解析 匀速圆周运动中速率不变,向心加速度只改变速度的方向,A错,B正确;向心加速度的大小不变,方向时刻变化,故C、D错误.
二、向心加速度的大小
[导学探究] (1)匀速圆周运动的速度方向不断发生变化,如图2所示,经过Δt时间,线速度由vA变为vB,圆周的半径为r.
图2
试根据加速度的定义式推导向心加速度大小的公式.
(2)结合v=ωr推导可得向心加速度与角速度关系的表达式为:an=________.
(3)有人说:根据an=可知,向心加速度与半径成反比,根据an=ω2r可知,向心加速度与半径成正比,这是矛盾的.你认为呢?
答案 (1)如图,由于A点的速度vA方向垂直于半径r,B点的速度vB方向垂直于另一条半径r,所以∠AOB=∠CBD,故等腰△AOB和△CBD相似,根据对应边成比例可得:=,由于时间t很短,故弦长AB近似等于弧长,而弧长=vA·Δt,所以=,根据an=得an=.
(2)由v=ωr,代入an=可得an=ω2r.
(3)不矛盾.说向心加速度与半径成反比是在线速度一定的情况下;说向心加速度与半径成正比是在角速度一定的情况下,所以二者并不矛盾.
[知识深化]
1.向心加速度的几种表达式:an==ω2r=r=ωv.
2.向心加速度与半径的关系(如图3所示)