【知识点详解】
1. 行星运动定律:题目中提到了开普勒关于行星运动的描述,即行星绕太阳运行的轨道是椭圆。开普勒第一定律指出行星沿椭圆轨道运动,太阳位于椭圆的一个焦点。然而,题目中的描述错误,行星在椭圆轨道上各点的速率并不相等,速度最大的时刻发生在近日点,速度最小在远日点。
2. 万有引力定律:牛顿提出的万有引力定律适用于任何两个质点之间的引力计算,不仅限于天体之间。这个定律表明,任何两个质点都会因它们的质量而相互吸引,引力与两质点的质量乘积成正比,与它们之间的距离的平方成反比。
3. 功的概念:恒力F对物体做的功等于力的大小乘以沿力的方向的位移。在问题3中,恒力F与水平方向成θ角,因此所做的功是F乘以x乘以cosθ。
4. 向心加速度与角速度的关系:地球自转时,地球表面的点具有不同的向心加速度,这取决于它们离地轴的距离。题目中提到的A、B两点,A点离地轴更远,所以它的向心加速度较小;而B点离地轴近,向心加速度较大。
5. 平抛运动:平抛运动的物体在垂直方向上做自由落体运动,水平方向做匀速直线运动。题目中的三个物体抛出速度不同,但落地时间只取决于下落高度,与初速度在水平方向的分量无关。
6. 匀速圆周运动:两球以相同角速度绕共同轴做匀速圆周运动,摆长越长,线速度越小。因此,摆长较长的球相对于摆长较短的球会滞后。
7. 拱桥问题:汽车在拱桥顶点的速度影响其受到的支持力。当速度达到一定值时,桥顶的支持力可以为零,此时汽车仅受重力作用。题目中提到的10m/s是某个特定速度,要使支持力为零,需增加速度,答案是20m/s。
8. 弯道行驶的火车:火车转弯时,如果速度过小,内轨会受到压力;如果速度适当,内外轨都不受压力;如果速度过大,外轨会受到压力。题目中火车速度小于√𝑔𝑟𝑡𝑎𝑛𝜃,内轨会有挤压。
9. 细绳与小球的问题:小球以一定的初速度水平抛出,在最高点刚好不脱离绳子,此时绳子的拉力与重力平衡,拉力等于mg。小球在圆心等高点时,由于向心力作用,绳子的拉力大于mv^2/L。
10. 开普勒第三定律:行星公转周期的平方与其轨道半径的立方成正比,可以用来计算中心天体的质量。根据公式,太阳质量与地球质量之比是R1^3*T1^2/R2^3*T2^2。
11. 星球表面的重力加速度:由平抛运动的轨迹,可以计算出星球表面的重力加速度。题目中的数据可以用来求解星球质量、第一宇宙速度等。
12. 地球自转与人造卫星:赤道上的物体a与地球同步卫星c角速度相同,b的运转周期最短。b的轨道半径大于a,但其线速度大于a,因为b需要更大的速度来维持其轨道。
以上是对题目中涉及的物理知识的详细解释,涵盖了行星运动、万有引力、功、向心加速度、平抛运动、匀速圆周运动、拱桥问题、火车转弯、细绳与小球、开普勒定律以及地球自转和人造卫星等多个方面。