科學天地
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ha_raymond
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2009 年 3 月 6 日  星期五   晴天


重力位能(重力勢) Gravitational Potential Energy 分類: 物理

重力位能(重力勢) Gravitational Potential Energy

重力是一向心力及只與受影嚮物體的距離 r有關。假設一物體被沿著 r 移動一段很小的距離Δr,連繫所作的功是

ΔW = FΔr

這一段有限距離的移位,由所作的功而獲得的位能是

U(r) = - W = -∫F dr = - GmM/r

當   r →∞, U = 0   這即是零位能。

當很多不同質量 M1,M2 ...的物體,透過萬有引力作用在一物體上,總位能的組成可看成個別位能 U1、U2 的純量總和。

U = U1 +U2 +...



應用:衛星的逃脫速率 Escape Speed of Satellite

最簡單去處理衛星運動問題的方法就是研究它的能量 E:

 

E = K.E. + P.E.
  =

一個質量為 m 的火箭在某最低速度 ve ,我們想把它由地球的萬有引力逃離水平面(地球的半徑,r = R)。當它離開地球無限遠時,它的動能是零,並且 U = 0 。所以
 

E = 0 =

 

為 ve 解決這個方程式(m 可以除掉去的),我們可以得到:

 

這是相等於 11.2 km/s,其中
G = 6.67x10-11 N m2/kg2、
M = 5.98x1024 kg 及
R = 6.37x106m 是已知的。
 
 
當某星體的質量M很大令 ve > c(光速), 便可能產生黑洞。 



2009 年 3 月 1 日  星期日   晴天


2009-03-01 分類: 未分類

3月1日又係新一個月,今日係童軍宣佈比賽的日子,我哥隊得319分,有隊得一個人比賽都高分個我地,唉!

下午,番左tennis ball,都ok!!!!!!!!



2009 年 2 月 26 日  星期四   晴天


粒子運動學 Particle Kinematics 疲倦 分類: 物理

粒子運動學 Particle Kinematics

  • 動力學(dynamics)的一部份 ,運動的數學 (maths of motion)。
  • 十分小的體積 -> 粒子(particle),可忽略旋轉運動 (neglect rotational motion)。
     

     

    * 速度 (Velocity) : (單位:米每秒 m/s)

    平均的   v = 
    瞬間的   v = 
      = = 斜率 (slope)

    *加速度 (Acceleration) :a =  (單位:米每秒平方 m/s2)



2009 年 2 月 25 日  星期三   晴天


25-02 呆滯 分類: 未分類

今日,世史測都OK易,都係冇咩事發生。



圓周運動和向心力 Circular Motion and Centripetal Force 無奈 分類: 物理

圓周運動和向心力 Circular Motion and Centripetal Force

假設一物體以不變的速率 (constant speed) V 沿著一半徑為 r 的圓形移動。在 A 點,它的瞬間速度 (instantaneous velocity) V是沿著切線 AC 和在短的時間後 Dt,在B點,它的新速度V是沿著 BD。因為方向改變 (direction changes),所以速度 (velocity) 亦改變。
 

    由 A 運轉到 B 時,所以速度的改變量是   Dv =  = 

當角度的改變 Dq 是很小時,會指向圓心 O ,所以速度的改變量(例如加速度 acceleration a) 亦因此指向圓心。

注意 a 是垂直 (perpendicular) 於瞬間的軌跡(path) s。如物體的質量是 m,那麼
      F = m a      或      F = m v2/r

是 向心力 centripetal force (例如:繩的拉力或垂直於圓形軌道的反作用力) ,它使物體保持圓週運動。

顯示向心力存在的實例:

示範短片一

示範短片二


 

從以上短片顯示,當轉動速度越大,則所需的向心力亦越大


 
例一:

 一質量為 m 的物體被一條長度 r 的繩綑著以不變的速率 v 在一垂直圓心為 O 的圓形�堬劓吽C向心力是由繩的拉力 (tension) 和重量 mg 提供。
 



活動:
1) 請觀看以下示範短片.留意黃色膠桶裡面裝有水.
2) 為什麼膠桶在最高點(A)時,裡面的水不會倒流下來?
答: 

3) 這圓周運動的半徑為1.0米,它的速率 v 最小為何值? (設 g = 9.8 m/s2)
提示: 在最高點(A)時, m v2/r = mg. 請用計算機
答: 


 
例二:

一車輛正沿著一水平半徑為 r 的傾斜圓形軌道上運行。在車輪上以水平面組成的反作用力將會提供指向軌道中心所需的向心力。


活動:
試用不同的車速及路面的弧度半徑來看看最佳的路面斜率.
車速 = 每小時  公里, 
路面的弧度半徑 =  米. 
最佳的路面斜率的角度 q  =  度 
計算機
分析:
(1) 所需的向心力由R1 及 R2 的水平分量提供:
   (R1 + R2) sinq = mv2/r
(2)  車輛的重量:
   mg = (R1 + R2) cosq 
以上兩式相除 (1)/(2) 得 tan q =  v2/(rg), 這是沒有滑軚的 條件.