曲线运动万有引力定律知识点总结中学教育高考2中学教育高中教育.pdf

曲线运动 1 曲线运动的特征（1）曲线运动的轨迹是 曲线。（2）由于运动的 速度方向 总沿轨迹的 切线方向，又由于曲线运动的轨迹是曲线，所以曲线运动的 速度 方向 时刻变化。即使其速度大小保持恒定，由于其方向不断变化，所以说：曲线运动 一定是变速运动。（3）由于曲线运动的 速度一定是变化的，至少其 方向 总是不断变化的，所以，做曲线运动的物体的中 速度必不为零，所受到的 合外力必不为零，必定有 加速度。（注意：合外力为零只有两种状态：静止和匀速 直线运动。）曲线运动速度方向一定变化，曲线运动一定是变速运动，反之，变速运动不一定是曲线运动。2 物体做曲线运动的条件（1）从动力学角度看：物体所受 合外力 方向跟它的速度方向 不在同一条直线上。（2）从运动学角度看：物体的 加速度 方向跟它的速度方向 不在同一条直线上。3 匀变速运动：加速度（大小和方向）不变的运动。也可以说是：合外力不变的运动。4 曲线运动的合力、轨迹、速度之间的关系（1）轨迹特点：轨迹在速度方向和合力方向之间，且向合力方向一侧弯曲。（2）合力的效果：合力沿 切线方向 的分力 F2改变速度的大小，沿径向的分力 F1 改变速度的 方向 4 平抛运动竖直方向做自由落体运动，匀变速直线运动的一切规律在竖直方向上都成立。当合力方向与速度方向的夹角为 当合力方向与速度方向的夹角为 当合力方向与速度方向 平抛运动基本规律 锐角 时，物体的速率将 增大 钝角 时，物体的速率将 减垂直 时，物体的速率 不变。（举例：匀速圆周运动）1 速度：x 0 合速度:v vx2 v y2 方向：tan vy gt x y vy gt vx vo x v0t 2 位移 1 2 y 12 gt2 合位移：x合 x2 y2 方向：tan y 1 gt x 2 vo 3 时间由:y 1 gt 2 得 t y 决定）由下落的高度 5 tan 2tan 速度与水平方向夹角的正切值为位移与水平方向夹角正切值的 6.平抛物体任意时刻 瞬时速度 方向的反向延长线与初速度方向延长线的交点到抛出点的距离都等于水平位 移的一半。（A 是 OB 的中点）v1：v2：v 3：vn 1：2：3：n s1：s2：s3：sn 1：4：9：2：n 几个比例式（只适用于 v0 0）sI：sII：sIII：sN 1：3：5：（2N 1）tI：t II：t III：tN 1：（2 1）：（3 2）：（N N 1）2倍 是曲线所以曲线运动的速度方向时刻变化即使其速度大小保持恒定由于其方向不断变化所以说曲线运动一定是变速运动由于曲线运动的速度一定是变化的至少其方向总是不断变化的所以做曲线运动的物体的中速度必不为零所受到的运动一定是变速运动反之变速运动不一定是曲线运动物体做曲线运动的条件从动力学角度看物体所受合外力方向跟它的速度方向不在同一条直线上从运动学角度看物体的加速度方向跟它的速度方向不在同一条直线上匀变速运动加速方向和合力方向之间且向合力方向一侧弯曲合力的效果合力沿切线方向的分力改变速度的大小沿径向的分力改变速度的方向当合力方向与速度方向的夹角为锐角时物体的速率将增大当合力方向与速度方向的夹角钝角时物体的速率将绳拉物体 合运动：实际的运动。对应的是 合速度。方法：把合速度分解为 沿绳方向 和 垂直于绳方向 小船渡河 例 1:一艘小船在 200m 宽的河中横渡到对岸，已知水流速度是 3m/s，小船在静水中的速度是 5m/s，求：（1）欲使船渡河时间最短，船应该怎样渡河？最短时间是多少？船经过的位移多大？船渡河时间：主要看小船 垂直于河岸的分速度，如果小船垂直于河岸没有分速度，则不能渡河 d v船 cos tmin d v船（此时=0，即 船头的方向应该垂直于河岸）解：（1）结论：欲使船渡河时间最短，船头的方向应该垂直于河岸。渡河的 最短时间 为：tmin d 合速度为：v合 v船 2 v水2 v船 合位移为：x xAB2 xBC 2 d2（v水t）2 或者 2）分析：是曲线所以曲线运动的速度方向时刻变化即使其速度大小保持恒定由于其方向不断变化所以说曲线运动一定是变速运动由于曲线运动的速度一定是变化的至少其方向总是不断变化的所以做曲线运动的物体的中速度必不为零所受到的运动一定是变速运动反之变速运动不一定是曲线运动物体做曲线运动的条件从动力学角度看物体所受合外力方向跟它的速度方向不在同一条直线上从运动学角度看物体的加速度方向跟它的速度方向不在同一条直线上匀变速运动加速方向和合力方向之间且向合力方向一侧弯曲合力的效果合力沿切线方向的分力改变速度的大小沿径向的分力改变速度的方向当合力方向与速度方向的夹角为锐角时物体的速率将增大当合力方向与速度方向的夹角钝角时物体的速率将怎样渡河：船头与河岸成 向上游航行。最短位移为：xmin d 例 2:一艘小船在 200m 宽的河中横渡到对岸，已知水流速度是 5m/s，小船在静水中的速度是 4m/s，求：（1）欲使船渡河时间最短，船应该怎样渡河？最短时间是多少？船经过的位移多大？（2）欲使航行位移最短，船应该怎样渡河？最短位移是多少？渡河时间多长？解：（1）结论：欲使船渡河时间最短，船头的方向应该垂直于河岸。渡河的 最短时间 为：tmin 合速度为：v合 v船 v水 v船 合位移为：x xAB2 3 xBC2 d2（v水t）2 或者 x v合 t 2）方法：以水速的末端点为圆心，以船速的大小为半径做圆，过水速的初端点做圆的切线，切线即为 所求合速度方向 匀速圆周运动 1.线速度：质点通过的圆弧长跟所用时间的比值 2 角速度：质点所在的半径转过的角度跟所用时间的比值 2 tT 2n 单位：弧度/秒，rad/s 合速度为：v合 v船 sin d 对应的时间为：t d v合 如左图 所示：相关结论：x x d xmin xAC cos v船 d v船 sin 2 r 2 fr 2 nr 单位：米/秒，m/s AC 即为所求的合速度方向 dv水 是曲线所以曲线运动的速度方向时刻变化即使其速度大小保持恒定由于其方向不断变化所以说曲线运动一定是变速运动由于曲线运动的速度一定是变化的至少其方向总是不断变化的所以做曲线运动的物体的中速度必不为零所受到的运动一定是变速运动反之变速运动不一定是曲线运动物体做曲线运动的条件从动力学角度看物体所受合外力方向跟它的速度方向不在同一条直线上从运动学角度看物体的加速度方向跟它的速度方向不在同一条直线上匀变速运动加速方向和合力方向之间且向合力方向一侧弯曲合力的效果合力沿切线方向的分力改变速度的大小沿径向的分力改变速度的方向当合力方向与速度方向的夹角为锐角时物体的速率将增大当合力方向与速度方向的夹角钝角时物体的速率将单位：秒，s v 4.频率：单位时间内完成圆周运动的圈数。三种转动方式 竖直平面的圆周运动“绳模型”如上图所示，小球在竖直平面内做圆周运动过最高点情况。注意：绳对小球只能产生 拉力）小球能过最高点的临界条件：绳子和轨道对小球刚好没有力的作用 2 v mg=m R “杆模型”，小球在竖直平面内做圆周运动过最高点情况（注意：轻杆和细线不同，轻杆对小球既能产生T 5.转速：单位时间内转过的圈数。单位：赫兹，Hz 单位：转/秒，r/s f（条件是转速 n 的单位必须为 转/秒）6.向心加速度：2r(2)2r(2 f)2r 7.向心力：F 2 v ma m r 2r m(2)2r m(2 f)2r 绳模型 1）2）小球能过最高点条件：v Rg（当 v Rg 时，绳对球产生拉力，轨道对球产生压力）3）不能过最高点条件：v Rg（实际上球还没有到最高点时，就脱离了轨道）v临界 是曲线所以曲线运动的速度方向时刻变化即使其速度大小保持恒定由于其方向不断变化所以说曲线运动一定是变速运动由于曲线运动的速度一定是变化的至少其方向总是不断变化的所以做曲线运动的物体的中速度必不为零所受到的运动一定是变速运动反之变速运动不一定是曲线运动物体做曲线运动的条件从动力学角度看物体所受合外力方向跟它的速度方向不在同一条直线上从运动学角度看物体的加速度方向跟它的速度方向不在同一条直线上匀变速运动加速方向和合力方向之间且向合力方向一侧弯曲合力的效果合力沿切线方向的分力改变速度的大小沿径向的分力改变速度的方向当合力方向与速度方向的夹角为锐角时物体的速率将增大当合力方向与速度方向的夹角钝角时物体的速率将（1）小球能过最高点的临界条件：v=0，F=mg（F 为支持力）（2）当 0vF0（F为支持力）（3）当 v=Rg 时，F=0（4）当 v Rg时，F 随 v 增大而增大，且 F0（F 为拉力）万有引力定律 1.开普勒第三定律：行星轨道半长轴的三次方与公转周期的二次方的比值是一个常量。3 Tr32 k（K 值只与中心天体的质量有关）2.万有引力定律：F万 m1m2 G2 r 1）赤道上万有引力：F引 mg F向 mg ma向（g 和 a向 是两个不同的物理量，）2）两极上的万有引力：F引 mg 3.忽略地球自转，地球上的物体受到的重力等于万有引力。GM2m mg GM gR2（黄金代换）R 4.距离地球表面高为 h 的重力加速度：GMm2 R h 2 mg GM g GM 2 R h 2 5.卫星绕地球做匀速圆周运动：万有引力提供向心力 F万 GMm 2 r GMm 2 r ma GM2（轨道处的 向心加速度 a 等于轨道处的 r2 重力加速度 g轨）GMm 2 r 2 v m r GM GMm 2 r GMm 2 r 6.中心天体质量的计算：方法 1：GM gR2 gR2 G 已知 R 和 g）方法 2：v GrM 2 vr 已知卫星的 V 与 r）方法 3：GM 23 r G 已知卫星的 与 r）是曲线所以曲线运动的速度方向时刻变化即使其速度大小保持恒定由于其方向不断变化所以说曲线运动一定是变速运动由于曲线运动的速度一定是变化的至少其方向总是不断变化的所以做曲线运动的物体的中速度必不为零所受到的运动一定是变速运动反之变速运动不一定是曲线运动物体做曲线运动的条件从动力学角度看物体所受合外力方向跟它的速度方向不在同一条直线上从运动学角度看物体的加速度方向跟它的速度方向不在同一条直线上匀变速运动加速方向和合力方向之间且向合力方向一侧弯曲合力的效果合力沿切线方向的分力改变速度的大小沿径向的分力改变速度的方向当合力方向与速度方向的夹角为锐角时物体的速率将增大当合力方向与速度方向的夹角钝角时物体的速率将 GM 运行速度：是指卫星在进入运行轨道后绕地球做匀速圆周运动时的线速度当卫星“贴着”地面运 行时，运行速度等于 第一宇宙速度。第一宇宙速度（环绕速度）：7.9km/s。卫星环绕地球飞行的 最大运行速度。地球上发射卫星的 最小发射速 度。第二宇宙速度（脱离速度）：11.2km/s。使人造卫星 脱离地球的引力束缚，不再绕地球运行，从地球表 面发射所需的最小速度。第三宇宙速度（逃逸速度）：16.7km/s。使人造卫星 挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的宇宙空间去，从地球表面发射所需要的最小速度。机械能 1.功的计算。W Fxcos W合 WF1 WF2 WF3L WFn F合 xcos W P 2.计算平均功率：t 计算瞬时功率：P瞬 F v瞬 P Fv 方法 4：T 23 4r 2（已知卫星的周期 T 与 r）GT2 方法 5：已知 GrM 4 2r 3 GM v3T vT（已知卫星的 V 与 T）2G 方法 6：已知 已知卫星的 V 与，相当于已知 V 与 T）7.地球密度计算：球的体积公式：V4 3 R3 mM 2 G mrM2 m(2T 4 2r 3 GT2)2r 3 r 3 GT2R3 近地卫星 MM V 4 R3 3 8.发射速度：采用多级火箭发射卫星时，卫星脱离最后一级火箭时的速度。3 GT 2(r=R)GM 4 2r 3 是曲线所以曲线运动的速度方向时刻变化即使其速度大小保持恒定由于其方向不断变化所以说曲线运动一定是变速运动由于曲线运动的速度一定是变化的至少其方向总是不断变化的所以做曲线运动的物体的中速度必不为零所受到的运动一定是变速运动反之变速运动不一定是曲线运动物体做曲线运动的条件从动力学角度看物体所受合外力方向跟它的速度方向不在同一条直线上从运动学角度看物体的加速度方向跟它的速度方向不在同一条直线上匀变速运动加速方向和合力方向之间且向合力方向一侧弯曲合力的效果合力沿切线方向的分力改变速度的大小沿径向的分力改变速度的方向当合力方向与速度方向的夹角为锐角时物体的速率将增大当合力方向与速度方向的夹角钝角时物体的速率将3.重力势能：EP mgh 重力做功计算公式：WG mgh1 mgh2 EP初 EP 末 重力势能变化量：EP EP末 EP初 mgh2 mgh1 重力做功与重力势能变化量之间的关系：WG EP 重力做功特点：重力做 正功（A 到 B），重力势能 减小。重力做 负功（C 到 D），重力势能 增加 12 4 弹簧弹性势能：EP k x2 x l l0（弹簧的变化量）20 弹簧弹力做的功等于弹性势能变化量的 负值：W弹 EP EP初 EP末 特点：弹力对物体做 正功，弹性势能 减小。弹力对物体做 负功，弹性势能 增加。12 5.动能：EK mv 2 1 2 1 2 动能变化量：EK EK 末 EK初 mv22 mv12 K K 2 2 6.动能定理：W合 EK EK 末 EK 初 常用变形：WF1 WF2 WF3 L WFn EK EK 末 EK初 7.机械能守恒：在只有重力或弹力做功的物体系统内，动能和势能会发生相互转化，但机械能的总量保持 不变。EP2 EK2（初状态的势能和动能之和等于末状态的势能和动能之和 EK EP（动能的增加量等于势能的减少量）EA EB（A 物体机械能的增加量等于 B 物体机械能的减少量）关于轻绳、轻杆、轻弹簧的问题：1）轻绳：拉力的方向一定沿绳指向绳收缩的方向 同一根绳上各处的拉力大小都相等 认为受力形变极微，看做不可伸长 弹力可做瞬时变化 2）轻杆：作用力方向不一定沿杆的方向 各处作用力的大小相等 轻杆不能伸长或压缩 轻杆受到的弹力方式有：拉力、压力 弹力变化所需时间极短，可忽略不计 （3）轻弹簧：各处的弹力大小相等，方向与弹簧形变的方向相反 弹力的大小遵循 F kx 的关系 弹簧的弹力不能发生突变 1.关于超重和失重的问题：1）物体超重或失重是物体对支持面的压力或对悬挂物体的拉力大于或小于物体的实际重力（2）物体超重或失重与速度方向和大小无关。根据加速度的方向判断超重或失重：加速度方向向上，则超重；加速度方向向下，则失重 表达式：EP1 EK1 是曲线所以曲线运动的速度方向时刻变化即使其速度大小保持恒定由于其方向不断变化所以说曲线运动一定是变速运动由于曲线运动的速度一定是变化的至少其方向总是不断变化的所以做曲线运动的物体的中速度必不为零所受到的运动一定是变速运动反之变速运动不一定是曲线运动物体做曲线运动的条件从动力学角度看物体所受合外力方向跟它的速度方向不在同一条直线上从运动学角度看物体的加速度方向跟它的速度方向不在同一条直线上匀变速运动加速方向和合力方向之间且向合力方向一侧弯曲合力的效果合力沿切线方向的分力改变速度的大小沿径向的分力改变速度的方向当合力方向与速度方向的夹角为锐角时物体的速率将增大当合力方向与速度方向的夹角钝角时物体的速率将（3）物体出于完全失重状态时，物体与重力有关的现象全部消失：与重力有关的一些仪器如天平、台秤等不能使用 竖直上抛的物体再也回不到地面 杯口向下时，杯中的水也不流出 1.科学抽象物理模型思想 这是物理学中常用的一种方法。在研究具体问题时，为了研究的方便，抓住主要因素，忽略次要因素，从实际问题中抽象出理想模型，把实际复杂的问题简化处理。如质点、匀速直线运动、匀变速直线运动等 都是抽象了的理想化的物理模型。2.数形结合思想 本章的一大特点是同时用两种数学工具：公式法和图像法描述物体运动的规律。把数学公式表达的函 数关系与图像的物理意义及运动轨迹相结合的方法，有助于更透彻地理解物体的运动特征及其规律。3.极限思想 在分析变速直线运动的瞬时速度和位移时，我们采用无限取微逐渐逼近的方法，即在物体经过的某点 后面取很小的一段位移，这段位移取得越小，物体在该段时间内的速度变化就越小，在该段位移上的平均 速度就能越精确地描述物体在该点的运动快慢情况。当位移足够小时（或时间足够短时），该段位移上的 平均速度就等于物体经过该点时的瞬时速度，物体在一段时间内的位移就可以用 v-t 图线与 t 轴所围的面 积来表示。4.解题方法技巧（1）要养成画物体运动示意图或 v-t 图像的习惯，特别对较复杂的运动，画示意图或 v-t 图像可使运 动过程直观，物理情景清晰，便于分析研究。（2）要注意分析研究对象的运动过程，搞清整个运动过程按运动性质的转换可分为哪几个运动阶段，各个阶段遵循什么规律，各个阶段间存在什么联系。（3）由于本章公式较多，且各公式间又相互联系，因此，本章的题目常可一题多解。解题时要思想 开阔，联想比较，筛选最简捷的解题方案。本章解题方法主要有：a.基本公式法 b.推论公式法 c.比例公式法 d.图像法 e.极值法 f.逆向转换法 g.巧选参考系法 是曲线所以曲线运动的速度方向时刻变化即使其速度大小保持恒定由于其方向不断变化所以说曲线运动一定是变速运动由于曲线运动的速度一定是变化的至少其方向总是不断变化的所以做曲线运动的物体的中速度必不为零所受到的运动一定是变速运动反之变速运动不一定是曲线运动物体做曲线运动的条件从动力学角度看物体所受合外力方向跟它的速度方向不在同一条直线上从运动学角度看物体的加速度方向跟它的速度方向不在同一条直线上匀变速运动加速方向和合力方向之间且向合力方向一侧弯曲合力的效果合力沿切线方向的分力改变速度的大小沿径向的分力改变速度的方向当合力方向与速度方向的夹角为锐角时物体的速率将增大当合力方向与速度方向的夹角钝角时物体的速率将