2.關於牛頓運動定律的試題
(1)側重研究對象的選取及受力分析的試題
(2)綜合相關知識的試題
牛頓第二定律的應用,從根本上說是已知力求運動與已知運動求力兩個方麵,因此它與運動學知識的綜合是常見的試題。同樣與之相關的功和能、衝量與動量知識也常綜合在以牛頓運動定律應用為主的試題中。
(3)人造地球衛星的環繞運動的試題
牛頓運動定律在圓周問題上的應用,是一重要應用方麵。尤其是場力提供向心力,質點(帶電粒子)作勻速圓周運動的問題,構成高考中不可缺少的試題。其中萬有引力提供向心力的人造地球衛星的環繞運動,洛侖茲力提供向心力帶電粒子的圓周運動,幾乎每年試題都有體現。
[題3]假如一作圓周運動的人造地球衛星的軌道半徑增大到原來的2倍,仍作圓周運動,則
(A)根據公式v=ωr,可知衛星運動的線速度將增大到原來的2倍
(B)根據公式F=mv2/r,可知衛星所需的向心力將減小到原來的l/2
(C)根據公式F=GMm/r2,可知地球提供的向心力將減小到原來的1/4
(D)根據上述(B)和(C)中給出的公式,可知衛星運動的線速度將減小到原來的21/2/2
[答案]C、D(1990年)
[考查目標]關於圓周運動的運動學、動力學問題及萬有引力定律的綜合考查,人造地球衛星的圓周運動。
[解答說明]根據公式討論一個物理量與另一個物理量之間的關係時,公式中其它的物理量必須是確定不變化的量。例如根據公式v=ωr討論到跟r的關係時,必須先確定ω是不變化的量。
首先要弄清人造地球衛星作勻速圓周運動的原因,是由地球對衛星的萬有引力提供的。即選項C所述的F=GMm/r2,可見衛星的軌道半徑r增大到原來的2倍,萬有引力——衛星受到的向心力減小到原來的l/4,選項C正確。
選項B是根據牛頓第二定律寫出的公式:F=mv2/r.由於向心力F=GMm/r2本身就是r的函數,式中線速度v也有待討論與r的關係,所以所得的結論是錯誤的。
根據牛頓第二定律有
mv2/r=GMm/r2或mω2r=GMm/r2
可得ω2=GM/r3
選項D正確,同時知ω也是r的函數。因此僅憑公式v=ωr就得出v跟r成正比的的結論,是錯誤的。