题目
某刚体绕定轴做匀变速转动,对刚体上距转轴为r处的任意质元的法向加速度和切线加速度来说正确的是( )。A. a_n、a_t大小均保持不变B. a_n大小保持不变,a_t的大小变化C. a_n的大小变化,a_t的大小保持不变D. a_n、a_t大小均随时间变化
某刚体绕定轴做匀变速转动,对刚体上距转轴为$r$处的任意质元的法向加速度和切线加速度来说正确的是( )。
A. $a_n$、$a_t$大小均保持不变
B. $a_n$大小保持不变,$a_t$的大小变化
C. $a_n$的大小变化,$a_t$的大小保持不变
D. $a_n$、$a_t$大小均随时间变化
题目解答
答案
C. $a_n$的大小变化,$a_t$的大小保持不变
解析
本题考查刚体绕定轴做匀变速转动时质元的法向加速度和切线加速度的变化情况。解题思路是先明确法向加速度和切线加速度的计算公式,再结合匀变速转动的特点分析它们随时间的变化情况。
1. 明确法向加速度和切线加速度的计算公式
- 法向加速度$a_n$的计算公式为$a_n = r\omega^2$,其中$r$是质元到转轴的距离,$\omega$是刚体转动的角速度。
- 切线加速度$a_t$的计算公式为$a_t = r\alpha$,其中$\alpha$是刚体转动的角加速度。
2. 分析匀变速转动的特点
刚体绕定轴做匀变速转动,意味着角加速度$\alpha$是一个恒定的值,即$\alpha=\text{常量}$。
3. 分析法向加速度$a_n$的变化情况
由于刚体做匀变速转动,角速度$\omega$会随时间$t$变化,其变化规律为$\omega = \omega_0 + \alpha t$($\omega_0$是初始角速度)。
将$\omega = \omega_0 + \alpha t$代入法向加速度公式$a_n = r\omega^2$,可得$a_n = r(\omega_0 + \alpha t)^2$。
因为$r$、$\omega_0$、$\alpha$为常量,但$t$是变量,所以$a_n$的大小会随时间$t$变化。
4. 分析切线加速度$a_t$的变化情况
将$\alpha=\text{常量}$和$r$为常量代入切线加速度公式$a_t = r\alpha$,可知$a_t$的大小保持不变。
综上,$a_n$的大小变化,$a_t$的大小保持不变,选项C正确。