引入:根据牛顿第一定律我们知道,任何一个物体在不受外力或受平衡力的作用时,总是保持静止状态或匀速直线运动状态。而做曲线运动的物体,速度时刻都在改变,也就是说,做曲线运动的物体,必定受到某个外力的作用,那么,这个外力产生的加速度a是怎样的?
一、曲线运动的速度变化量
从加速度的定义式a=可以看出。a 的方向与相同,那么的方向又是怎么样的呢?
(1)直线运动中的速度变化量
如果速度是增加的,它的变化量与速度方向相同(甲);如果速度是减少的,其速度变化量就与初速度的方向相反(乙)。
但是,做曲线运动的物体,其初速度与末速度并不在同一直线上,那这时候的速度变化又是怎样的呢?
【总结】:曲线运动中的速度变化量:
物体沿曲线运动时,初速度1和2不在同一直线上,初速度的变化量同样可以用上述方法求得。例如,物体沿曲线由A向B运动,在A、B两点的速度分别为1和2。在此过程中速度的变化量如图所示:
二、向心加速度:
1、向心加速度的方向:
物体做圆周运动的加速度,我们称为向心加速度,那么向心加速度的方向又是怎样的呢?
(1)画出物体在A、B两点时的速度矢量A和B
(2)画出质点由A点运动到B点时速度的变化量△
(3)△的方向向哪里?
【总结】:当△t很小很小时,△指向圆心。即:做匀速圆周运动的物体,加速度指向圆心。这个加速度叫做向心加速度。
2.向心加速度的大小
做匀速圆周运动的物体加速度方向明确了,但是它的大小与什么因素有关呢?
(1)公式推导
由上图可知,因为A与OA垂直,B与OB垂直,且A=B,OA=OB,所以OAB与A、B、组成的矢量三角形相似。
用表示A和B的大小,用表示弦AB的长度,则有
或
用除上式得
当趋近于零时,表示向心加速度的大小,此时弧对应的圆心角很小,弧长和弦长相等,所以,代入上式可得
则由可得或。
【总结】:向心加速度的大小:;
3、向心加速度的物理意义:
向心加速度是反映圆周运动速度方向变化快慢的物理量。向心加速度只改变速度的方向,不改变速度的大小。
三、练习
[例]关于北京和广州随地球自转的向心加速度,下列说法中正确的是( )
A.它们的方向都沿半径指向地心
B.它们的方向都在平行赤道的平面内指向地轴
C.北京的向心加速度比广州的向心加速度大
D.北京的向心加速度比广州的向心加速度小
【解析】 如图所示,地球表面各点的向心加速度方向(同向心力的方向)都在平行赤道的平面内指向地轴。选项B正确,选项A错误.在地面上纬度为φ的P点,做圆周运动的轨道半径r=R0cosφ,其向心加速度为
an=rω2=R0ω2cosφ.
由于北京的地理纬度比广州的地理纬度大,北京随地球自转的半径比广州随地球自转的半径小,两地随地球自转的角速度相同,因此北京随地球自转的向心加速度比广州的小,选项D正确,选项C错误.该题的答案为B、D.
类比前面知识,推理引导思考
引导学生
总结规律
加强逻辑推理
巩固基础知识
板
书 向心加速度
1、速度变化量的求法
2、匀速圆周运动的物体加速度的方向
3、向心加速度
(1)表达式:aN=v2/r , aN=rω2
教学
反思 加速度度量了物体速度的变化,所以,通过速度的变化,并结合先前学到的关于速度的变化等的概念,确定了在做圆周运动的物体的加速度的方向与大小,通过论证,让学生了解圆周运动中加速度的情况。