高中物理曲線運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)及分類

編輯: 逍遙路 關(guān)鍵詞: 高中物理 來源: 高中學(xué)習(xí)網(wǎng)

  物體運(yùn)動(dòng)軌跡是曲線的運(yùn)動(dòng),稱為“曲線運(yùn)動(dòng)”。當(dāng)物體所受的合外力和它速度方向不在同一直線上,物體就是在做曲線運(yùn)動(dòng)。

1曲線運(yùn)動(dòng)

  1、定義:運(yùn)動(dòng)軌跡為曲線的運(yùn)動(dòng)。

  2、物體做曲線運(yùn)動(dòng)的方向:

  做曲線運(yùn)動(dòng)的物體,速度方向始終在軌跡的切線方向上,即某一點(diǎn)的瞬時(shí)速度的方向,就是通過該點(diǎn)的曲線的切線方向。

  3、曲線運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)

  由于運(yùn)動(dòng)的速度方向總沿軌跡的切線方向,又由于曲線運(yùn)動(dòng)的軌跡是曲線,所以曲線運(yùn)動(dòng)的速度方向時(shí)刻變化。即使其速度大小保持恒定,由于其方向不斷變化,所以說:曲線運(yùn)動(dòng)一定是變速運(yùn)動(dòng)。由于曲線運(yùn)動(dòng)速度一定是變化的,至少其方向總是不斷變化的,所以,做曲線運(yùn)動(dòng)的物體的加速度必不為零,所受到的合外力必不為零。

  4、曲線運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn):

  曲線運(yùn)動(dòng)的速度方向就是通過這點(diǎn)的曲線的切線方向,說明曲線運(yùn)動(dòng)是變速運(yùn)動(dòng),但變速運(yùn)動(dòng)并不一定是曲線運(yùn)動(dòng),如勻變速直線運(yùn)動(dòng)。

  5、物體做曲線運(yùn)動(dòng)的條件

  (1)物體做一般曲線運(yùn)動(dòng)的條件

  物體所受合外力(加速度)的方向與物體的速度方向不在一條直線上。

  (2)物體做平拋運(yùn)動(dòng)的條件

  物體只受重力,初速度方向?yàn)樗椒较。可推廣為物體做類平拋運(yùn)動(dòng)的條件:物體受到的恒力方向與物體的初速度方向垂直。

  (3)物體做圓周運(yùn)動(dòng)的條件

  物體受到的合外力大小不變,方向始終垂直于物體的速度方向,且合外力方向始終在同一個(gè)平面內(nèi)(即在物體圓周運(yùn)動(dòng)的軌道平面內(nèi))總之,做曲線運(yùn)動(dòng)的物體所受的合外力一定指向曲線的凹側(cè)。

  6、曲線運(yùn)動(dòng)的分類

  ⑴勻變速曲線運(yùn)動(dòng):物體在恒力作用下所做的曲線運(yùn)動(dòng),如平拋運(yùn)動(dòng)。

 、品莿蜃兯偾運(yùn)動(dòng):物體在變力(大小變、方向變或兩者均變)作用下所做的曲線運(yùn)動(dòng),如圓周運(yùn)動(dòng)。

1平拋運(yùn)動(dòng)

  1.水平方向速度:Vx=Vo

  2.豎直方向速度:Vy=gt

  3.水平方向位移:x=Vot?

  4.豎直方向位移:y=gt2/2

  5.運(yùn)動(dòng)時(shí)間t=(2y/g)1/2(通常又表示為(2h/g)1/2)

  6.合速度Vt=(Vx2+Vy2)1/2=[Vo2+(gt)2]1/2

  合速度方向與水平夾角β:tgβ=Vy/Vx=gt/V0

  7.合位移:s=(x2+y2)1/2,位移方向與水平夾角α:tgα=y/x=gt/2Vo

  8.水平方向加速度:ax=0;豎直方向加速度:ay=g

  注:(1)平拋運(yùn)動(dòng)是勻變速曲線運(yùn)動(dòng),加速度為g,通?煽醋魇撬椒较虻膭蛩僦本運(yùn)與豎直方向的自由落體運(yùn)動(dòng)的合成;

  (2)運(yùn)動(dòng)時(shí)間由下落高度h(y)決定與水平拋出速度無關(guān);

  (3)θ與β的關(guān)系為tgβ=2tgα;

  (4)在平拋運(yùn)動(dòng)中時(shí)間t是解題關(guān)鍵;

  (5)做曲線運(yùn)動(dòng)的物體必有加速度,當(dāng)速度方向與所受合力(加速度)方向不在同一直線上時(shí),物體做曲線運(yùn)動(dòng)。

1勻速圓周運(yùn)動(dòng)

  1.線速度V=s/t=2πr/T

  2.角速度ω=Φ/t=2π/T=2πf


  3.向心加速度a=V2/r=ω2r=(2π/T)2r?

  4.向心力F心=mV2/r=mω2r=mr(2π/T)2=mωv=F合

  5.周期與頻率:T=1/f?

  6.角速度與線速度的關(guān)系:V=ωr

  7.角速度與轉(zhuǎn)速的關(guān)系ω=2πn(此處頻率與轉(zhuǎn)速意義相同)

  8.主要物理量及單位:

  弧長(s):米(m);角度(Φ):弧度(rad);頻率(f):赫(Hz);周期(T):秒(s);轉(zhuǎn)速(n):r/s;半徑(r):米(m);線速度(V):m/s;角速度(ω):rad/s;向心加速度:m/s2。

  注:(1)向心力可以由某個(gè)具體力提供,也可以由合力提供,還可以由分力提供,方向始終與速度方向垂直,指向圓心;

  (2)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體,其向心力等于合力,并且向心力只改變速度的方向,不改變速度的大小,因此物體的動(dòng)能保持不變,向心力不做功,但動(dòng)量不斷改變。

1萬有引力

  1.開普勒第三定律:T2/R3=K(=4π2/GM){R:軌道半徑,T:周期,K:常量(與行星質(zhì)量無關(guān),取決于中心天體的質(zhì)量)}

  2.萬有引力定律:F=Gm1m2/r2 (G=6.67×10-11N?m2/kg2,方向在它們的連線上)

  3.天體上的重力和重力加速度:GMm/R2=mg;g=GM/R2 {R:天體半徑(m),M:天體質(zhì)量(kg)}

  4.衛(wèi)星繞行速度、角速度、周期:V=(GM/r)1/2;ω=(GM/r3)1/2;T=2π(r3/GM)1/2{M:中心天體質(zhì)量}

  5.第一(二、三)宇宙速度V1=(g地r地)1/2=(GM/r地)1/2=7.9km/s;V2=11.2km/s;V3=16.7km/s

  6.地球同步衛(wèi)星GMm/(r地+h)2=m4π2(r地+h)/T2{h≈36000km,h:距地球表面的高度,r地:地球的半徑}

  注:(1)天體運(yùn)動(dòng)所需的向心力由萬有引力提供,F向=F萬;

  (2)應(yīng)用萬有引力定律可估算天體的質(zhì)量密度等;

  (3)地球同步衛(wèi)星只能運(yùn)行于赤道上空,運(yùn)行周期和地球自轉(zhuǎn)周期相同;

  (4)衛(wèi)星軌道半徑變小時(shí),勢(shì)能變小、動(dòng)能變大、速度變大、周期變小(一同三反);

  (5)地球衛(wèi)星的最大環(huán)繞速度和最小發(fā)射速度均為7.9km/s。


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