
匀速圆周运动和平抛是两种最典型的曲线运动。
(1)当物体做匀速圆周运动时,可以通过速度变化的情况来确定加速度的大小和方向。请用运动学的方法证明:一个物体做匀速圆周运动,其线速度大小为v,圆的半径为R(如图所示)时,则其加速度大小为。(已知角度θ很小时, 有
)
(2)研究一般曲线运动(如平抛)时,可以把这条曲线分割为很多很短的小段,质点在每小段的运动都可以看作圆周运动的一部分。质点所受合力可以沿运动方向和垂直运动方向分解,沿切向的部分
使质点速度大小改变,垂直切向部分提供质点运动方向改变所需要的向心力
满足:
,其中v为质点在该点的瞬时速度,r为该点等效圆周运动半径(即曲率半径)。一个可以看作质点的物块以初速度
离开桌面做平抛运动,桌面离地高度为
,当地重力加速度为
。
a. 物块运动的轨迹为抛物线,求该轨迹在抛出点P和落地点Q的曲率半径。
b. 现制作一个与小物块平抛轨迹完全相同的光滑轨道,并将该轨道固定在与PQ曲线重合的位置,让物块从顶端P沿该轨道无初速下滑,试通过计算,分析说明小物块在落地前是否会脱离轨道。
【答案】(1)见解析
(2)a. ,
;b. 见解析
【知识点】通过牛顿第二定律求解向心力
、向心加速度的概念
、公式与推导
、平抛运动速度的计算
该题有详细解析可以查阅
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