高一必修2物理万有引力定律有关知识点
1.曲线运动
(1)物体作曲线运动的条件:运动质点所受的合外力(或加速度)的方向跟它的速度方向不在同一直线
(2)曲线运动的特点:质点在某一点的速度方向,就是通过该点的曲线的切线方向.质点的速度方向时刻在改变,所以曲线运动一定是变速运动.
(3)曲线运动的轨迹:做曲线运动的物体,其轨迹向合外力所指一方弯曲,若已知物体的运动轨迹,可判断出物体所受合外力的大致方向,如平抛运动的轨迹向下弯曲,圆周运动的轨迹总向圆心弯曲等.
2.运动的合成与分解
(1)合运动与分运动的关系:①等时性;②独立性;③等效性.
(2)运动的合成与分解的法则:平行四边形定则.
(3)分解原则:根据运动的实际效果分解,物体的实际运动为合运动.
3. ★★★平抛运动
(1)特点:①具有水平方向的初速度;②只受重力作用,是加速度为重力加速度g的匀变速曲线运动.
(2)运动规律:平抛运动可以分解为水平方向的匀速直线运动和竖直方向的自由落体运动.
①建立直角坐标系(一般以抛出点为坐标原点O,以初速度vo方向为x轴正方向,竖直向下为y轴正方向);
②由两个分运动规律来处理(如右图).
4.圆周运动
(1)描述圆周运动的物理量
①线速度:描述质点做圆周运动的快慢,大小v=s/t(s是t时间内通过弧长),方向为质点在圆弧某点的线速度方向沿圆弧该点的切线方向
②角速度:描述质点绕圆心转动的快慢,大小ω=φ/t(单位rad/s),φ是连接质点和圆心的半径在t时间内转过的角度.其方向在中学阶段不研究.
③周期T,频率f ---------做圆周运动的物体运动一周所用的时间叫做周期.
做圆周运动的物体单位时间内沿圆周绕圆心转过的圈数叫做频率.
⑥向心力:总是指向圆心,产生向心加速度,向心力只改变线速度的方向,不改变速度的大小.大小 〔注意〕向心力是根据力的效果命名的.在分析做圆周运动的质点受力情况时,千万不可在物体受力之外再添加一个向心力.
(2)匀速圆周运动:线速度的大小恒定,角速度、周期和频率都是恒定不变的,向心加速度和向心力的大小也都是恒定不变的,是速度大小不变而速度方向时刻在变的变速曲线运动.
(3)变速圆周运动:速度大小方向都发生变化,不仅存在着向心加速度(改变速度的方向),而且还存在着切向加速度(方向沿着轨道的切线方向,用来改变速度的大小).一般而言,合加速度方向不指向圆心,合力不一定等于向心力.合外力在指向圆心方向的分力充当向心力,产生向心加速度;合外力在切线方向的分力产生切向加速度. ①如右上图情景中,小球恰能过最高点的条件是v≥v临 v临由重力提供向心力得v临 ②如右下图情景中,小球恰能过最高点的条件是v≥0。
5★.万有引力定律
(1)万有引力定律:宇宙间的一切物体都是互相吸引的.两个物体间的引力的大小,跟它们的质量的乘积成正比,跟它们的距离的平方成反比.
公式:
(2)★★★应用万有引力定律分析天体的运动
①基本方法:把天体的运动看成是匀速圆周运动,其所需向心力由万有引力提供.即F引=F向得:
应用时可根据实际情况选用适当的公式进行分析或计算.②天体质量M、密度ρ的估算:
(3)三种宇宙速度
①第一宇宙速度:v 1 =7.9km/s,它是卫星的最小发射速度,也是地球卫星的最大环绕速度.
②第二宇宙速度(脱离速度):v 2 =11.2km/s,使物体挣脱地球引力束缚的最小发射速度.
③第三宇宙速度(逃逸速度):v 3 =16.7km/s,使物体挣脱太阳引力束缚的最小发射速度.
(4)地球同步卫星
所谓地球同步卫星,是相对于地面静止的,这种卫星位于赤道上方某一高度的稳定轨道上,且绕地球运动的周期等于地球的自转周期,即T=24h=86400s,离地面高度 同步卫星的轨道一定在赤道平面内,并且只有一条.所有同步卫星都在这条轨道上,以大小相同的线速度,角速度和周期运行着.
(5)卫星的超重和失重
“超重”是卫星进入轨道的加速上升过程和回收时的减速下降过程,此情景与“升降机”中物体超重相同.“失重”是卫星进入轨道后正常运转时,卫星上的物体完全“失重”(因为重力提供向心力),此时,在卫星上的仪器,凡是制造原理与重力有关的均不能正常使用.
1.功
(1)功的定义:力和作用在力的方向上通过的位移的乘积.是描述力对空间积累效应的物理量,是过程量.
定义式:W=F�6�1s�6�1cosθ,其中F是力,s是力的作用点位移(对地),θ是力与位移间的夹角.
(2)功的大小的计算方法:
①恒力的功可根据W=F�6�1S�6�1cosθ进行计算,本公式只适用于恒力做功.②根据W=P�6�1t,计算一段时间内平均做功. ③利用动能定理计算力的功,特别是变力所做的功.④根据功是能量转化的量度反过来可求功.
(3)摩擦力、空气阻力做功的计算:功的大小等于力和路程的乘积.
发生相对运动的两物体的这一对相互摩擦力做的总功:W=fd(d是两物体间的相对路程),且W=Q(摩擦生热)
2.功率
(1)功率的概念:功率是表示力做功快慢的物理量,是标量.求功率时一定要分清是求哪个力的功率,还要分清是求平均功率还是瞬时功率.
(2)功率的计算 ①平均功率:P=W/t(定义式) 表示时间t内的平均功率,不管是恒力做功,还是变力做功,都适用. ②瞬时功率:P=F�6�1v�6�1cosα P和v分别表示t时刻的功率和速度,α为两者间的夹角.
(3)额定功率与实际功率 : 额定功率:发动机正常工作时的最大功率. 实际功率:发动机实际输出的功率,它可以小于额定功率,但不能长时间超过额定功率.
(4)交通工具的启动问题通常说的机车的功率或发动机的功率实际是指其牵引力的功率.
①以恒定功率P启动:机车的运动过程是先作加速度减小的加速运动,后以最大速度v m=P/f 作匀速直线运动.
②以恒定牵引力F启动:机车先作匀加速运动,当功率增大到额定功率时速度为v1=P/F,而后开始作加速度减小的加速运动,最后以最大速度vm=P/f作匀速直线运动。
3.动能:物体由于运动而具有的能量叫做动能.表达式:Ek=mv2/2 (1)动能是描述物体运动状态的物理量.(2)动能和动量的区别和联系
①动能是标量,动量是矢量,动量改变,动能不一定改变;动能改变,动量一定改变.
②两者的物理意义不同:动能和功相联系,动能的变化用功来量度;动量和冲量相联系,动量的变化用冲量来量度.③两者之间的大小关系为EK=P2/2m
4. ★★★★动能定理:外力对物体所做的总功等于物体动能的变化.表达式
(1)动能定理的表达式是在物体受恒力作用且做直线运动的情况下得出的.但它也适用于变力及物体作曲线运动的情况. (2)功和动能都是标量,不能利用矢量法则分解,故动能定理无分量式.
(3)应用动能定理只考虑初、末状态,没有守恒条件的限制,也不受力的性质和物理过程的变化的影响.所以,凡涉及力和位移,而不涉及力的作用时间的动力学问题,都可以用动能定理分析和解答,而且一般都比用牛顿运动定律和机械能守恒定律简捷.
(4)当物体的运动是由几个物理过程所组成,又不需要研究过程的中间状态时,可以把这几个物理过程看作一个整体进行研究,从而避开每个运动过程的具体细节,具有过程简明、方法巧妙、运算量小等优点.
5.重力势能
(1)定义:地球上的物体具有跟它的高度有关的能量,叫做重力势能, .
①重力势能是地球和物体组成的系统共有的,而不是物体单独具有的.②重力势能的大小和零势能面的选取有关.③重力势能是标量,但有“+”、“-”之分.
(2)重力做功的特点:重力做功只决定于初、末位置间的高度差,与物体的运动路径无关.WG =mgh.
(3)做功跟重力势能改变的关系:重力做功等于重力势能增量的负值.即WG = - .
6.弹性势能:物体由于发生弹性形变而具有的能量.
★★★ 7.机械能守恒定律
(1)动能和势能(重力势能、弹性势能)统称为机械能,E=E k +E p .
(2)机械能守恒定律的内容:在只有重力(和弹簧弹力)做功的情形下,物体动能和重力势能(及弹性势能)发生相互转化,但机械能的总量保持不变. (3)机械能守恒定律的表达式
(4)系统机械能守恒的三种表示方式:
①系统初态的总机械能E 1 等于末态的总机械能E 2 ,即E1 =E2
②系统减少的总重力势能ΔE P减 等于系统增加的总动能ΔE K增 ,即ΔE P减 =ΔE K增
③若系统只有A、B两物体,则A物体减少的机械能等于B增加的机械能,ΔE A减 =ΔE B增
〔注意〕解题时究竟选取哪一种表达形式,应根据题意灵活选取;需注意的是:选用①式时,必须规定零势能参考面,而选用②式和③式时,可以不规定零势能参考面,但必须分清能量的减少量和增加量.
(5)判断机械能是否守恒的方法
①用做功来判断:分析物体或物体受力情况(包括内力和外力),明确各力做功的情况,若对物体或系统只有重力或弹簧弹力做功,没有其他力做功或其他力做功的代数和为零,则机械能守恒.
②用能量转化来判定:若物体系中只有动能和势能的相互转化而无机械能与其他形式的能的转化,则物体系统机械能守恒.
③对一些绳子突然绷紧,物体间非弹性碰撞等问题,除非题目特别说明,机械能必定不守恒,完全非弹性碰撞过程机械能也不守恒.
8.功能关系
(1)当只有重力(或弹簧弹力)做功时,物体的机械能守恒.
(2)重力对物体做的功等于物体重力势能的减少:W G =E p1 -E p2 .
(3)合外力对物体所做的功等于物体动能的变化:W 合 =E k2 -E k1 (动能定理)
(4)除了重力(或弹簧弹力)之外的力对物体所做的功等于物体机械能的变化:W F =E 2 -E 1
算出高度h的重力加速度
两个可看作质点的物体之间的万有引力,可以用以下公式计算:F=GmM/r^2,即 万有引力等于引力常量乘以两物体质量的乘积除以它们距离的平方。其中G代表引力常量,其值约为6.67×10的负11次方单位 N·m2 /kg2。为英国科学家 卡文迪许通过扭秤实验测得。
万有引力的推导:若将行星的轨道近似的看成圆形,从开普勒第二定律可得行星运动的角速度是一定的,即:
ω=2π/T(周期)
如果行星的质量是m,离太阳的距离是r,周期是T,那么由运动方程式可得,行星受到的力的作用大小为
mrω^2=mr(4π^2)/T^2
另外,由开普勒第三定律可得
r^3/T^2=常数k'
那么沿太阳方向的力为
mr(4π^2)/T^2=mk'(4π^2)/r^2
由作用力和反作用力的关系可知,太阳也受到以上相同大小的力。从太阳的角度看,
(太阳的质量M)(k'')(4π^2)/r^2
是太阳受到沿行星方向的力。因为是相同大小的力,由这两个式子比较可知,k'包含了太阳的质量M,k''包含了行星的质量m。由此可知,这两个力与两个天体质量的乘积成正比,它称为万有引力。
如果引入一个新的常数(称万有引力常数),再考虑太阳和行星的质量,以及先前得出的4·π2,那么可以表示为
万有引力=GmM/r^2
两个通常物体之间的万有引力极其微小,我们察觉不到它,可以不予考虑。比如,两个质量都是60千克的人,相距0.5米,他们之间的万有引力还不足百万分之一牛顿,而一只蚂蚁拖动细草梗的力竟是这个引力的1000倍!但是,天体系统中,由于天体的质量很大,万有引力就起着决定性的作用。在天体中质量还算很小的地球,对其他的物体的万有引力已经具有巨大的影响,它把人类、大气和所有地面物体束缚在地球上,它使月球和人造地球卫星绕地球旋转而不离去。
重力,就是由于地面附近的物体受到地球的万有引力而产生的。
任意两个物体或两个粒子间的与其质量乘积相关的吸引力。自然界中最普遍的力。简称引力,有时也称重力。在粒子物理学中则称引力相互作用和强力、弱力 、电磁力合称4种基本相互作用。引力是其中最弱的一种,两个质子间的万有引力只有它们间的电磁力的1/1035 ,质子受地球的引力也只有它在一个不强的电场1000伏/米的电磁力的1/1010。因此研究粒子间的作用或粒子 在电子显微镜和加速器中运动时,都不考虑万有引力的作用 。一般物体之间的引力也是很小的,例如两个直径为 1米的铁球 ,紧靠在一起时 , 引力也只有1.14×10^(-3)牛顿,相当于0.03克的一小滴水的重量 。但地球的质量很大,这两个铁球分别受到4×104牛顿的地球引力 。所以研究物体在地球引力场中的运动时,通常都不考虑周围其他物体的引力。天体如太阳和地球的质量都很大,乘积就更大,巨大的引力就能使庞然大物绕太阳转动。引力就成了支配天体运动的唯一的一种力。恒星的形成,在高温状态下不弥散反而逐渐收缩,最后坍缩为白矮星、中子星和黑洞 , 也都是由于引力的作用,因此引力也是促使天体演化的重要因素。
常用要有
GMm/r^2=mr(2π/t)^2=(mv^2)/r=(mv2π)/T
=mrw^2
密度=3g/4πRG(R为该星球的半径)
mg=GMm/r^2
应用变式
求天体质量(以地球质量计算为例
①知月球绕地球运动的周期T,半径r
由GMm/r^2=mr(2π/t)^2
得,M=4(π^2)(r^3)/GT^2
②知月球绕地球运动的线速度v和半径r
由GMm/r^2=(mv^2)/r,
得M=(rv^2)/G
③知月球绕地球运动的限速的v和周期T
由GMm/r^2=(mv2π)/T
得M=(2πvr^2)/TG=(Tv^3)/2πG
④知地球的半径r和地球表面的重力加速度g
由黄金代换(mg=GMm/r^2)知M=gr^2/G
做万有引力的题目 也就是简单的天体力学
记住公式是最基本的 许多题都是套公式的
非常简单
要拿高分 看下面
下面说一下需要注意的
一. 建立两种模型
确定研究对象的物理模型是解题的首要环节,运用万有引力定律也不例外,无论是自然天体(如月球、地球、太阳),还是人造天体(如飞船、卫星、空间站),也不管它多么大,首先应把它们抽象为质点模型。人造天体直接看作质点;自然天体看作球体,质量则抽象为在其球心。这样,它们之间的运动抽象为一个质点绕另一质点的匀速圆周运动。
二. 抓住两条思路
无论物体所受的重力,还是天体的运动,都跟万有引力存在着直接的因果关系,因此,万有引力定律在这些问题中的应用十分广泛。但解决问题的基本思路实质上只有两条:
思路1:利用万有引力等于重力的关系
即
思路2:利用万有引力等于向心力的关系
即
式中a是向心加速度,根据问题的条件可以用来表示。
三. 分清三对概念
1. 重力和万有引力
重力是由于地球的吸引而产生的,但它是万有引力的一个分力。在地球表面上随纬度的增大而增大。由于物体的重力和地球对该物体的万有引力差别很小,一般可认为二者大小相等。即有,此时,这个式子称为黄金代换。在解决天体运动问题时,若环绕中心星球质量M未知,可用该中心星体的半径和其表面重力加速度来表示。
2. 随地球自转的向心加速度和环绕运行的向心加速度
放于地面上的物体随地球自转所需的向心力是地球对物体的引力和地面支持力的合力提供;而环绕地球运行的卫星所需的向心力完全由地球对其的引力提供,两个向心力的数值相差很多。对应的计算方法也不同:物体随地球自转的向心加速度,T为地球的自转周期;卫星绕地球环绕运行的向心加速度,式中M为地球质量,r为卫星与地心的距离。
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答:推翻了古代人类认为的神之引力。万有引力常量 牛顿在推出万有引力定律的同时,并没能得出引力常量G的具体值。G的数值于1789年由卡文迪许利用他所发明的扭秤得出。卡文迪许的扭秤试验,不仅以实践证明了万有引力定律,同时也让此定律有了更广泛的使用价值。 卡文迪许测出的G=6.7*10^-11 N*m^2/...
答:万有引力定律的定义:任意两个质点有通过连心线方向上的力相互吸引。该引力大小与它们质量的乘积成正比与它们距离的平方成反比,与两物体的化学组成和其间介质种类无关。万有引力定律是艾萨克·牛顿在1687年于《自然哲学的数学原理》上发表的。万有引力定律的发现是近代经典物理学发展的必然结果。科学史上...
答: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。二、万有引力定律及其应用 1、万有引力...
答:②竖直方向y=1/2gt2 ③合位移S2=x2+y2=(V0t)2+(1/2gt2)2方向:与X轴夹角为αtanα=y/x=V0t/½gt2=2V0/gt 5.高一年级物理必修二知识点总结 1.万有引力定律:引力常量G=6.67×N•m2/kg2 2.适用条件:可作质点的两个物体间的相互作用;若是两个均匀的球体,r应是两...
答:具体如下;F引= F向=mw2r=mv2/r再由线速度与周期的关系得到 F引=m(2πr/T)2/r= 4π2mr/T2 F引=4π2mr/T2= 4π2(r3/T2)m/r2 F引=4π2km/r2 所以可以得出结论:太阳对行星的引力跟行星的质量成正比,跟行星到太阳的距离的二次方成反比。即:F∝m/r2 牛顿根据牛顿第三定律...
答:万有引力定律 F=GMm/r^2 1、万有引力和质量的乘积成正比、与距离的平方成反比 GMm/r^2 =ma a=GM/r^2 2、向心加速度和中心天体质量的乘积成正比、与距离的平方成反比 GMm/r^2 =mV^2/r V=(GM/r)^1/2 3、线速度和中心天体的质量的1/2次方成正比、和距离的1/2次方成反比...
答:万有引力定律 自然界中任何两个物体都是相互吸引的,引力的大小跟这两个物体的质量乘积成正比,跟它们的距离的平方成反比。F=Gm1*m2/r^2 m1,m2表示两个物体的质量(kg)r表示两个物体的距离(m)F表示两个物体的引力(N)G为引力常量,通常取G=6.67*10^-11(N*m^2/kg^2)例题 设地球质量为...
答:万有引力是由于物体具有质量而在物体之间产生的一种相互作用。它的大小和物体的质量以及两个物体之间的距离有关。物体的质量越大,它们之间的万有引力就越大;物体之间的距离越远,它们之间的万有引力就越小。若将行星的轨道近似的看成圆形,从开普勒第二定律可得行星运动的角速度是一定的,即:(T为...
答:2.胡克定律F=kX方向沿恢复形变方向k:劲度系数(N/m)X:形变量(m) 3.滑动摩擦力f=N与物体相对运动方向相反:摩擦因数N:正压力(N) 4.静摩擦力0fm与物体相对运动趋势方向相反fm为最大静摩擦力 5.万有引力F=Gm_1m_2/r2G=6.6710-11Nm2/kg2方向在它们的连线上 高一物理必修2知识点归纳 篇2 一、运动的描...