题目
质点沿半径为R的圆周按规律s=v_0t-bt^2而运动,其中v_0,b均为常数,则t时刻质点的切向加速度a_t大小与法向加速度a_n大小应为( )A. a_t=-2b,a_n=((v_0-2bt)^2)/(R)B. a_t=-b,a_n=((v_0-bt)^2)/(R)C. a_t=2b,a_n=((v_0-bt)^2)/(R)D. a_t=-b,a_n=(v_0^2)/(R)
质点沿半径为R的圆周按规律$s=v_0t-bt^2$而运动,其中$v_0,b$均为常数,则t时刻质点的切向加速度$a_t$大小与法向加速度$a_n$大小应为( )
A. $a_t=-2b,a_n=\frac{(v_0-2bt)^2}{R}$
B. $a_t=-b,a_n=\frac{(v_0-bt)^2}{R}$
C. $a_t=2b,a_n=\frac{(v_0-bt)^2}{R}$
D. $a_t=-b,a_n=\frac{v_0^2}{R}$
题目解答
答案
A. $a_t=-2b,a_n=\frac{(v_0-2bt)^2}{R}$
解析
本题考查圆周运动中切向加速度和法向加速度的计算,解题的关键在于理解速度、切向加速度和法向加速度之间的关系,并通过对路程公式求导来得到相应的物理量。
- 求速度$v$:
已知质点的运动规律为$s = v_0t - bt^2$,根据速度的定义,速度$v$是路程$s$对时间$t$的一阶导数,即$v=\frac{ds}{dt}$。
对$s = v_0t - bt^2$求导,根据求导公式$(X^n)^\prime=nX^{n - 1}$,常数的导数为$0$,可得:
$v=\frac{d}{dt}(v_0t - bt^2)=\frac{d}{dt}(v_0t)-\frac{d}{dt}(bt^2)=v_0 - 2bt$ - 求切向加速度$a_t$:
切向加速度$a_t$是速度$v$对时间$t$的一阶导数,即$a_t=\frac{dv}{dt}$。
对$v = v_0 - 2bt$求导,可得:
$a_t=\frac{d}{dt}(v_0 - 2bt)=\frac{d}{dt}(v_0)-\frac{d}{dt}(2bt)=0 - 2b=-2b$ - 求法向加速度$a_n$:
法向加速度$a_n$的计算公式为$a_n=\frac{v^2}{R}$,其中$v$是质点的速度,$R$是圆周的半径。
将$v = v_0 - 2bt$代入公式,可得:
$a_n=\frac{(v_0 - 2bt)^2}{R}$