课件编号2196250

奥赛培训讲义《曲线运动 万有引力》

日期:2024-06-17 科目:物理 类型:高中试卷 查看:46次 大小:108590Byte 来源:二一课件通
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第三部分 曲线运动 万有引力 第一讲 基本知识介绍 一、曲线运动 1、概念、性质 2、参量特征 二、曲线运动的研究方法———运动的分解与合成 1、法则与对象 2、两种分解的思路 a、固定坐标分解(适用于匀变速曲线运动) 建立坐标的一般模式———沿加速度方向和垂直加速度方向建直角坐标;提高思想———根据解题需要建直角坐标或非直角坐标。 b、自然坐标分解(适用于变加速曲线运动) 基本常识:在考查点沿轨迹建立切向τ、法向n坐标,所有运动学矢量均沿这两个方向分解。 动力学方程,其中改变速度的大小(速率),改变速度的方向。且= m,其中ρ表示轨迹在考查点的曲率半径。定量解题一般只涉及法向动力学方程。 三、两种典型的曲线运动 1、抛体运动(类抛体运动) 关于抛体运动的分析,和新课教材“平跑运动”的分析基本相同。在坐标的选择方面,有灵活处理的余地。 2、圆周运动 匀速圆周运动的处理:运动学参量v、ω、n、a、f、T之间的关系,向心力的寻求于合成;临界问题的理解。 变速圆周运动:使用自然坐标分析法,一般只考查法向方程。 四、万有引力定律 1、定律内容 2、条件 a、基本条件 b、拓展条件:球体(密度呈球对称分布)外部空间的拓展;球体(密度呈球对称分布)内部空间的拓展———剥皮法则” c、不规则物体间的万有引力计算———分割与矢量叠加 五、开普勒三定律 天体运动的本来模式与近似模式的差距,近似处理的依据。 六、宇宙速度、天体运动 1、第一宇宙速度的常规求法 2、从能量角度求第二、第三宇宙速度 万有引力势能EP = -G 3、解天体运动的本来模式时,应了解椭圆的数学常识 第二讲 重要模型与专题 一、小船渡河 物理情形:在宽度为d的河中,水流速度v2恒定。岸边有一艘小船,保持相对河水恒定的速率v1渡河,但船头的方向可以选择。试求小船渡河的最短时间和最小位移。 模型分析:小船渡河的实际运动(相对河岸的运动)由船相对水流速度v1和水相对河岸的速度v2合成。可以设船头与河岸上游夹角为θ(即v1的方向),速度矢量合成如图1 (学生活动)用余弦定理可求v合的大小 v合= (学生活动)用正弦定理可求v合的方向。令v合与河岸下游夹角为α,则 α= arcsin 1、求渡河的时间与最短时间 由于合运动合分运动具有等时性,故渡河时间既可以根据合运动求,也可以根据分运动去求。针对这一思想,有以下两种解法 解法一: t = 其中v合可用正弦定理表达,故有 t = = 解法二: t = = = 此外,结合静力学正交分解的思想,我们也可以建立沿河岸合垂直河岸的坐标x、y,然后先将v1分解(v2无需分解),再合成,如图2所示。而且不难看出,合运动在x、y方向的分量vx和vy与v1在x、y方向的分量v1x、v1y以及v2具有以下关系 vy = v1y vx = v2 - v1x 由于合运动沿y方向的分量Sy ≡ d ,故有 解法三: t = = = t (θ)函数既已得出,我们不难得出结论 当θ= 90°时,渡河时间的最小值 tmin = (从“解法三”我们最容易理解t为什么与v2无关,故tmin也与v2无关。这个结论是意味深长的。) 2、求渡河的位移和最小位移 在上面的讨论中,小船的位移事实上已经得出,即 S合 = = = 但S合(θ)函数比较复杂,寻求S合的极小值并非易事。因此,我们可以从其它方面作一些努力。 将S合沿x、y方向分解成Sx和Sy ,因为Sy ≡ d ,要S合极小,只要Sx极小就行了。而Sx(θ)函数可以这样求——— 解法一: Sx = vxt =(v2 - v1x) =(v2 – v1cosθ) 为求极值,令cosθ= p ,则sinθ= ,再将上式两边平方、整理,得到 这是一个关于p的一元二次方程,要p有解,须满足Δ≥0 ,即 ≥ 整理得 ≥ 所以,Sxmin= ,代入Sx(θ)函数可知,此时cosθ= 最后,Smin= = d 此过程仍然比较繁复,且数学味太浓。结论得出后,我们还不难发现一个问题 ... ...

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