题目
一质点从静止出发沿半径为R=3m的圆周运动,切向加速度为(a)_(1)=3m/(s)^2。(1)经过多少时间它的总加速度a恰好与半径成(45)^circ 角?(2)在上述时间内,质点所经过的路程和角位移各为多少?
一质点从静止出发沿半径为$R=3m$的圆周运动,切向加速度为${a}_{1}=3m/{s}^{2}$。
(1)经过多少时间它的总加速度a恰好与半径成${45}^{\circ }$角?
(2)在上述时间内,质点所经过的路程和角位移各为多少?
题目解答
答案

解析
本题主要考查圆周运动中切向加速度、法向加速度、总加速度、路程和角位移的相关知识。解题的关键在于理解总加速度与半径成$45^{\circ}$角时切向加速度和法向加速度的关系,然后利用相应的公式进行计算。
(1)求总加速度$a$恰好与半径成$45^{\circ}$角时的时间$t$
- 当总加速度$a$与半径成$45^{\circ}$角时,切向加速度$a_{t}$和法向加速度$a_{n}$大小相等,已知$a_{t}=3m/s^{2}$,所以$a_{n}=3m/s^{2}$。
- 根据法向加速度的定义式$a_{n}=\frac{v^{2}}{R}$(其中$v$为质点的线速度,$R$为圆周半径),已知$R = 3m$,$a_{n}=3m/s^{2}$,可得:
$\begin{align*}3&=\frac{v^{2}}{3}\\v^{2}&=3\times3\\v^{2}&=9\\v&= 3m/s\end{align*}$ - 因为质点在切向做初速度为$0$的匀加速直线运动,根据$v = a_{t}t$(其中$a_{t}$为切向加速度,$t$为时间),已知$a_{t}=3m/s^{2}$,$v = 3m/s$,可得:
$\begin{align*}3&=3t\\t&=1s\end{align*}$
(2)求上述时间内质点所经过的路程$s$和角位移$\theta$
- 求路程$s$:
质点在切向做初速度为$0$的匀加速直线运动,根据位移公式$s=\frac{1}{2}a_{t}t^{2}$(其中$a_{t}$为切向加速度,$t$为时间),已知$a_{t}=3m/s^{2}$,$t = 1s$,可得:
$\begin{align*}s&=\frac{1}{2}\times3\times1^{2}\\&=\frac{3}{2}\\&= 1.5m\end{align*}$ - 求角位移$\theta$:
根据线位移$s$与角位移$\theta$的关系$s = R\theta$(其中$R$为圆周半径),可得$\theta=\frac{s}{R}$,已知$s = 1.5m$,$R = 3m$,则:
$\begin{align*}\theta&=\frac{1.5}{3}\\&=\frac{1}{2}rad\end{align*}$