题目
在Oxy平面内有一运动质点,其运动方程为r=10cos5ti+10sin5tj(SI), 则t时刻其速度v=(),其切向加速度的大小 at =(),该质点的运动轨迹是()。
在Oxy平面内有一运动质点,其运动方程为r=10cos5ti+10sin5tj(SI), 则t时刻其速度v=(),其切向加速度的大小 at =(),该质点的运动轨迹是()。
题目解答
答案
50[-SIN5TI+COS5TJ(M/S)|0|圆
解析
考查要点:本题主要考查质点运动学的基本概念,包括速度、切向加速度的计算,以及轨迹方程的判断。
解题核心思路:
- 速度:通过对位置矢量$\mathbf{r}$关于时间求导得到。
- 切向加速度:速度大小对时间的导数,需先计算速度的模长,再求导。
- 轨迹方程:通过消去参数$t$,将$\mathbf{r}$的分量方程转化为$x$与$y$的关系式。
破题关键点:
- 导数运算:正确应用三角函数的导数规则。
- 速度模长恒定:若速度大小不变,则切向加速度为零。
- 圆轨迹特征:参数方程中$x$和$y$满足$x^2 + y^2 = \text{常数}$。
速度$\mathbf{v}$的计算
- 位置矢量:$\mathbf{r} = 10\cos 5t \, \mathbf{i} + 10\sin 5t \, \mathbf{j}$。
- 求导:
- $\mathbf{v} = \frac{\mathrm{d}\mathbf{r}}{\mathrm{d}t} = -50\sin 5t \, \mathbf{i} + 50\cos 5t \, \mathbf{j}$(单位:m/s)。
切向加速度$a_t$的计算
- 速度模长:$v = \sqrt{(-50\sin 5t)^2 + (50\cos 5t)^2} = 50 \, \text{m/s}$(恒定)。
- 切向加速度:$a_t = \frac{\mathrm{d}v}{\mathrm{d}t} = 0$。
轨迹方程的判断
- 参数方程:
- $x = 10\cos 5t$,
- $y = 10\sin 5t$。
- 消去参数$t$:
- $x^2 + y^2 = (10\cos 5t)^2 + (10\sin 5t)^2 = 10^2$,
- 轨迹为半径10的圆。