单元总览

圆周运动与万有引力概述

AP 物理 1· 5 分钟阅读 📊 占 AP 物理 1 考试总分的 8-10%

1. 单元概览

本单元由浅入深构建知识体系：从圆周运动的运动学开始，我们解释为什么匀速圆周运动仍然存在非零加速度。随后我们通过牛顿第二定律将加速度与合外力联系起来，构建一个可用于解决任何圆周运动问题的分析框架。

掌握地面圆周运动场景后，我们扩展到质量之间的引力相互作用，再将引力直接与行星、卫星绕太阳或地球等大天体的稳定轨道运动联系起来。

本单元分为4个相互关联的子主题：

定义向心加速度，包括其大小、方向，以及与线速度和半径的关系。

★★⏱ 6 min

讲解如何通过受力图分析，求解常见圆周运动场景中的合向心外力。

★★★⏱ 8 min

介绍引力的平方反比定律，以及如何计算质量之间的引力。

★★⏱ 5 min

应用圆周运动和引力原理分析稳定圆轨道。

★★★★⏱ 7 min

错误做法:

将向心外力当作作用在圆周运动物体上的额外独立力。

原因:

向心外力只是指向圆心的合外力，并不是一种新的相互作用力。

正确做法:

对所有已有的力（拉力、摩擦力、重力、支持力）求和，将它们沿圆心方向的分量等于 $m v^{2} / r$ 。

错误做法:

混淆万有引力常数 $G$ 和重力加速度 $g$ 。

原因:

$G$ 是普适常数，而 $g$ 是局部加速度，会随到大质量天体的距离变化而改变。

正确做法:

记住 $G = 6.67 \times 1 0^{- 11} Nm^{2} / kg^{2}$ ，而地球表面附近的 $g \approx 9.8 m/s^{2}$ 。

从第一个子主题「匀速圆周运动中的加速度」开始学习本单元，构建你解决所有受力分析和万有引力问题所需的基础运动学知识。学习每个子主题时，将新概念与你在之前单元中学到的牛顿定律知识联系起来。完成本单元后，你将进入下一单元学习功和能。