專題:再析向心加速度的物理意義!

2020-12-11 百家號

本文作者為浙江省溫州第二高級中學夏向榮老師(溫州市名教師、教授級中學高級教師),浙江省夏向榮名師工作室主持人

物理意義是確立物理概念本身的意義所在。對於一個物理概念,只有懂得其定義方法,理解其物理意義,才能進一步運用概念及其相關規律解決實際問題。高中物理中,不少概念非常抽象,不易理解,向心加速度就是其中之一。

加速度是反映速度變化快慢的物理量。高中物理中,將速度的變化量與發生這一變化所用時間的比值定義為加速度,即

。而向心加速度是做曲線運動物體的加速度沿半徑方向(法向)的分量,並不是一個新確立的概念,教材中也沒有對向心加速度的物理意義進行過闡述。也正因為如此,不少同學「根據」加速度定義,結合勻速圓周運動中速度大小不變的特點,推導出「向心加速度是反映線速度方向變化快慢的物理量」這一錯誤的結論。甚至不少教師也會出類似的問題,如:《中國教研交流》2008年第6期的《淺談物理概念的教學》一文中就出現「向心加速度只能改變線速度的方向,不能改變線速度的大小,是描述線速度方向變化快慢的物理量。」幾天前的一次教學評比中,一位參評對象在課堂中也出現同樣的錯誤。在不少的雜誌中,指出過這個錯誤,但從未給出正確的解釋。

典型錯誤推理一:在勻速圓周運動中,線速度的大小是不變的,只有方向發生變化,所以加速度(向心加速度)是反映線速度方向變化快慢的物理量。

正解及錯解原因分析:如圖所示,由於做勻速圓周運動物體的速度方向始終與所在半徑垂直,由幾何知識可知,任意時間△t內,物體與圓心的連線所划過的圓心角△θ總與速度方向的偏轉角度

相等,所以速度方向的變化快慢

是相同的。也就是講,描述速度方向變化快慢的物理量是角速度,而非向心加速度。當一個矢量(速度)發生變化時,既與其初末狀態的大小有關,又與其方向改變有關,以上推理中,由線速度的大小不變,即推導得出向心加速度反映線速度方向變化快慢的物理量,本身就不符合運動學中對加速度的定義。

典型錯誤推理二: 從動力學角度來看,物體的向心加速度由向心力產生的。而向心力的作用效果是只改變物體的速度方向,不改變物體速度的大小,所以向心加速度是反映物體線速度方向變化快慢的物理量。正解及錯解原因分析:向心力的作用效果的確是只改變速度(動量)方向,對於一個做圓周運動的物體來講,在速度(動量)變化相同的兩段很短的時間內,速度(動量)的大小不相等時,速度(動量)方向的變化也不相同。也就是講,向心力的效果相同時,速度(動量)的大小會影響速度(動量)方向的變化快慢。所以考慮運動狀態的變化時,不能將速度的大小和方向孤立開來。

從動力學的角度來看,向心力Fn是物體的合力沿半徑方向的分量(法向分量),向心加速度是向心力Fn與物體質量的比值;從運動學的角度來看,向心加速度是物體的加速度沿半徑方向的分量(法向分量)。根據高中物理必修二(人教版)對向心加速度的推導思路:對於一個做勻速圓周運動的物體,在極短的時間△t內,速度的方向改變了△θ,速度的變化量的大小為

,方向指向圓心。向心加速度

,進而得到了   

兩條公式。仔細分析不難發現,

是由於速度方向改變了△θ而引起的速度變化量,所以向心(法向)加速度的物理意義為「由於速度方向改變而引起的速度變化的快慢」。所以,某時刻的向心加速度大小既與速度方向的變化快慢有關,又與瞬時速度的大小有關。以後將向心加速度表達為

這種形式,其意義就更容易理解了。加速度的另一分量(切向加速度)則表示「由於速度的大小改變而引起的速度變化的快慢」,即「表示速度大小變化的快慢」。這樣,對向心加速度和變速圓周運動規律的認識就更深刻了。

相關焦點

  • 向心加速度的物理意義
    向心加速度的物理意義及線速度方向變化快慢「向心加速度的物理意義是線速度方向變化快慢的程度」這一說法雖然在正規的教科書中從未見過
  • 高考物理難重點:向心加速度專題解析
    ☞ 定義:任何做勻速圓周運動的物體的加速度都指向圓心,這個加速度叫向心加速度。註:並不是任何情況下,向心加速度的方向都是指向圓心。當物體做變速圓周運動時,向心加速度的一個分加速度指向圓心。向心加速度只改變線速度的方向而非大小。所有做曲線運動的物體都有向心加速度,向心加速度反映線速度方向變化的快慢。向心加速度又叫法向加速度,意思是指向曲線的法線方向的加速度。
  • 高一物理教學教案:向心力 向心加速度
    ,理解勻速圓周運動的向心力和向心加速度大小不變,方向總是指向圓心.   2、知道勻速圓周運動的向心力和向心加速度的公式,會解答有關問題.   能力目標   培養學生探究物理問題的習慣,訓練學生觀察實驗的能力和分析綜合能力.   情感目標   培養學生對現象的觀察、分析能力,會將所學知識應用到實際中去.
  • 高中物理《向心加速度》說課稿
    《向心加速度》說課稿尊敬的各位評委老師:大家好!(鞠躬)我是本場的xx號考生,今天我說課的內容是《向心加速度》。根據新課標的教學理念,本節課我將以教什麼、怎麼教、為什麼這麼教為思路,從教材分析、學情分析、教學目標、教學過程等幾個方面來談一談我對本節課的見解。
  • 6.3 向心加速度 1
    、周期、轉速的定義,理解它們的物理意義並能靈活的運用它們解決問題。2、理解並掌握描寫圓周運動的各個物理量之間的關係。3、理解勻速圓周運動的周期性的確切含義。4、理解向心加速度產生的原因和計算方法。 要點五、圓周運動的向心加速度要點詮釋:1、向心加速度產生的原因:向心加速度由物體所受到的向心力產生,根據牛頓第二定律知道,其大小由向心力的大小和物體的質量決定。
  • 高中物理——淺談重力加速度與向心加速度的關係
    [關鍵字]重力加速度,向心加速度  在學習了人教版必修二第六章《萬有引力和航天》後,重力加速度和向心加速度之間的關係是很多同學困惑的一個問題,為了讓同學們更清楚的認識這個問題,我們現在從以下兩個情境來分析(以地球為例)。
  • 徹底弄懂向心加速度
    ,就會導致向心加速度,這是向心加速度的起因。學過高中物理的人都知道向心加速度的表達式是 ,故稱之為向心加速度。,可以求出加速度矢量,但無法具體到軌跡的法向和切向的分量,也得不到向心加速度的表達式。實際上,只有在一種特殊的坐標系——自然坐標系中,才可以得到法向和切向加速度。什麼是自然坐標系呢?
  • 高中物理必修2 第13節 第五章 曲線運動-課時5 向心加速度(1)
    知識點2 向心加速度           1.定義:任何做勻速圓周運動的物體的加速度都指向圓心,這個加速度叫做向心加速度。2.大小:an=v^2/r=ω^2r=ωv=4π^2r/T^2=4π^2f^2r。
  • 面試| 教案設計《向心加速度》初中物理
    一教學目標【知識與技能目標】理解向心加速度的概念,會計算向心加速度,了解向心加速度公式推導。【過程與方法目標】通過對實例的討論,認識勻速圓周運動的向心加速度指向圓心,提高綜合分析能力;通過對向心加速度關係式的推導,提升邏輯思維能力。
  • 高中物理必修2 第14節 第五章 曲線運動-課時5 向心加速度(2)
    2 第10節 第五章 曲線運動-課時4 圓周運動(1)高中物理必修2 第11節 第五章 曲線運動-課時4 圓周運動(2)高中物理必修2 第12節 第五章 曲線運動-課時4 圓周運動(3)高中物理必修2 第13節 第五章 曲線運動-課時5 向心加速度(1)高中物理必修2微課100
  • 高中物理競賽典型例題精講——離心機分離物質加速度
    高中物理競賽典型例題與解題步驟離心機常用來分離不同密度的各種物質,如圖1所示,設離心即的轉動角速度為w,求距離轉軸為r處的顆粒在使用離心機時與未使用離心機時沉降加速度之比。首先由於離心機在運行過程時,試管其實是在圍繞轉軸做勻速圓周運動的,此時如果以試管為參考系的話,由於試管本身並不是慣性系,具有向心加速度,因此在以試管為參考系時,就必須引入慣性力修正,來進一步分析試管中物體的運動情況,當然,通過現象已經知道,試管中的顆粒其實是在做勻加速直線運動的,即試管中的顆粒要產生一個相對於試管的沿半徑向外方向的加速度,當然這個加速度並不是向心加速度
  • 第3講 加速度 高中物理必修一
    2.單位:國際單位制中,加速度的單位是米每二次方秒,符號是 m/s2或 m·s-2.3.物理意義加速度a是表示物體速度變化快慢的物理量,也叫速度對時間的變化率.4.a=Δt(Δv)是用比值定義法定義的物理量,a的大小與Δv、Δt無關(填「有關」或「無關」).
  • 輕繩連接體的速度和加速度
    ,物理意義就是第i個物體加速度在相對最近定滑輪方向上的投影(分量),即徑向加速度(大小)。第二項是兩個量的比值,分母|ri(t)-qij|是第i個物體到最近靜滑輪的距離,分子是兩項速度平方之差,的物理意義就是第i個物體垂直相對最近滑輪方向速度分量(法向速度)的平方。以最近靜滑輪為參考點,法向速度的平方比上徑向距離,這個就是我們熟悉的向心加速度(大小)的定義。
  • 高中物理:勻變速直線運動之「蓄勢待發」的「加速度」,神仙實驗
    高中物理勻變速直線運動的加速度是一個重點,後面的知識也會涉及到它,那麼應該如何學習呢?理解加速度的意義,知道加速度是表示速度變化快慢的物理量。知道它的定義、公式、符號和單位,能用公式a=△v/△t進行定量計算;知道加速度與速度的區別和聯繫,會根據加速度與速度的方向關係判斷物體是加速運動還是減速運動;理解勻變速直線運動的含義,能從勻變速直線運動的
  • 物理知識:力學-剛體轉動-定軸轉動
    圓周運動是分 析定軸轉動的基礎 , 了解 定軸轉動運動學量 及其相互關係 , 能類比質點 的圓周運動求解剛體定軸轉動的運動學問題 。 重點掌握轉動動力學的 轉 動定理 , 掌握 力矩 、 轉動慣量 的基本定義和物理意義 , 靈活求解剛體定 軸轉動的轉動慣量和動力學問題。
  • 高中物理競賽典型例題精講——運動電梯內懸掛物體加速度
    03-03-06_運動電梯內懸掛物體加速度本期高中物理競賽試題,我們共同來研究一下非慣性參考系下做勻加速直線運動物體的加速度方向問題,對於這個問題,其本質就是研究運動的相對性的問題,即牽連運動的問題,在運動速度方面,同學們對於運動速度的相對性原理都有所了解
  • 從物理公式及各符號物理意義來解決實際問題
    物理「難」?大多數人在學習生涯都覺得物理較難,女孩子們在解題時更是丈二和尚摸不著頭腦。明明我都背得了這些物理公式,就是不知道怎麼用。今天,我們就來談談如何從物理公式下手,學好物理!弄清物理意義,就能找準物理量。物理不難!進入高一,首先接觸的的勻變速直線運動,這裡就有一個公式:v=v0+at。很多同學在做題的時候拿到題目就開始做,都沒有去仔細分析,想著代入公式就行,沒問題很簡單。可這個公式裡面的每個符號所對應的物理量,它的物理意義是什麼?
  • 【物理必修第二冊】6.2 向心力
    向心力 新授課視頻物理高中必修2向心力2、向心力的大小高中物理知識學習導航
  • 知道FM圖像專題怎麼判斷圖像裡切線斜率和割線斜率誰有意義
    做圖像專題的時候,一定要區分好,切線的斜率和割線的斜率誰更有意義。什麼叫割線,就是圖形當中的某一個點和原點的連線,就叫割線。那麼,有的圖像的切線斜率有意義,有的圖像割線斜率有意義。而割線斜率的表達式就是:縱軸比橫軸,就是縱軸的物理量比上橫軸的物理量。
  • 高中物理第一學期期末複習知識點詳解——加速度
    01加速度基本知識1.物理意義:表示運動物體速度變化快慢>的物理量。(2)大小:三個物理量的大小沒有必然聯繫,其中一個物理量較大時,其餘兩個物理量不一定較大。加速度是表示物體運動快慢的物理量。(×)2.加速度是描述物體速度變化快慢的物理量。