题目
【单选题】下面表述正确的是A. 质点作圆周运动 , 加速度一定与速度垂直;B. 物体作直线运动 , 法向加速度必为零;C. 轨道最弯处法向加速度最大;D. 某时刻的速率为零 , 切向加速度必为零 .
【单选题】下面表述正确的是
A. 质点作圆周运动 , 加速度一定与速度垂直;
B. 物体作直线运动 , 法向加速度必为零;
C. 轨道最弯处法向加速度最大;
D. 某时刻的速率为零 , 切向加速度必为零 .
题目解答
答案
B. 物体作直线运动 , 法向加速度必为零;
解析
本题考查曲线运动中加速度的分解,核心在于理解法向加速度与切向加速度的物理意义及其适用条件。关键点包括:
- 法向加速度由轨迹弯曲程度决定,与速度方向垂直;
- 切向加速度反映速度大小的变化;
- 直线运动的曲率半径无限大,法向加速度必为零;
- 加速度方向与速度方向是否垂直需结合具体运动形式分析。
选项分析
A. 质点作圆周运动,加速度一定与速度垂直
- 圆周运动的加速度分为切向加速度($\boldsymbol{a}_t$,由速率变化引起)和法向加速度($\boldsymbol{a}_n$,由方向变化引起)。
- 总加速度为两者的矢量和:$\boldsymbol{a} = \boldsymbol{a}_t + \boldsymbol{a}_n$。
- 只有当速率恒定时($\boldsymbol{a}_t = 0$),加速度才完全垂直于速度。若速率变化,则总加速度与速度不垂直。因此A错误。
B. 物体作直线运动,法向加速度必为零
- 直线运动的轨迹曲率半径无限大,法向加速度公式为:
$a_n = \frac{v^2}{r} \quad \text{(r为曲率半径)}$
当$r \to \infty$时,$a_n \to 0$。 - 无论速度大小如何变化,法向加速度始终为零,只有切向加速度存在。因此B正确。
C. 轨道最弯处法向加速度最大
- 轨道弯曲程度由曲率半径决定,曲率半径越小,弯曲越严重。
- 法向加速度公式为:
$a_n = \frac{v^2}{r}$
若速度$v$相同,则$r$越小,$a_n$越大。但题目未说明速度是否相同,若最弯处速度很小,法向加速度未必最大。因此C不一定成立。
D. 某时刻的速率为零,切向加速度必为零
- 切向加速度反映速率的变化率,与瞬时速率无关。
- 例如:物体竖直上抛到最高点时,速率$v=0$,但仍有向下的切向加速度$g$。因此D错误。