第三讲：自然坐标系下曲线运动的加速度

第三讲：自然坐标系下曲线运动的加速度

—— 以圆周运动为例

// 自然坐标系是固定物体上的坐标系

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知识点

• 曲线运动的加速度

  • 自然坐标系
    • //tangential 切向
    • //**nomal ** 法向（指向圆心）

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• 匀速圆周运动的加速度，向心加速度

  • 写成矢量式

• 直线运动的加速度，切向加速度 (改变速率的大小)

  • 写成矢量式

• 变速圆周运动的加速度

  • 总可以写成速度的大小乘以方向
  • 很小的时候，弦长近似等于弧长

• 一般曲线运动的加速度

  • 曲率半径的直观感受
  • 计算曲率半径
  • //为曲率半径

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例题

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• 例1.

  曲线运动中，加速度经常按切向和法向进行分解：

  借助熟悉的例子来构建其直观物理图像，有助于理解并记忆这些复杂的公式。

  • 在弯曲的轨道上匀速率行驶的火车，
    (1) ，
    (2) ，

  • 在直线上加速跑向食堂的小伙伴，
    (3) ，
    (4) ，

  • 变速圆周运动的质点，
    (5) ，。
    (6) ， (不就是高中学过的向心加速度嘛)

    上述判断正确的为

解答：(2) 、(3) 、(6)

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• 例2.

  一个质点在做圆周运动时,则

  • 切向加速度一定改变, 法向加速度也改变 (方向)
  • 切向加速度可能不变, 法向加速度一定改变 //匀速圆周
  • 切向加速度可能不变, 法向加速度不变
  • 切向加速度一定改变, 法向加速度不变

解答：B

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• 例3.

  物体作斜抛运动，初速度大小为，且速度方向与水平前方夹角为，则物体轨道最高点处的曲率半径为( )。

解答：

​ 由得

​ 故

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• 例4.

  质点在 平面内运动，其运动方程为．则在 时切向和法向加速度分别为( )

解答： 由题易得：

​

​

​ 由 得

​ 切向加速度为，

​ 法向加速度为，

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作业

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• 质点在Oxy 平面内运动,其运动方程为．则在 到 时间内的平均速度为

解答：

​ 平均速率

• 设质点的运动学方程为 (式中、皆为常量) 则质点的速度和速率分别为

解答： //轨迹是个圆

​ 易得： 速度为

​ 速率为

• 运动学的一个核心问题是已知运动方程，求速度和加速度。
  质点的运动方程为
  
  则时刻的速度与速率

解答：由题： t时刻速度

​ 速率