高中物理模型

1、一.行星模型行星模型［模型概述］所謂“行星”模型指衛(wèi)星繞中心天體，或核外電子繞原子旋轉(zhuǎn)。它們隸屬圓周運(yùn)動，但涉及到力、電、能知識，屬于每年高考必考內(nèi)容。［模型要點(diǎn)］人造衛(wèi)星的運(yùn)動屬于宏觀現(xiàn)象，氫原子中電子的運(yùn)動屬于微觀現(xiàn)象，由于支配衛(wèi)星和電子運(yùn)動的力遵循平方反比律，即，故它們在物理模型上和運(yùn)動規(guī)律的描述上有相似點(diǎn)。21Fr?公式2GMmFr?122kqqFr?類似適用條件質(zhì)點(diǎn)點(diǎn)電荷都是理想模型研究對象有質(zhì)量的兩個物體帶有電荷的兩個物體類

2、似相互作用引力與引力場電場力與靜電場都是場作用方向兩質(zhì)點(diǎn)連線上兩點(diǎn)電荷的連線上相同實(shí)際應(yīng)用兩物體間的距離比物體本身線度大得多兩帶電體間的距離比帶電體本身線度大得多相同適用對象引力場靜電場不同［特別說明］一.線速度與軌道半徑的關(guān)系設(shè)地球的質(zhì)量為M，衛(wèi)星質(zhì)量為m，衛(wèi)星在半徑為r的軌道上運(yùn)行，其線速度為v，可知，從而22GMmvmrr?GMvr?設(shè)質(zhì)量為、帶電量為e的電子在第n條可能軌道上運(yùn)動，其線速度大小為v，則有，m222nnkevmrr

3、?從而21nnkevvrmr???即可見，衛(wèi)星或電子的線速度都與軌道半徑的平方根成反比二.動能與軌道半徑的關(guān)系衛(wèi)星運(yùn)動的動能，由得，氫原子核外電子運(yùn)動的動能為：22GMmvmrr?12kkGMmEErr??即，可見，在這兩類現(xiàn)象中，衛(wèi)星與電子的動能都與軌道半徑成反比212kknnkeEErr??即三.運(yùn)動周期與軌道半徑的關(guān)系對衛(wèi)星而言，，得.(同理可推導(dǎo)V、與半徑的關(guān)系。對212224mmGmrrT??232234rTTrGM???即a

4、電子仍適用)四.能量與軌道半徑的關(guān)系運(yùn)動物體能量等于其動能與勢能之和，即，在變軌問題中，從離地球較遠(yuǎn)軌道向離地球kpEEE??較近軌道運(yùn)動，萬有引力做正功，勢能減少，動能增大，總能量減少。反之呢五.地球同步衛(wèi)星1.地球同步衛(wèi)星的軌道平面：非同步人造地球衛(wèi)星其軌道平面可與地軸有任意夾角且過地心，而同步衛(wèi)星一定位于赤道的正上方2.地球同步衛(wèi)星的周期：地球同步衛(wèi)星的運(yùn)轉(zhuǎn)周期與地球自轉(zhuǎn)周期相同。3.地球同步衛(wèi)星的軌道半徑：據(jù)牛頓第二定律有與地球

5、自轉(zhuǎn)角速2300220GMmGMmrrr?????得等，這樣就引發(fā)出臨界問題、數(shù)學(xué)等諸多綜合性問題。［模型要點(diǎn)］從圓的完整性來看：完整的圓周運(yùn)動和一段圓弧運(yùn)動，即不完整的圓周運(yùn)動。無論何種問題，其重點(diǎn)均在圓心、半徑的確定上，而絕大多數(shù)的問題不是一個循環(huán)就能夠得出結(jié)果的，需要有一個從定性到定量的過程?；匦Ｐ腿浇忸}法：①畫軌跡：已知軌跡上的兩點(diǎn)位置及其中一點(diǎn)的速度方向；已知軌跡上的一點(diǎn)位置及其速度方向和另外一條速度方向線。②定圓心:(1

6、)已知入射點(diǎn)、出射點(diǎn)、入射方向和出射方向時(shí)，可通過入射點(diǎn)和出射點(diǎn)分別作垂直于入射方向和出射方向的直線，兩條直線的交點(diǎn)就是圓弧軌道的圓心(如圖甲所示，圖中P為入射點(diǎn)，M為出射點(diǎn))(2)已知入射方向、入射點(diǎn)和出射點(diǎn)的位置時(shí)，可以通過入射點(diǎn)作入射方向的垂線，連接入射點(diǎn)和出射點(diǎn)，作其中垂線，這兩條垂線的交點(diǎn)就是圓弧軌跡的圓心(如圖乙所示，P為入射點(diǎn)，M為出射點(diǎn))③找聯(lián)系：速度與軌道半徑相聯(lián)系：往往構(gòu)成一個直角三角形，可用幾何知識（勾股定理或用三

7、角函數(shù)）已知角度與圓心角相聯(lián)系：常用的結(jié)論是“一個角兩邊分別與另一個角的兩個邊垂直，兩角相等”；圓心角與速度偏向角的關(guān)系；時(shí)間與周期相聯(lián)系：(或2tT???)tRv?帶電粒子在有界磁場中運(yùn)動的幾種常見情形(1)直線邊界(進(jìn)出磁場具有對稱性，如圖所示)(2)平行邊界(存在臨界條件，如圖所示)(3)圓形邊界(沿徑向射入必沿徑向射出，如圖所示)③利用帶電粒子只受洛倫茲力時(shí)遵循的半徑及周期公式聯(lián)系［誤區(qū)點(diǎn)撥］洛倫茲力永遠(yuǎn)與速度垂直、不做功；重力

8、、電場力做功與路徑無關(guān)，只由初末位置決定，當(dāng)重力、電場力做功不為零時(shí)，粒子動能變化。因而洛倫茲力也隨速率的變化而變化，洛倫茲力的變化導(dǎo)致了所受合外力變化，從而引起加速度變化，使粒子做變加速運(yùn)動。例在如圖所示寬度范圍內(nèi)，用場強(qiáng)為E的勻強(qiáng)電場可使初速度是v0的某種正粒子偏轉(zhuǎn)θ角在同樣寬度范圍內(nèi)，若改用方向垂直于紙面向外的勻強(qiáng)磁場(圖中未畫出)，使該粒子穿過該區(qū)域，并使偏轉(zhuǎn)角也為θ(不計(jì)粒子的重力)，問：(1)勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度是多大？(2