CAP万有引力题:高度增加一倍,为什么不能直接把距离也加倍

引力公式中的r通常指到中心的距离,不是离表面的高度。把两种长度混在一起,即使记住平方反比,也可能得到错误比例。

想结合自己的基础讨论下一步?到文末扫码联系翰林,发送“CAP引力1020”,说明年级、学习目标和目前最困惑的问题。

先把高度换成中心距离

对半径R、质量M的球对称天体,外部引力加速度模型为g(r)=GM/r²。表面对应r=R;若离表面高度h=R,则r=R+h=2R。

因此该高度的加速度为表面的1/4。若表面取9.8米/秒²,模型结果为2.45米/秒²。

不要把不同的加倍混同

如果高度从R增加到2R,中心距离是从2R变成3R,加速度比例为(2/3)²=4/9,而不是1/4。关键是公式中的量是否真的加倍。

画一个中心、表面和位置点,用两段长度标R与h,有助于避免口头理解带来的误差。

检查模型的适用位置

这里讨论球对称天体外部、忽略自转等影响的近似。不能把同一个GM/r²关系不加判断地套到天体内部,也不能据此把轨道运动解释为没有重力。

本例为原创CAP基础训练。比例计算后回到边界:r增大时引力减小,r回到R时应恢复表面结果,这些检查能快速发现反比方向错误。

延伸阅读:CAP加拿大物理竞赛力学题怎么建模?受力图、加速度与拉力训练。

带着具体问题,扫码联系翰林

正在了解项目、选择学习方向,或已经开始准备?用微信扫描下方二维码,发送“CAP引力1020”。请补充年级、所在地区、当前基础和最想解决的问题,方便沟通时直接聚焦。

微信扫码联系翰林,发送CAP引力1020咨询学习与准备问题

微信咨询学习与准备方向

电脑阅读可用微信扫码;手机阅读可点击入口,或保存二维码后在微信内识别。

官方信息与延伸资料:资料1

CAP碰撞题:动量守恒时,动能为什么仍可能减少

碰撞后两个物体粘在一起,仍可能在合适条件下应用动量守恒,但不能同时无条件应用动能守恒。先选系统和方向,再判断每条关系为什么成立。

想结合自己的基础讨论下一步?到文末扫码联系翰林,发送“CAP碰撞1019”,说明年级、学习目标和目前最困惑的问题。

把两个物体作为系统

质量2.0千克的物体以3.0米/秒沿正方向运动,撞上静止的1.0千克物体并粘在一起。假设碰撞过程该方向的外冲量可忽略。

初动量为2×3=6千克·米/秒,总质量为3千克,所以共同速度为2.0米/秒。相互作用力属于系统内部,不能在总动量方程中再重复算一次。

单独检查动能

初动能为½×2×3²=9焦,末动能为½×3×2²=6焦,减少3焦。该差额转化为形变、内能等,并不表示总能量消失。

这里守恒的是系统总动量;机械动能并没有保持不变。若先写动能守恒求速度,会得到与粘连条件不一致的结果。

关注适用条件

若地面在碰撞中提供不可忽略的水平外冲量,就需要把它计入。方向也很重要,迎面碰撞应给一方速度负号,不能把速率全相加。

本例为原创基础训练。准备CAP时,把系统边界、外冲量近似与碰撞后的约束写在方程前,有助于判断该用动量、能量,还是两者分别分析。

延伸阅读:CAP加拿大物理竞赛力学题怎么建模?受力图、加速度与拉力训练。

带着具体问题,扫码联系翰林

正在了解项目、选择学习方向,或已经开始准备?用微信扫描下方二维码,发送“CAP碰撞1019”。请补充年级、所在地区、当前基础和最想解决的问题,方便沟通时直接聚焦。

微信扫码联系翰林,发送CAP碰撞1019咨询学习与准备问题

微信咨询学习与准备方向

电脑阅读可用微信扫码;手机阅读可点击入口,或保存二维码后在微信内识别。

官方信息与延伸资料:资料1

CAP气体题:为什么温度比例一定要用开尔文

温度升高多少度,与温度变为原来的多少倍,是两个不同问题。处理理想气体比例时,需要使用绝对温度,并确认其他条件真的保持不变。

想结合自己的基础讨论下一步?到文末扫码联系翰林,发送“CAP气体1018”,说明年级、学习目标和目前最困惑的问题。

先写完整关系再约去不变量

对理想气体,pV=nRT。假设同一密闭刚性容器中的气体物质的量n不变、体积V不变,初末状态均适用该模型,则p/T=nR/V为常量。

这时p2/p1=T2/T1。若容器膨胀、漏气或发生不适合该模型的变化,就不能不加判断地使用这个比例。

用开尔文计算变化

初温300K,末温360K,压强比为360/300=1.20。末压强是初压强的1.20倍,即增加20%。若初压强100千帕,末压强为120千帕。

“变为120%”和“增加120%”不相同。把比较基准写出来,可以避免百分比语言错误。

摄氏温度差与温度比要分开

300K约为26.85℃,360K约为86.85℃。用86.85/26.85代替360/300会给出错误的压强比,因为摄氏标度的零点不是这里所需的绝对零点。

温差60K与60℃在数值上相同,但这并不意味着温度的比值也相同。差与比涉及不同的数学运算。

回到物理条件检查答案

在该模型中,固定气体量与体积时,升高温度对应压强上升。若算出压强下降,应检查是否把比例写反。若题目强调现实气体或接近相变,还需重新审视理想气体近似。

这道原创题用于练习热学建模,不提供实际加热容器的操作建议。准备CAP时,把每次比例题成立的条件写在公式旁,往往比只记结论更有帮助。

延伸阅读:CAP加拿大物理竞赛力学题怎么建模?受力图、加速度与拉力训练。

带着具体问题,扫码联系翰林

正在了解项目、选择学习方向,或已经开始准备?用微信扫描下方二维码,发送“CAP气体1018”。请补充年级、所在地区、当前基础和最想解决的问题,方便沟通时直接聚焦。

微信扫码联系翰林,发送CAP气体1018咨询学习与准备问题

微信咨询学习与准备方向

电脑阅读可用微信扫码;手机阅读可点击入口,或保存二维码后在微信内识别。

官方信息与延伸资料:资料1

在线客服
微信咨询