高中物理圆周运动规律的应用课件
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• 答案 AD
物理建模 “竖直平面内圆周运动的绳、杆”模型
轻绳模型
轻杆模型
常见 类型
过最高点的 临界条件
v 论 分析
(绳 F(球12Ng))、 已+过r不,轨脱m最能在道g离高=过到对圆点m最达球轨时vr2高最产道,点高v生≥点弹vg力前<r,((圆 ((心1234))))心 并当 当 当 当随,随vvv0= =><vv0的v的g时 <g增r增r时,时大大g,F,r而时而NFF=增N,减N-=m+大小Fg0m,N+g沿=m半mg=v径r2,m背vFr离2N,F圆指N 心背 向圆离
A.速率v一定时,r越小,要求h越大
B.速率v一定时,r越大,要求h越大
C.半径r一定时,v越小,要求h越大
D.半径r一定时,v越大,要求h越大
解析: 火车转弯时,圆周平面在水平 面内,火车以设计速率行驶时,向心力 刚好由重力 G 与轨道支持力 FN 的合力 来提供,如图所示,则有 mgtan θ=mrv2, 且 tan θ≈sin θ=Lh,其中 L 为轨间距,是定值,有 mgLh=mrv2, 通过分析可知 A、D 正确.
口的方形木块,abcd为半径是R的四分之三光滑圆
弧形轨道,a为轨道的最高点,de面 水平且有一定
长度.今将质量为m的小球在d点的正上方高为h处
由静止释放,让其自由下落到d处切入轨道内运动,
不计空气阻力,那么
〔〕
A.只要h大于R,释放后小球就能通过a点
B.只要改变h的大小 ,就能使小球通过a点后,既可 能落回轨道内,又可能落到de面上
【典例】如图示,20xx年8月7日伦敦奥运会体操男子单杆决赛,荷 兰选手宗德兰德荣获冠军.假设他的质量为60 kg,做“双臂大回环 〞,用双手抓住单杠,伸展身体,以单杠为轴做圆周运动.此过程中, 运发动到达最低点时手臂受的总拉力至少约为
(忽略空气阻力,g=10 m/s2)( )
A.600 N B.2 400 N C.3 000 N D.3 600 N
热点2 匀速圆周运动中的动力学问题
1.向心力的来源
重力
摩擦力
弹力
某个力 的分力
几个力的 合力
2.向心力确实定
(1)确定圆周运动轨道所在的 平面,确定圆心的位置.
充 当
向心力
是按力 的作用 效果命
名的
注意:在受力分析中要防止 再另外添加一个向心力
(2)分析物体的受力情况,找 出所有的力沿半径方向指向 圆心的合力就是向心力.
3、ω=(1-k)ω0时,ω<ω0,小物块所需向心力减小,它所
受各力又如何变化?摩擦力方向又如何?
➢转 解析
规律总结
圆周运动问题的解题步骤 确定研究对象
确定轨道平面、圆心、半径
受力分析,明确向心力的来源
据牛顿运动定律及向心力公式列方程求解
有时对结果进行必要的讨论
【跟踪短训】
2.铁路转弯处的弯道半径r是根据地形决定 的.弯道处要求外轨比内轨高,其内、外轨高 度差h的设计不仅与r有关.还与火车在弯道上 的行驶速度v有关.以下说法正确的选项是 ( ).
C.无论怎样改变h的大小,
都不可能使小球通过a点后
落回轨道内
D.调节h的大小,可以使小
球飞出de面之外〔即e的右侧〕
要使小球到达最高点a,那么在最高点小 球速度最小时有mg = mv2/R,得最小速度v = ,由机械能守恒定律得mg(h – R) = mv2/2,得h = 3R/2,即h必须大于或等于 3R/2,小球才能通过a点,A错误;小球假 设能到达a点,并从a点以最小速度平抛,有 R = gt2/2,x = vt = ,所以,无论怎样改变 h的大小,都不可能使小球通过a点后落回轨 道内,B错误、C正确;如果h足够大,小球 可能会飞出de面之外,D正确.
解析审题皮带1不、打皮滑带表传示动轮问子题边中缘,在两某段 轮时边间缘内及转皮过带的上弧各长点总线是速跟度皮带移
动的析距疑离相大等小,即有a何、c关两系点?的线速度大小相等,选项 A 错 C 对;b、c、d
三 故点ωa同=轴2ω转c2,动、故,同角ω轴a速=转度2ω动大b,的小选物相项等体B,上错故;,ω设各c=点a ω点的b线,又角速速va度=度大v有c小,何r为c=关v2,系rac,?且点v线=速rω度,
FN
力恰好为零,求ω0; (2)假设ω=(1±k)ω0,且0<k≪1, 求小物块受到的摩擦力大小和方向.
θmgFf F合
审题 12、ω=ω(10+时k,)ω小0时物,ω块>运ω0动,圆小心物位块置所在需哪向里心?力受增几大个,所力受 设疑 作 各用力?如如何何变确化定 ?其摩向擦心力力方大向小如与何方? 向?
也为 答案
v,而 d CD
3些点、物线描速理述度量a则、相为等b、2?vc,、所以d各a点a=圆vr2,周a运d=动4v的r2=物vr理2,选量项中D,对有➢. 解哪析显隐
规律方法 常见的三种传动方式及特点
1.皮带传动:
甲、乙图说明,皮带与两轮之间无 A
相对滑动时,两轮边缘线速度大小
相等,即vA=vB. A
圆周运动的规律及其应用
圆周运动的规律及其应用
本讲概要
热点 突破
➢ 1.描述圆周运动的各物理量间的关系 ➢ 2.匀速圆周运动中的动力学问题
素养 提升
➢物理建模 “竖直平面内圆周运动的 轻绳、轻杆〞模型
➢ 高考真题
热点1 描述圆周运动的各物理量间的关系
v、ω、T、f、a、r各量间的关系
=ω2r=ωv
审题设疑
竖直面内圆周 运动的杆模型
1、此运发动的运动属于什么类型圆周运动? 2、运发动的运动过程遵从什么物理规律? 3、如何选择状态及过程列方程解答问题?
牛顿第二定 律和机械能 守恒定律
➢转解析
规律总结 竖直面内圆周运动的求解思路
(1)定模型: 判断 轻绳模型 或者 轻杆模型
(2)确定临界点: 轻绳模型 能否通过最高点的临界点 轻杆模型 FN表现为支持力还是拉力的临界点.
2.摩擦传动:
丙图所示,两轮边缘接触,接触点无
打滑现象时,两轮边缘线速度大小
相等,即vA=vB.
A
3.同轴传动:
丁图可知,两轮共轴转动,它们的角
A
速度大小相等,即ωA=ωB.
甲
B
B 乙
B 丙
B丁
【跟踪短训】
1.如图4-3-5所示是一个玩具陀螺,a、b和c是陀螺外 表上的三个点,当陀螺绕垂直于地面的轴线以角速度 ω稳定旋转时,以下表述正确的选项是( )
高考真题
答案及解析
题号 ➢ 1 ➢ 2
点击箭头 显示
BC
C
答案及解析 ➢
➢
➢3 ➢4
见解析 D
➢
➢
➢5 AC
➢
4A考 下1R由 力 于 大 答 2该 周 答 3竖H在由代(擦4一中题旋力所力运的G5 与 由 之 速 起 侧 路 道B示大度时AC可 小 过 个 一 角 出 其 曲53随始m平m摩((2.、12..题.,..解=题=)需夹,.个心转情动虑 列 处,.))机 提 . 案路 重 高 滑 况 .间提 圆 圆 物 , 率 直水入力与数小,运 案以 的 轨 ①点解转擦G做物抛解A物物FB即(h发为道(下m所设【析2NN要角12旋轴的况的的2如ABCD空 说安离N面 力 于 动 无械 供 选会析供弧 就 体 半 方平数提ABC限D光.动 ②【对 g看 方 迹质台力平块点析0g座块块落. . . .,....N处地处列需2的为转匀角如半小越物某合1vt气 法1图装水没 的 , 关B能 , 项产度向来 叫 沿 径 式向方据供滑2规C应量 成 向 最 2D0加,抛离椅:v和2c1悬AA悬车做与2①解当地路车带0向;由表圆速速图径力1时向C表于大块设c滑·阻 正θ(物得F·乙C一平有 分 ,守生,广心相1的 与代 做 与 是 解上向得向斜安律的圆 以 高31福速取开运A曲 B挂挂s速由A平转得路时心面速.盘转度所为过3静述·),心,滑示所滑表力 确 i块、F体、所正C物地个横 力D恒等 速车横·东力替 水 得有上心面(徽知F竖周 速 点 建转重n于转动nB线B虽Av抛台力面,上动相示如汽AA外只江提由止正程θ力;的 的N块受该块明N0从在rC确示、, 度 错都的块面向 充压定辆向新, 卷=. 平 有力相,: 座直理运 度的动力-台.由点上然且,等,,v车运间结=图车供图侧要苏下确为P影 是当水质的处重0斜做最 正B=通;比向.误摩 当做的便律力椅静h课只,如 面 =,切11m缆平缆综动,加m绕因.它缆时现的紧 高x和.动的可冰m,)恰卷高低7的响滑的汽Fv量. 匀处最所力则面平=越m确心因高F过g擦 向不1有平高g传摩标绳要图 成有,绳 Bs)A0同此此们绳n,面g的速当设,知于曲 测邻地某时的动=】.好一内于= 7缆 .、,速,有车/+为大受抛 的 在 滑上由加的大v.为相点位拉s2力 心1会()抛度擦感全一属时做与车2所甲:它:内度一转α0率 得如B面公.,如初摩没mm般 侧m绳v当圆0At的(通2Fv速 大静块B压最道不同力,时ρ个于座圆竖, 力向m悬力运移受( c们器国速F)v所nmc圆vvv速部,与圆图转路之图R2如速擦有周低,.的与旋gHc点Rc速过22BB2度=g,长摩从力大底同路 竖同椅周直HD挂做②速,外o的 g, =,动F卷,不但= ,的示周达未=是分所急, 运间是台向图度因s竖转车h曲N两m.在率大度直轴的运方在与高圆擦的静面 其部高θA拉侧度由r1阻 解 ),,Ⅱ只超m,B大动示结运到车 0转仍,.其滑半直圆公数示大ω辆线 0侧N为小的问受动同向重周的.度力应在摩B正力g滑)牛沿碍由得8要】过,=曲,m冰动 和 某弯小会半2即 方道盘h径路小便,于运的越相缆μ点等不比)确,动顿v水汽此m不公h/某线“.时地处ρ一向有绕 的径 置s压把内会可误所座做大度加误mc滑由动两 等大绳vFF由代答2所= 悬,于是处在;gRx第平车式超路.一0旋上相时的面是竖摩数见以椅,比速;圆/最 求于外力整ff向;;块=可点 悬 =ρ表mm入案挂③受acv平物因当 滑由g三方知向出急转=B最=的座由度夹no比直无周一无 2擦值:圆高 两叫测内条θB重挂缆以A作=00明s为数支④的车静块动定B=内 某点 向秋转椅于比高 ..θ运μm角的,滑圆摩N力的时与侧54形点做 侧试曲在力A分 随一 绳悬的N持式据(,速止hr律vvR千>一,侧滑,动弯1速 v相中动vB小竖弧擦,Bω,滑水0滑0, 2的=旋线挂m成点圆)c小所rA越而③c力得得低下的因知1的”的最滑 块与曲处=等心,度直o此趋2,时g动g增物动平转示由μ用知很的点,As小m应受为小于,滑半选r中竖,值高m动所方θ轴μμ通率、,当力势大的的αω圆块转,意牛/一==B多曲的在,是拉径g传s项直且至的向A,需 匀Fv常圆车而汽与,2临,选<的④A盘趋恰台图顿系=c小g0曲 率极比N外方感v的力两Aθ速向B增是B的.,Rh辆 A的车项缆重说(界时20上势2好边,第2列 v错向段率 圆限侧夹器个B.转 大越点圆心02A向的,绳)交行便错力明.值,B.Fc0光滑缘误的二P不角,半 定情高座示og,动.心故的速错长大过弧力通则驶2不误的不此车,s;=选滑夹离的,定点同每径 义况 内2椅数时度,程半由α事在的会;分所时和项角致圆转小律可.半小. 为侧下相,N中径合N故该速向力当以汽大地使C弧台物看 及等低 段径现 :,等 越,为外多错于弯率外一车车 与面轨开块B,做 圆,都将 通的这
D.小球过最高点时,杆对球的 作用力一定随速度增大而减小
图4-3-8
•解析 因轻杆既可以提供拉力又可以提供支持 力,所以在最高点杆所受弹力可以为零,A对; 在最高点弹力也可以与重力等大反向,小球最小 速度为零,B错;随着速度增大,杆对球的作用 力可以增大也可以减小,C、D错.
•答案 A
【变式跟踪】如下图,M为固定在水平桌面上的有缺
(3)研究状态:只涉及 最高点和最低点的运动情况. (4)受力分析:在最高点或最低点进行受力分析,由牛顿第
二定律列方程,F合=F向. (5)过程分析:应用动能定理或机械能守恒定律将初、末两
个状态联系起来列方程.
即学即练
一轻杆一端固定质量为m的小球,以另一端O为圆心,使小 球在竖直面内做半径为R的圆周运动,如图4-3-8所示,则 下列说法正确的是( ). A.小球过最高点时,杆所受到的弹力可以等于零 B.小球过最高点的最小速度是 gR C.小球过最高点时,杆对球的 作用力一定随速度增大而增大
【典例2】 (20xx·重庆卷,8)如图示,半径为R的半球形陶罐,固定
在可以绕竖直轴旋转的水平转台上,转台转轴与过陶罐球心O的
对称轴OO′重合.转台以一定角速度ω匀速旋转,一质量为m的小
物块落入陶罐内,经过一段时间后,小物块随陶罐一起转动且相
对罐壁静止,它和O点的连线与OO′之
间的夹角θ为60°,重力加速度大小为g. (1)假设ω=ω0,小物块受到的摩擦
A.a、b和c三点的线速度大小相等
B.b、c两点的线速度始终相同
C.b、c两点的角速度比a点的大
D.b、c两点的加速度比a点的大
解析 当陀螺绕垂直于地面的轴线以角
速度ω稳定旋转时,a、b和c三点的角速 度相同,a半径小,线速度要比b、c的小,图 4-3-5 A、C错;b、c两点的线速度大小始终相同, 但方向不相同,B错;由a=ω2r可得b、c 两点的加速度比a点的大,D对.答案 D
在v一定时,a与r 成反比; 在ω一定时,a与 r成正比.
当r一定时,v与ω成正比; 当ω一定时,v与r成正比; 当v一定时,ω与r成反比.
【典例1】 如图示为皮带传动装置,右轮的半径为r,a是它边缘上 的一点,左侧是一轮轴,大轮的半径是4r,小轮的半径是2r,b点 在小轮上,到小轮中心的距离为r,c点和d点分别位于小轮和大 轮的边缘上,假设在传动过程中皮带不打滑,那么( ). A.a点和b点的线速度大小相等 B.a点和b点的角速度大小相等 C.a点和c点的线速度大小相等 D.a点和d点的向心加速度大小相等
物理建模 “竖直平面内圆周运动的绳、杆”模型
轻绳模型
轻杆模型
常见 类型
过最高点的 临界条件
v 论 分析
(绳 F(球12Ng))、 已+过r不,轨脱m最能在道g离高=过到对圆点m最达球轨时vr2高最产道,点高v生≥点弹vg力前<r,((圆 ((心1234))))心 并当 当 当 当随,随vvv0= =><vv0的v的g时 <g增r增r时,时大大g,F,r而时而NFF=增N,减N-=m+大小Fg0m,N+g沿=m半mg=v径r2,m背vFr离2N,F圆指N 心背 向圆离
A.速率v一定时,r越小,要求h越大
B.速率v一定时,r越大,要求h越大
C.半径r一定时,v越小,要求h越大
D.半径r一定时,v越大,要求h越大
解析: 火车转弯时,圆周平面在水平 面内,火车以设计速率行驶时,向心力 刚好由重力 G 与轨道支持力 FN 的合力 来提供,如图所示,则有 mgtan θ=mrv2, 且 tan θ≈sin θ=Lh,其中 L 为轨间距,是定值,有 mgLh=mrv2, 通过分析可知 A、D 正确.
口的方形木块,abcd为半径是R的四分之三光滑圆
弧形轨道,a为轨道的最高点,de面 水平且有一定
长度.今将质量为m的小球在d点的正上方高为h处
由静止释放,让其自由下落到d处切入轨道内运动,
不计空气阻力,那么
〔〕
A.只要h大于R,释放后小球就能通过a点
B.只要改变h的大小 ,就能使小球通过a点后,既可 能落回轨道内,又可能落到de面上
【典例】如图示,20xx年8月7日伦敦奥运会体操男子单杆决赛,荷 兰选手宗德兰德荣获冠军.假设他的质量为60 kg,做“双臂大回环 〞,用双手抓住单杠,伸展身体,以单杠为轴做圆周运动.此过程中, 运发动到达最低点时手臂受的总拉力至少约为
(忽略空气阻力,g=10 m/s2)( )
A.600 N B.2 400 N C.3 000 N D.3 600 N
热点2 匀速圆周运动中的动力学问题
1.向心力的来源
重力
摩擦力
弹力
某个力 的分力
几个力的 合力
2.向心力确实定
(1)确定圆周运动轨道所在的 平面,确定圆心的位置.
充 当
向心力
是按力 的作用 效果命
名的
注意:在受力分析中要防止 再另外添加一个向心力
(2)分析物体的受力情况,找 出所有的力沿半径方向指向 圆心的合力就是向心力.
3、ω=(1-k)ω0时,ω<ω0,小物块所需向心力减小,它所
受各力又如何变化?摩擦力方向又如何?
➢转 解析
规律总结
圆周运动问题的解题步骤 确定研究对象
确定轨道平面、圆心、半径
受力分析,明确向心力的来源
据牛顿运动定律及向心力公式列方程求解
有时对结果进行必要的讨论
【跟踪短训】
2.铁路转弯处的弯道半径r是根据地形决定 的.弯道处要求外轨比内轨高,其内、外轨高 度差h的设计不仅与r有关.还与火车在弯道上 的行驶速度v有关.以下说法正确的选项是 ( ).
C.无论怎样改变h的大小,
都不可能使小球通过a点后
落回轨道内
D.调节h的大小,可以使小
球飞出de面之外〔即e的右侧〕
要使小球到达最高点a,那么在最高点小 球速度最小时有mg = mv2/R,得最小速度v = ,由机械能守恒定律得mg(h – R) = mv2/2,得h = 3R/2,即h必须大于或等于 3R/2,小球才能通过a点,A错误;小球假 设能到达a点,并从a点以最小速度平抛,有 R = gt2/2,x = vt = ,所以,无论怎样改变 h的大小,都不可能使小球通过a点后落回轨 道内,B错误、C正确;如果h足够大,小球 可能会飞出de面之外,D正确.
解析审题皮带1不、打皮滑带表传示动轮问子题边中缘,在两某段 轮时边间缘内及转皮过带的上弧各长点总线是速跟度皮带移
动的析距疑离相大等小,即有a何、c关两系点?的线速度大小相等,选项 A 错 C 对;b、c、d
三 故点ωa同=轴2ω转c2,动、故,同角ω轴a速=转度2ω动大b,的小选物相项等体B,上错故;,ω设各c=点a ω点的b线,又角速速va度=度大v有c小,何r为c=关v2,系rac,?且点v线=速rω度,
FN
力恰好为零,求ω0; (2)假设ω=(1±k)ω0,且0<k≪1, 求小物块受到的摩擦力大小和方向.
θmgFf F合
审题 12、ω=ω(10+时k,)ω小0时物,ω块>运ω0动,圆小心物位块置所在需哪向里心?力受增几大个,所力受 设疑 作 各用力?如如何何变确化定 ?其摩向擦心力力方大向小如与何方? 向?
也为 答案
v,而 d CD
3些点、物线描速理述度量a则、相为等b、2?vc,、所以d各a点a=圆vr2,周a运d=动4v的r2=物vr理2,选量项中D,对有➢. 解哪析显隐
规律方法 常见的三种传动方式及特点
1.皮带传动:
甲、乙图说明,皮带与两轮之间无 A
相对滑动时,两轮边缘线速度大小
相等,即vA=vB. A
圆周运动的规律及其应用
圆周运动的规律及其应用
本讲概要
热点 突破
➢ 1.描述圆周运动的各物理量间的关系 ➢ 2.匀速圆周运动中的动力学问题
素养 提升
➢物理建模 “竖直平面内圆周运动的 轻绳、轻杆〞模型
➢ 高考真题
热点1 描述圆周运动的各物理量间的关系
v、ω、T、f、a、r各量间的关系
=ω2r=ωv
审题设疑
竖直面内圆周 运动的杆模型
1、此运发动的运动属于什么类型圆周运动? 2、运发动的运动过程遵从什么物理规律? 3、如何选择状态及过程列方程解答问题?
牛顿第二定 律和机械能 守恒定律
➢转解析
规律总结 竖直面内圆周运动的求解思路
(1)定模型: 判断 轻绳模型 或者 轻杆模型
(2)确定临界点: 轻绳模型 能否通过最高点的临界点 轻杆模型 FN表现为支持力还是拉力的临界点.
2.摩擦传动:
丙图所示,两轮边缘接触,接触点无
打滑现象时,两轮边缘线速度大小
相等,即vA=vB.
A
3.同轴传动:
丁图可知,两轮共轴转动,它们的角
A
速度大小相等,即ωA=ωB.
甲
B
B 乙
B 丙
B丁
【跟踪短训】
1.如图4-3-5所示是一个玩具陀螺,a、b和c是陀螺外 表上的三个点,当陀螺绕垂直于地面的轴线以角速度 ω稳定旋转时,以下表述正确的选项是( )
高考真题
答案及解析
题号 ➢ 1 ➢ 2
点击箭头 显示
BC
C
答案及解析 ➢
➢
➢3 ➢4
见解析 D
➢
➢
➢5 AC
➢
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D.小球过最高点时,杆对球的 作用力一定随速度增大而减小
图4-3-8
•解析 因轻杆既可以提供拉力又可以提供支持 力,所以在最高点杆所受弹力可以为零,A对; 在最高点弹力也可以与重力等大反向,小球最小 速度为零,B错;随着速度增大,杆对球的作用 力可以增大也可以减小,C、D错.
•答案 A
【变式跟踪】如下图,M为固定在水平桌面上的有缺
(3)研究状态:只涉及 最高点和最低点的运动情况. (4)受力分析:在最高点或最低点进行受力分析,由牛顿第
二定律列方程,F合=F向. (5)过程分析:应用动能定理或机械能守恒定律将初、末两
个状态联系起来列方程.
即学即练
一轻杆一端固定质量为m的小球,以另一端O为圆心,使小 球在竖直面内做半径为R的圆周运动,如图4-3-8所示,则 下列说法正确的是( ). A.小球过最高点时,杆所受到的弹力可以等于零 B.小球过最高点的最小速度是 gR C.小球过最高点时,杆对球的 作用力一定随速度增大而增大
【典例2】 (20xx·重庆卷,8)如图示,半径为R的半球形陶罐,固定
在可以绕竖直轴旋转的水平转台上,转台转轴与过陶罐球心O的
对称轴OO′重合.转台以一定角速度ω匀速旋转,一质量为m的小
物块落入陶罐内,经过一段时间后,小物块随陶罐一起转动且相
对罐壁静止,它和O点的连线与OO′之
间的夹角θ为60°,重力加速度大小为g. (1)假设ω=ω0,小物块受到的摩擦
A.a、b和c三点的线速度大小相等
B.b、c两点的线速度始终相同
C.b、c两点的角速度比a点的大
D.b、c两点的加速度比a点的大
解析 当陀螺绕垂直于地面的轴线以角
速度ω稳定旋转时,a、b和c三点的角速 度相同,a半径小,线速度要比b、c的小,图 4-3-5 A、C错;b、c两点的线速度大小始终相同, 但方向不相同,B错;由a=ω2r可得b、c 两点的加速度比a点的大,D对.答案 D
在v一定时,a与r 成反比; 在ω一定时,a与 r成正比.
当r一定时,v与ω成正比; 当ω一定时,v与r成正比; 当v一定时,ω与r成反比.
【典例1】 如图示为皮带传动装置,右轮的半径为r,a是它边缘上 的一点,左侧是一轮轴,大轮的半径是4r,小轮的半径是2r,b点 在小轮上,到小轮中心的距离为r,c点和d点分别位于小轮和大 轮的边缘上,假设在传动过程中皮带不打滑,那么( ). A.a点和b点的线速度大小相等 B.a点和b点的角速度大小相等 C.a点和c点的线速度大小相等 D.a点和d点的向心加速度大小相等