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题目

一点从静止状态开始以等切向加速度a沿半径为R的圆周运动。问运动开始后经过几秒,点的切向与法向加速度的大小相等。

一点从静止状态开始以等切向加速度a沿半径为R的圆周运动。问运动开始后经过几秒,点的切向与法向加速度的大小相等。

题目解答

答案

解析

考查要点:本题主要考查圆周运动中切向加速度与法向加速度的关系,以及如何结合运动学公式求解时间。

解题核心思路:

  1. 明确两种加速度的表达式:切向加速度$a$恒定,法向加速度$a_n = \frac{v^2}{R}$。
  2. 建立等式条件:当$a = a_n$时,联立方程求解时间$t$。
  3. 利用速度与时间的关系:由切向加速度定义式$v = at$,代入法向加速度表达式,最终解出$t$。

破题关键点:

  • 正确写出速度随时间的变化关系($v = at$)。
  • 将速度代入法向加速度公式,建立方程$a = \frac{(at)^2}{R}$。
  • 解方程时注意单位的一致性,确保结果的物理意义合理。
  1. 切向加速度与速度关系
    质点从静止开始运动,切向加速度恒为$a$,根据速度公式:
    $v = v_0 + at$
    由于初速度$v_0 = 0$,得:
    $v = at$

  2. 法向加速度表达式
    法向加速度为:
    $a_n = \frac{v^2}{R}$
    将$v = at$代入,得:
    $a_n = \frac{(at)^2}{R}$

  3. 联立方程求解时间
    题目要求$a = a_n$,即:
    $a = \frac{(at)^2}{R}$
    两边同时除以$a$(假设$a \neq 0$):
    $1 = \frac{a t^2}{R}$
    解得:
    $t^2 = \frac{R}{a}$
    $t = \sqrt{\frac{R}{a}}$

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