题目
点沿着图示螺旋线自外向内运动,它走过的弧长与实践的一次风成正比,则该点( )A. 越跑越快B. 越跑越慢C. 加速度越来越大D. 加速度越来越小
点沿着图示螺旋线自外向内运动,它走过的弧长与实践的一次风成正比,则该点( )
A. 越跑越快
B. 越跑越慢
C. 加速度越来越大
D. 加速度越来越小
题目解答
答案
C. 加速度越来越大
解析
考查要点:本题主要考查曲线运动中速度、加速度与运动轨迹的关系,特别是向心加速度的变化规律。
解题核心思路:
- 明确运动性质:题目中弧长$s$与时间$t$成正比,说明点的速率恒定(速度大小不变)。
- 分析加速度组成:曲线运动中,加速度分为切向加速度(速率变化引起)和法向加速度(方向变化引起)。由于速率恒定,切向加速度为零,加速度仅由法向加速度(向心加速度)构成。
- 向心加速度公式:$a_n = \frac{v^2}{r}$,其中$r$为轨迹的曲率半径。随着点自外向内运动,$r$逐渐减小,而$v$恒定,因此向心加速度逐渐增大。
破题关键点:
- 速率恒定但方向变化,导致存在向心加速度。
- 轨迹半径$r$减小,使向心加速度增大。
条件分析
题目给出弧长$s$与时间$t$成正比,即$s = kt$($k$为常数)。由此可得:
- 速率恒定:$\frac{ds}{dt} = v = k$(速度大小不变)。
- 轨迹特性:螺旋线自外向内,轨迹的曲率半径$r$逐渐减小。
加速度分解
在曲线运动中,加速度分为两部分:
- 切向加速度:反映速率变化,$\frac{dv}{dt}$。
- 本题中速率恒定,故切向加速度为$0$。
- 法向加速度(向心加速度):反映方向变化,公式为$a_n = \frac{v^2}{r}$。
- 由于$v$恒定,$a_n$的大小由$r$决定。随着$r$减小,$a_n$逐渐增大。
结论
点的加速度仅由法向加速度构成,且$a_n = \frac{v^2}{r}$随$r$减小而增大。因此,加速度越来越大。