以下四种运动形式中,a保持不变的运动是 ( )A. 单摆的运动.B. 匀速率圆周运动.C. 行星的椭圆轨道运动.D. 抛体运动.
A. 单摆的运动.
B. 匀速率圆周运动.
C. 行星的椭圆轨道运动.
D. 抛体运动.
题目解答
答案
解析
本题考查对不同运动形式中加速度($a$)特点的理解,解题思路是分别分析每个选项中运动的加速度情况,判断其是否保持不变。
选项A:单摆的运动
单摆运动是一种简谐运动,其加速度由重力沿圆弧切线方向的分力提供。设摆长为$L$,摆角为$\theta$,摆球质量为$m$,根据牛顿第二定律$F = ma$,摆球所受合力$F = mg\sin\theta$,则加速度$a = g\sin\theta$。在单摆运动过程中,摆角$\theta$是不断变化的,所以加速度$a$的大小和方向都在不断变化,故A选项不符合要求。
选项B:匀速率圆周运动
在匀速率圆周运动中,速度大小不变,但速度方向时刻在改变。加速度分为向心加速度$a_n$和切向加速度$a_t$。切向加速度$a_t=\frac{dv}{dt}$,因为速率$v$不变,所以$a_t = 0$;向心加速度$a_n=\frac{v^2}{r}$,其中$v$是线速度大小,$r$是圆周半径。虽然向心加速度大小不变,但它的方向始终指向圆心,随着物体在圆周上运动,加速度的方向不断变化,所以加速度$a$是变化的,故B选项不符合要求。
选项C:行星的椭圆轨道运动
行星绕太阳做椭圆轨道运动时,根据开普勒定律和万有引力定律,行星所受的引力$F = G\frac{Mm}{r^2}$,其中$G$是引力常量,$M$是太阳质量,$m$是行星质量,$r$是行星到太阳的距离。由牛顿第二定律$F = ma$可得加速度$a = G\frac{M}{r^2}$。在行星的椭圆轨道运动中,行星到太阳的距离$r$是不断变化的,所以加速度$a$的大小不断变化,同时加速度方向始终指向太阳,方向也在不断变化,故C选项不符合要求。
选项D:抛体运动
抛体运动是指将物体以一定的初速度向空中抛出,仅在重力作用下的运动。物体所受的合力为重力$F = mg$,根据牛顿第二定律$F = ma$,可得加速度$a = g$,其中$g$是重力加速度,其大小和方向都保持不变(方向竖直向下),所以抛体运动中加速度$a$保持不变,故D选项符合要求。