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高中一年级物理

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    宇航员在地球上用一根长0.5m细绳拴着一个小球在竖直平面内做圆周运动,用传感器测出小球在最高点时的速度大小v=3m/s及绳上的拉力F=4N。若宇航员将此小球和细绳带到某星球上,在该星球表面上让小球也在竖直平面内做圆周运动,用传感器测出小球恰过最高点时的速度大小v'=1m/s。取地球表面重力加速度g=10m/s2,空气阻力不计。求:
    (1)该小球的质量m;
    (2)该星球表面附近的重力加速度g';
    (3)已知该星球的半径与地球半径之比为R:R=1:4,求地球与该星球的第一宇宙速度之比V:V
    本题信息:2009年0110月考题物理计算题难度较难 来源:马凤霞
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本试题 “宇航员在地球上用一根长0.5m细绳拴着一个小球在竖直平面内做圆周运动,用传感器测出小球在最高点时的速度大小v=3m/s及绳上的拉力F=4N。若宇航员将此小球和细...” 主要考查您对

向心力

宇宙速度

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  • 向心力
  • 宇宙速度

向心力的定义:

在圆周运动中产生向心加速度的力。


向心力的特性:

1、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,方向总是指向圆心(与线速度方向垂直),方向时刻在变化,是一个变力。向心力可以由某个具体力提供,也可以由合力提供,还可以由分力提供。
2、轻绳模型
Ⅰ、轻绳模型的特点:
①轻绳的质量和重力不计;
②可以任意弯曲,伸长形变不计,只能产生和承受沿绳方向的拉力;
③轻绳拉力的变化不需要时间,具有突变性。

Ⅱ、轻绳模型在圆周运动中的应用
小球在绳的拉力作用下在竖直平面内做圆周运动的临界问题:
①临界条件:小球通过最高点,绳子对小球刚好没有力的作用,由重力提供向心力:

②小球能通过最高点的条件:(当时,绳子对球产生拉力)
③不能通过最高点的条件:(实际上小球还没有到最高点时,就脱离了轨道)
3、轻杆模型:
Ⅰ、轻杆模型的特点:
①轻杆的质量和重力不计;
②任意方向的形变不计,只能产生和承受各方向的拉力和压力;
③轻杆拉力和压力的变化不需要时间,具有突变性。

Ⅱ、轻杆模型在圆周运动中的应用
轻杆的一端连着一个小球在竖直平面内做圆周运动,小球通过最高点时,轻杆对小球产生弹力的情况:
①小球能通过最高点的临界条件:(N为支持力)
②当时,有(N为支持力)
③当时,有(N=0)
④当时,有(N为拉力)


知识点拨:
向心力是从力的作用效果来命名的,因为它产生指向圆心的加速度,所以称它为向心力。它不是具有确定性质的某种类型的力。相反,任何性质的力都可以作为向心力。实际上它可是某种性质的一个力,或某个力的分力,还可以是几个不同性质的力沿着半径指向圆心的合外力。对一个物体进行受力分析的时候,是不需要画向心力的,向心力是效果力。


知识拓展:
对于向心力的理解,同学们可以切身的体会一下。两个同学手拉手,甲同学原地,乙同学绕着甲同学转,甲同学给乙同学的拉力就是向心力,当拉力大于向心力的时候,乙同学向心(甲同学)运动,当拉力小于向心力的时候,乙同学做离心运动。

三种宇宙速度:



第一宇宙速度的推导:

(1)因靠近地面时,轨道半径近似等于地球半径R,卫星在轨道处所受的万有引力近似等于卫星在地球表面所受的重力.也就是说重力提供向心力
如果速度小于,那么由于重力比所需的向心力大,导致卫星掉回地面,故这也是最小的发射速度。
(2)第一宇宙速度还可用来导出v=
在卫星同绕地球运行的轨道中,地球半径是最小的轨道半径,可知此速度是最大的绕行速度。
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