)的角速度、線速度、周期、向心加速度的關(guān)系式正確的是( )
A.ωA:ωB=3:1B.vB:vC=3:1C.TA:TC=3:1D.a(chǎn)B:aC=1:3
【分析】皮帶不打滑,A和B兩點(diǎn)線速度大小相等,由公式v=ωr,角速度與半徑成反比,求出ωA:ωB;B、C在同一輪上,角速度相同,由公式v=ωr求解線速度之比;根據(jù)T=研究周期之比;由公式an=ω2r研究B、C的向心加速度的關(guān)系。
【解答】解:A、對(duì)于A、B兩點(diǎn),皮帶不打滑,A和B兩點(diǎn)線速度大小相等;由公式v=ωr,得到ωA:ωB=rB:rA=3:1,故A正確;
B、對(duì)于B、C兩點(diǎn),B、C在同一輪上,角速度ω相同,由公式v=ωr,得到vB:vC=3:1,故B正確;
C、對(duì)于B、C兩點(diǎn),B、C在同一輪上,角速度ω相同;故周期之比為TB:TC=1:1,對(duì)于A、B兩點(diǎn),因?yàn)棣谹:ωB=rB:rA=3:1,根據(jù)周期公式T=,有:TA:TB=1:3,故TA:TC=1:3,故C錯(cuò)誤;
D、對(duì)于B、C兩點(diǎn),B、C在同一輪上,角速度ω相同,由公式an=ω2r,得到aB:aC=rB:rC=3:1,故D錯(cuò)誤。
故選:AB。
【點(diǎn)評(píng)】本題是勻速圓周運(yùn)動(dòng)中典型問(wèn)題,關(guān)鍵抓住相等量:皮帶不打滑時(shí),兩輪邊緣上各點(diǎn)的線速度大小相等;同一輪上各點(diǎn)的角速度相同。
25.(2020春?順慶區(qū)校級(jí)期中)如圖所示,是中國(guó)古代玩具飲水鳥,它的神奇之處是,在鳥的面前放上一杯水,鳥就會(huì)俯下身去,把嘴浸到水里,“喝”了一口水后,鳥將繞著O點(diǎn)不停擺動(dòng)(已知OA>OB),一會(huì)兒它又會(huì)俯下身去,再“喝”一口水。A、B是鳥上兩點(diǎn),則在擺動(dòng)過(guò)程中( )
A.A、B兩點(diǎn)的線速度大小相同
B.A、B兩點(diǎn)的向心加速度大小不同
C.A、B兩點(diǎn)的角速度大小相同
D.A、B兩點(diǎn)的向心加速度方向相同
【分析】A、B兩點(diǎn)同軸轉(zhuǎn)動(dòng),具有相等的角速度,根據(jù)v=rω可以比較線速度的大??;根據(jù)a=r?2可以比較向心加速度的大小。
【解答】解:A、這兩點(diǎn)是在做同軸轉(zhuǎn)動(dòng),所以A、B兩點(diǎn)的角速度ω大小相等,由圖可知OA大于OB的長(zhǎng)度,根據(jù)v=rω可知,A點(diǎn)的線速度大于B點(diǎn)的線速度,故A錯(cuò)誤;
B、向心加速度a=rω2,因?yàn)檫@兩點(diǎn)的角速度大小相等,所以A點(diǎn)的向心加速度大于B點(diǎn)的向心加速度,故B正確;
C、由上面A的分析可知A、B兩點(diǎn)的角速度大小相同,故C正確;
D、向心加速度在的方向指向圓心,所以A點(diǎn)的向心加速度方向沿AO方向指向O點(diǎn),B點(diǎn)的向心加速度方向沿BO方向指向O點(diǎn),它們的方向不同,故D錯(cuò)誤。
故選:BC。
【點(diǎn)評(píng)】知道同軸轉(zhuǎn)動(dòng)的物體具有相等的角速度是解題的關(guān)鍵,然后根據(jù)相應(yīng)的公式即可判斷線速度和向心加速度的大小關(guān)系。向心加速度的方向是指向圓心的。
26.(2020春?深州市校級(jí)月考)關(guān)于向心加速度,以下說(shuō)法中正確的是( )
A.向心加速度的方向始終與線速度方向垂直
B.向心加速度只改變線速度的方向,不改變線速度的大小
C.物體做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)的加速度方向始終指向圓心
D.物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)的加速度方向始終指向圓心
【分析】物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí),合外力提供向心力,加速度大小不變,但是方向指向圓心,故稱向心加速度;向心加速度始終指向圓心;但要注意一般的圓周運(yùn)動(dòng)合外力和合加速度并不一定指向圓心的。
【解答】解:AB、向心加速度的方向沿半徑指向圓心,速度方向沿圓周的切線方向,所以向心加速度的方向始終與速度方向垂直,且只改變線速度的方向,不改變線速度的大小,故AB正確;
C、如果物體做的不是勻速圓周運(yùn)動(dòng),此時(shí)存在切向加速度,故圓周運(yùn)動(dòng)的向心加速度與切向加速度的合加速度的方向不一定始終指向圓心,故C錯(cuò)誤;
D、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,故D正確。
故選:ABD。
【點(diǎn)評(píng)】明確向心加速度的定義,知道向心加速度只改變速度方向;但要注意物體做圓運(yùn)動(dòng)時(shí)可能存在切向加速度和徑向加速度,故合加速度不一定指向圓心。
27.(2020春?乃東區(qū)校級(jí)月考)如圖所示為A,B兩物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心加速度隨半徑變化的圖象,其中A為雙曲線的一個(gè)分支,由圖可知( )
A.A物體運(yùn)動(dòng)的線速度大小不變
B.A物體運(yùn)動(dòng)的角速度大小不變
C.B物體運(yùn)動(dòng)的角速度大小不變
D.B物體運(yùn)動(dòng)的角速度與半徑成正比
【分析】根據(jù)a=知,線速度不變,向心加速度與r成反比;根據(jù)a=rω2知,角速度不變,向心加速度與r成正比。
【解答】解:由圖可以看出,物體A的向心加速度a與半徑r成反比,與a=比較,知線速度大小不變,
物體B的向心加速度a與半徑r成正比,與a=ω2r比較,知物體B的角速度不變,故AC正確,BD錯(cuò)誤。
故選:AC。
【點(diǎn)評(píng)】解決本題的關(guān)鍵知道線速度一定,向心加速度與半徑成反比,角速度一定,向心加速度與半徑成正比。
28.(2019秋?海安市校級(jí)月考)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體,10s內(nèi)沿半徑是20m的圓周運(yùn)動(dòng)了100m,則下列說(shuō)法中正確的是( )
A.線速度大小是10m/s
B.角速度大小是10rad/s
C.物體的運(yùn)動(dòng)周期是2s
D.向心加速度的大小是5m/s2
【分析】先根據(jù)v=求出線速度大小,再根據(jù)公式ω=、T=、a=可以求出角速度、周期、加速度的大小。
【解答】解:A、由v==m/s=10m/s,所以線速度大小是10m/s,故A正確。
B、角速度ω==rad/s=0.5rad/s,故B錯(cuò)誤。
C、物體的運(yùn)動(dòng)周期T==s=4π s,故C錯(cuò)誤。
D、向心加速度a==m/s2=5m/s2,故D正確。
故選:AD。
【點(diǎn)評(píng)】本題考查了線速度、角速度和周期等知識(shí)點(diǎn)。解決本題的關(guān)鍵知道線速度、角速度、向心加速度與半徑的關(guān)系。
29.(2019春?明光市校級(jí)月考)如圖所示裝置中,三個(gè)輪的半徑分別為r、2r、4r,求圖中a、b、c各點(diǎn)的線速度之比、加速度之比、角速度之比、轉(zhuǎn)速之比,正確的是( )
A.va:vb:vc=1:1:2B.a(chǎn)a:ab:ac=2:1:2
C.ωa:ωb:ωc=1:1:2D.na:nb:nc=2:1:1
【分析】a、b點(diǎn)靠傳送帶傳動(dòng),具有相同的線速度大小,b、c兩點(diǎn)共軸,具有相同的角速度大小,根據(jù)v=rω,a==rω2求出a、b、c三點(diǎn)的線速度之比、角速度之比和加速度之比。
【解答】解:A、a、b兩點(diǎn)的線速度相等,b、c兩點(diǎn)的角速度相等,根據(jù)v=rω,知vb:vc=rb:rc=1:2,所以va:vb:vc=1:1:2.故A正確;
BC、根據(jù)ω=,知 ==,則ωa:ωb:ωc=2:1:1,根據(jù)a==rω2知,aa:ab:ac=2:1:2,故B正確,故C錯(cuò)誤。
D、轉(zhuǎn)速:n=,所以na:nb:nc=ωa:ωb:ωc=2:1:1.故D正確。
故選:ABD。
【點(diǎn)評(píng)】解決本題的關(guān)鍵知道靠傳送帶傳動(dòng)的點(diǎn),具有相同的線速度大小。共軸的點(diǎn),具有相同的角速度大小。
30.(2019春?廣東月考)小區(qū)門口自動(dòng)升降桿的長(zhǎng)度為L(zhǎng)、A、B為桿上的兩點(diǎn),如圖所示,A點(diǎn)在桿的頂端,B點(diǎn)與A點(diǎn)的距離為.在桿從水平位置勻速轉(zhuǎn)至豎直位置的過(guò)程中,下列說(shuō)法正確的是( )
A.A、B兩點(diǎn)的線速度大小之比為3:1
B.A、B兩點(diǎn)的線速度大小之比為3:2
C.A、B兩點(diǎn)的向心加速度大小之比為3:1
D.A、B兩點(diǎn)的向心加速度大小之比為3:2
【分析】(1)根據(jù)題意找到A、B兩點(diǎn)的角速度關(guān)系以及半徑之比;
(2)根據(jù)線速度和向心加速度與角速度的關(guān)系求解比例關(guān)系;
【解答】解:AB.由題意知ωA=ωB,RA:RB=3:2,
根據(jù)v=R?ω,所以vA:vB=RA:RB=3:2,故A錯(cuò)誤,B正確;
CD.根據(jù)a=R?ω2知:aA:aB=RA:RB=3:2,故C錯(cuò)誤,D正確;
故選:BD。
【點(diǎn)評(píng)】(1)首先明確兩點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的特征,即同軸轉(zhuǎn)動(dòng);
(2)熟記線速度、角速度、向心加速度與半徑之間的關(guān)系式;
三.填空題(共8小題)
31.(2020春?婁底期末)某物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng),周期為2s,半徑為5m,則其角速度ω= π rad/s,線速度v= 5π m/s,向心加速度a= 5π2 m/s2。
【分析】根據(jù)向心加速度的定義以及角速度、線速度、周期之間的關(guān)系可以正確解答本題。
【解答】解:根據(jù)角速度與周期的關(guān)系得:
ω==rad/s=πrad/s
根據(jù)線速度與角速度的關(guān)系得:
v=rω=5×πm/s=5πm/s
根據(jù)公式a=vω,得向心加速度為:
an=vω=5π×πm/s2=5π2m/s2
故答案為:π;5π;5π2。
【點(diǎn)評(píng)】本題考查的是描述圓周運(yùn)動(dòng)的概念,要熟練掌握各個(gè)概念的物理意義,以及各物理量之間的關(guān)系。
32.(2019秋?杭州月考)圖為自行車的傳動(dòng)裝置示意圖。已知某型號(hào)自行車的大齒輪半徑r1=12cm,小齒輪半徑r2=6.28cm,后輪半徑r3=40cm。如某人騎車轉(zhuǎn)速為60轉(zhuǎn)/分,則可估算大齒輪邊緣上一點(diǎn)的向心加速度為 0.48 m/s2,該自行車的行駛速度為 4.8 m/s(均保留兩位有效數(shù)字)。
【分析】先根據(jù)60轉(zhuǎn)/分,求出角速度,利用皮帶傳動(dòng)模型和同軸轉(zhuǎn)動(dòng)模型可以求出本題。
【解答】解:對(duì)于大齒輪,60轉(zhuǎn)/分=1r/s,即頻率f=1Hz,周期T==1s,角速度ω1==2π rad/s。
大齒輪邊緣上一點(diǎn)的向心加速度a1=ω2r1=22×12×10﹣2 m/s2=0.48m/s2,
大齒輪邊緣上一點(diǎn)的線速度v1=ω1r1=2π×12×10﹣2 m/s=0.24π m/s
小齒輪和大齒輪是皮帶傳動(dòng)模式,有v2=v1=0.24π m/s
小齒輪的角速度:ω2==rad/s=12rad/s。
后輪很小齒輪是同軸轉(zhuǎn)動(dòng)模式,角速度相等,ω3=ω2=12rad/s,
該自行車的行駛速度為:v=ω3r3=12×40×10﹣2 m/s=4.8m/s。
故答案為:0.48;4.8。
【點(diǎn)評(píng)】本題考查了向心加速度、線速度、角速度和周期、轉(zhuǎn)速等知識(shí)點(diǎn)。掌握皮帶傳動(dòng)模型和同軸轉(zhuǎn)動(dòng)模型是解決本題的關(guān)鍵。
33.(2019春?海東市月考)一物體在水平面內(nèi)沿半徑R=0.2m的圓形軌道做勻速圓周運(yùn)動(dòng),線速度v=0.2m/s,則它的向心加速度為 0.2 m/s2,角速度為 1 rad/s,周期為 2π s.若轉(zhuǎn)過(guò)90°角,則位移的大小是 m,路程是 0.1π m。
【分析】根據(jù)公式,,分別求解向心加速度、角速度和周期,根據(jù)位移和路程的定義求解位移和路程大??;
【解答】解:向心加速度為:
角速度為:
周期為:
轉(zhuǎn)過(guò)90°,位移大小為:,
路程為:s=;
故答案為:0.2,1,2π,,0.1π;
【點(diǎn)評(píng)】該題考查了圓周運(yùn)動(dòng)的基本知識(shí),題目簡(jiǎn)單,熟記相關(guān)公式即可解答;
34.(2019春?浦東新區(qū)校級(jí)期中)如圖為一皮帶傳動(dòng)裝置,右輪的半徑為r,a是它邊緣上的一點(diǎn)。左側(cè)是一輪軸,大輪的半徑為4r,小輪的半徑為2r,b點(diǎn)和c點(diǎn)分別位于輪軸小輪和大輪的邊緣上。若在傳動(dòng)過(guò)程中,皮帶不打滑。則a、b、c三點(diǎn)的線速度大小之比為 1:1:2 ;a、b、c三點(diǎn)的角速度大小之比為 2:1:1 ;a、b、c三點(diǎn)的向心加速度大小之比為 2:1:2 。
【分析】皮帶傳動(dòng)裝置,在傳動(dòng)過(guò)程中不打滑,則有:共軸的角速度是相同的;同一皮帶的與皮帶接觸邊緣的線速度大小是相等的。所以當(dāng)角速度一定時(shí),線速度與半徑成正比;當(dāng)線速度大小一定時(shí),角速度與半徑成反比。因此根據(jù)題目條件可知三點(diǎn)的線速度及角速度關(guān)系。
【解答】解:如圖所示,a與b同一皮帶下傳動(dòng),則va=vb,因?yàn)閞a:rb=1:2,根據(jù)v=ωr,所以ωa:ωb=rb:ra=2:1
bc兩點(diǎn)共軸,則ωc=ωb,因?yàn)閞c:rb=2:1,所以va:vb:vc=1:1:2
根據(jù)v=ωr得角速度之比ωa:ωb:ωc=2:1:1
根據(jù)向心加速度公式a=可知,向心加速度之比為:2:1:2
故答案為:1:1:2; 2:1:1; 2:1:2。
【點(diǎn)評(píng)】本題要緊扣隱含條件:共軸的角速度是相同的;同一皮帶的與皮帶接觸邊緣的線速度大小是相等的。以此作為突破口;同時(shí)能掌握線速度、角速度與半徑之間的關(guān)系。
35.(2019春?銀川校級(jí)期末)一物體在水平面內(nèi)沿半徑 R=20cm的圓形軌道做勻速圓周運(yùn)動(dòng),線速度v=0.2m/s,那么,它的向心加速度為 0.2 m/s2,它的角速度為 1 rad/s,它的周期為 2π s.
【分析】利用向心加速度、角速度的公式可以求前兩個(gè)空,利用周期公式求周期.
【解答】解:向心加速度a==0.2m/s2,角速度ω==1rad/s,周期T==2π s.
答案為0.2,1,2π
【點(diǎn)評(píng)】本題考查了線速度、角速度、向心加速度和周期公式的應(yīng)用,注意它們之間的關(guān)系.
36.(2017春?三元區(qū)校級(jí)期中)如圖所示的皮帶傳動(dòng)裝置中,輪A和B同軸,A、B、C分別是三個(gè)輪邊緣上的質(zhì)點(diǎn),且rA=rC=2rB,則A、B、C三個(gè)質(zhì)點(diǎn)的線速度之比 2:1:1 ,角速度之比 2:2:1 ,向心加速度之比 4:2:1 .
【分析】B、C兩輪是皮帶傳動(dòng),皮帶傳動(dòng)的特點(diǎn)是皮帶和輪子接觸點(diǎn)的線速度的大小相同,A、B兩輪是軸傳動(dòng),軸傳動(dòng)的特點(diǎn)是角速度相同.結(jié)合向心加速度與線速度、角速度的關(guān)系公式以及線速度與角速度的關(guān)系公式分析判斷.
【解答】解:A、B兩點(diǎn)的角速度相等,根據(jù)v=rω知,vA:vB=RA:RB=2:1,B、C兩點(diǎn)靠傳送帶傳動(dòng),線速度大小相等,vB=vC;所以:vA:vB:vC=2:1:1;
B、C兩點(diǎn)靠傳送帶傳動(dòng),線速度大小相等,vB=vC;根據(jù)v=rω知,ωB:ωC=RC:RB=2:1,所以:ωA:ωB:ωC=2:2:1
根據(jù)a=vω知,aA:aB:aC=2×2:2×1:1×1=4:2:1
故答案為:2:1:1 2:2:1 4:2:1
【點(diǎn)評(píng)】解決傳動(dòng)類問(wèn)題要分清是摩擦傳動(dòng)(包括皮帶傳動(dòng),鏈傳動(dòng),齒輪傳動(dòng),線速度大小相同),以及軸傳動(dòng)(角速度相同).
37.(2017春?芒市校級(jí)期中)如圖所示的皮帶傳動(dòng)裝置中,乙和丙分別是塔輪的小輪和大輪,甲丙兩輪半徑相等,乙輪半徑是丙輪半徑的一半.A、B、C三點(diǎn)分別是甲、乙、丙三輪的邊緣點(diǎn),若傳動(dòng)中皮帶不打滑,則:
(1)A、B兩點(diǎn)的線速度大小之比為 1:1 .
(2)A、B兩點(diǎn)的向心加速度大小之比是 1:2 .
(3)A、C兩點(diǎn)的向心加速度大小之比是 1:4 .
【分析】甲、乙兩輪是皮帶傳動(dòng),皮帶傳動(dòng)的特點(diǎn)是皮帶和輪子接觸點(diǎn)的線速度的大小相同,乙、丙兩輪是軸傳動(dòng),軸傳動(dòng)的特點(diǎn)是角速度相同.然后根據(jù)線速度、角速度、半徑之間的關(guān)系即可求解.
【解答】解:(1)由于甲、乙兩輪是皮帶傳動(dòng),皮帶傳動(dòng)的特點(diǎn)是兩輪與皮帶接觸點(diǎn)的線速度的大小與皮帶的線速度大小相同,故vA:vB=1:1
(2)向心加速度an=,vA=vB;故向心加速度與半徑成反比,即A、B兩點(diǎn)向心加速度大小之比1:2;
(3)由于乙、丙兩輪共軸,故兩輪角速度相同,即ωB=ωC;
由v=rω,可知:vB:vC=1:2;
又vA=vB,故vA:vC=1:2;
根據(jù)an=,A與C半徑相等,所以:aA:aC=1:4;
故答案為:(1)1:1;(2)1:2;(3)1:4
【點(diǎn)評(píng)】解決傳動(dòng)類問(wèn)題要分清是摩擦傳動(dòng)(包括皮帶傳動(dòng),鏈傳動(dòng),齒輪傳動(dòng),線速度大小相同)還是軸傳動(dòng)(角速度相同).
38.(2017春?渭城區(qū)校級(jí)期中)一物體在水平面內(nèi)沿半徑0.2m的圓形軌道做勻速圓周運(yùn)動(dòng),線速度為0.4m/s,那么,它的轉(zhuǎn)速為 r/s; 它的向心加速度為 0.8 m/s2.
【分析】根據(jù)向心加速度的定義以及轉(zhuǎn)速與線速度之間的關(guān)系可以正確解答本題.
【解答】解:轉(zhuǎn)速與線速度的關(guān)系為:v=2πnr,所以:r/s
向心加速度為:a=
故答案為:,0.8.
【點(diǎn)評(píng)】該題考查向心加速度,要注意描述圓周運(yùn)動(dòng)的概念比較多,要熟練掌握各個(gè)概念的物理意義,以及各物理量之間的關(guān)系.
四.計(jì)算題(共2小題)
39.(2021春?八步區(qū)校級(jí)月考)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體,10s內(nèi)沿半徑為20m的圓周運(yùn)動(dòng)100m,試求物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí):
(1)線速度的大??;
(2)角速度的大??;
(3)向心加速度的大小。
【分析】直接根據(jù)線速度、角速度的定義以及向心加速度的定義出發(fā)計(jì)算即可
【解答】解:(1)根據(jù)線速度的公式可得:;
(2)根據(jù)角速度與線速度的關(guān)系式可得:;
(3)根據(jù)相信加速度的公式可得:a=r?ω2=20×0.25=5m/s2;
答:(1)線速度的大小為10m/s;
(2)角速度的大小為0.5rad/s;
(3)向心加速度的大小為5m/s2;
【點(diǎn)評(píng)】該題考查了勻速圓周運(yùn)動(dòng)的基本公式,題目較基礎(chǔ),只要熟記公式即可;
40.(2019春?西寧月考)如圖所示為一皮帶傳動(dòng)裝置,右輪半徑為r,a點(diǎn)在它的邊緣上。左輪半徑為2r,b點(diǎn)在它的邊緣上。若在傳動(dòng)過(guò)程中,皮帶不打滑,
求:(1)a點(diǎn)與b點(diǎn)的角速度之比為?
(2)a點(diǎn)與b點(diǎn)的向心加速度大小之比為?
【分析】本題在皮帶輪中考查了線速度、角速度、半徑等之間的關(guān)系,解決這類問(wèn)題的關(guān)鍵是弄清哪些地方線速度相等,哪些位置角速度相等。
【解答】解:傳動(dòng)過(guò)程中,皮帶不打滑,說(shuō)明a、b兩點(diǎn)的線速度相等,即va=vb
(1)根據(jù)ω=得:==
(2)根據(jù)a=得:==
答:(1)a點(diǎn)與b點(diǎn)的角速度之比為2:1
(2)a點(diǎn)與b點(diǎn)的向心加速度大小之比為2:1
【點(diǎn)評(píng)】對(duì)于皮帶傳動(dòng)裝置問(wèn)題要把握兩點(diǎn)一是同一皮帶上線速度相等,二是同一轉(zhuǎn)盤上角速度相等。

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高中物理人教版 (2019)必修 第二冊(cè)電子課本

3 向心加速度

版本: 人教版 (2019)

年級(jí): 必修 第二冊(cè)

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