对数运算公式高三物理向心加速度公式推导集萃

向心加速度公式推导集萃
向心加速度是匀速圆周运动中的教学难点，这是由于学生因长期接受 标量运算而产生的
思维定势，认为匀速圆周运动中物体运动速率不变，故其

因此我 们在教学中必须强调两点，一的矢量性，速度的方向变化也表示速度有变化，故
△v≠0，另一是速度变 化的方向就是加速度的方向。因此在教学中必须说清楚△v的方向。
教材中引进了速度三角形的方法，实 际上已经考虑到了上述两点。关于向心加速度公式的推
导方法甚多，下面提供几种有别于课本的推导方法 ，供大家参考。
1 矢量合成法
如图1所示，物体自半径为r的圆周a匀速率运动至b，所 经时间为△t，若物体在a、b
点的速率为v
a
=v
b
=v，则其速 度的增量△v=v
b
-v
a
=v
b
+（-v
a），由平行四边形法则作出其矢量
图如图1。由余弦定理可得


< br>可见当θ→0时，α=90°，即△v的方向和v
b
垂直，由于v
b
方 向为圆周切线方向，故△v
的方向指向圆心.因△v的方向即为加速度的方向，可见匀速圆周运动中加速 度的方向指向圆
心，
2 运动合成法
。. .
众所周知，物体作圆周运动 的条件一是受到一个指向圆心的向心力的作用.另一是有一
个初速度.可以设想，若没有初速度则物体将 向着圆心方向作匀加速运动.若没有向心力，则
物体将沿初速度方向作匀速运动.可见圆周运动应当是沿 圆心方向的匀加速直线运动和沿初
速度方向的匀速运动的合运动.如图2所示，物体自a至b的运动，可 看成先由a以速度v
匀速运动至c，再由c以加速度α匀加速运动至b，由图可知


当△t→o时ac方向的运动可以忽略.故物体只有指向圆心方向的加速度α.
3 位移合成法
如图3所示，设物体自a点经△t沿圆周运动至b，其位移ab可看成是切向位移s
1
和法
向位移s
2
的矢量和.由以上分析可知，其法向运动为匀加速

由图知：△acb∽△adb，故有ac∶ab=ab∶ad，




4 类比法
设有一位置矢量r绕o点旋转，其矢端由a至b时发生的位 移为△s（如图4）.若所经
时间为△t，则在此段时间内的平均速率显然这个速率描述的是位置矢量矢 端的
运动速率，当△t趋近于零时，这个平均速率就表示位置矢量的矢端在某一时刻的即时速率，
如果旋转是匀角速的，则其矢端的运动也是匀速率的，易知其速率


（1）式中 t为旋转周期.再如图5是一物体由a至b过程中，每转过18圆周，速度变化的
情况。现将其速度平移 至图6中，容易看出图6和图5相类似，所不同的是图5表示的是位
置矢量的旋转.，而图6则是速度矢 量的旋转，显然加速度是速度的变化率，即

由图6可知，这个速度变化率其实就是端的旋转速率，其旋转半径就是速率v
的大小，故有 < br>比较图5图6可以看出当△t→o时△v的方向和△s的方向相垂直.故加速度的方向和速度方
向 相垂直.
介绍上述方法目的在于使广大学生对向心加速度这个难点有更深刻的了解，也可以从中
得到启迪，对拓宽思路有所裨益.
(江苏武进湟里中学 213151 李虎驼)