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5.5向加速度
5.5 向心加速度 做圆周运动的物体是否一定受力? 那么做匀速圆周运动的物体所受合力方向有什么特点? 如果物体不受力 做匀速直线运动或静止 做圆周运动的物体 变速曲线运动 根据牛顿第二定律(同样适用于曲线运动),即合力一定不为零。 一定存在加速度 速度方向一定改变 地球受到什么力的作用? 这个力可能沿什么方向? 讨论 应该受到指向太阳的引力作用 因此,根据牛顿第二定律(力与加速度具有同向性),地球的加速度的方向指向太阳 一、感知加速度的方向 讨论 v F F F v v 结论:做匀速圆周运动的卫星,合力方向 指向圆心(地心),与速度v垂直 卫星绕地球(行星)的运动 讨论 小球受到几个力的作用? 这几个力的合力沿什么方向? 小球受到重力、支持力和绳子的拉力三个力的作用,其合力即为绳子的拉力,其方向指向圆心 一、感知加速度的方向 G FN F拉 因此,小球的加速度的方向指向圆心 结论 做匀速圆周运动的物体,其加速度的方向时刻指向圆心,这个加速度叫向心加速度 思考:是不是由此可以得出结论:“任何做匀速圆周运动的物体的加速度都指向圆心”? 暂时不能,因为上面只研究了有限的实例.还难以得出一般性的结论,需要数学上的论证来支持这一观点。 然而,这样的研究十分有益,因为它强烈地向我们提示了 问题的答案,给我们指出了方向. 思考 加速度的定义式是什么? a = Δt Δv a 的方向与Δv的方向相同 关键是如何确定Δv 的方向? 速度的变化量Δv 二、理论探究向心加速度的方向 ? 直线运动的速度的变化量: · v1 v2 Δv · v1 v2 Δv 知识复习 作法:从同一点作出物体在一段时间的始末两个速度矢量v1和v2,从初速度v1的末端指向末速度v2的末端所作的矢量就是速度的变化量△v 。 ?任意曲线运动中的速度的变化量: v2 v1 v2 v1 Δv v1 v2 Δv 由减数的末端指向 被减数的末端 首尾相连,由首指向尾 换个角度看这个等式 ? O A B vA vB v Δt Δv∕Δt表示平均加速度 当Δt→0时,此时Δv∕Δt 表示 瞬时加速度 vA r (5)△v与圆的半径平行吗? 在什么条件下,△v的方向与圆的半径平行? (1)在A、B两点画速度矢量vA和vB时, 要注意速度的方向与半径垂直。 (2)将vA的起点移到B点时要注意是平移 (3)如何画出质点由A点运动到B点时速度 的变化量△v? (4)△v/△t表示的意义是什么? Δv = vB-vA ?匀速圆周运动的速度变化量 设质点做半径为r的匀速圆周运动,经过Δt从A运动到B A B O Δv O A B ?匀速圆周运动的速度变化量 vA vA vB vA vB Δv Δv 思考:当Δt→0时,这个Δv的方向是怎样的呢? 结论:当△t→0时,△v与vA垂直(与半径平行),指向圆心,即做匀速圆周运动的物体,其瞬时加速度的方向指向圆心. 说明:并不是圆周运动的物体加速度都一定指向圆心,做变速圆周运动的物体(如洗衣机开机时和关机时洗衣筒的运动、电扇开和关时的运动),其合加速度不指向圆心,但有向心加速度这一分量,到后面我们会详细讨论。 O B A vA vB vA Δv vA、vB、△v 组成的矢量三角形与ΔABO相似 ∴ = AB Δv v r ∴ Δv = AB v r ∴ an = = · AB v r Δv Δt Δt 当△t极小时,AB=AB=Δs ∴ = = = v AB Δs Δt Δt AB Δt ∴ an = · v = v r v2 r Δ θ Δ θ 数学推导过程: 三、向心加速度的大小(重点) an = rω2 思考: 从公式 看,向心加速度与半径成反比;从公式 看,向心加速度与半径成正比;这两个结论是否矛盾? an = v2 r an = rω2 v不变时,an与r 成反比 ω不变时,an与r 成正比 an = vω an = r 4π2 T 2 an = 4π2 f 2r =4π2 n2r 1、定义: 做匀速圆周运动的物体, 加速度始终 指向圆心,这个瞬时加速度就叫向心加速度。 3、物理意义:描述线速度的方向变化的快慢; 只改变线速度方向,不改变其大小 4、方向: 总是指向圆心,时刻变化, 是一个变加速度; 5、匀速圆
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