陈季常跟着培训班蔡老师走到他办公桌旁,对方将一张卷子递到了他面前,并递给了他一支笔,“张老师给我推荐你,说你的实力不错,去年本来能拿奖,为了同学才放弃了名额。既然这样,这张卷子做做看。”
一看到卷子,陈季常的心情立马安定了不少,接过蔡老师递过来的笔就看起了题。
有人设想:可以在飞船从运行轨道进入返回地球程序时,借飞船需要减速的机会,发射一个小型太空探测器,从而达到节能的目的。如图所示,飞船在圆轨道Ⅰ上绕地球飞行,其轨道半径为地球半径的k倍(k大于1)。当飞船通过轨道Ⅰ的A点时,飞船上的发射装置短暂工作,将探测器沿飞船原运动方向射出,并使探测器恰能完全脱离地球的引力范围,即到达距地球无限远时的速度恰好为零,而飞船在发射探测器后沿椭圆轨道Ⅱ向前运动,其近地点B到地心的距离近似为地球半径R。以上过程中飞船和探测器的质量均可视为不变。已知地球表面的重力加速度为g。
(1)求飞船在轨道Ⅰ运动的速度大小;
(2)若规定两质点相距无限远时引力势能为零,则质量分别为M、m的两个质点相距为r时的引力势能Ep=r分之GMm,式中G为引力常量。在飞船沿轨道Ⅰ和轨道Ⅱ的运动过程,其动能和引力势能之和保持不变,探测器被射出后的运动过程中,其动能和引力势能之和也保持不变。
①求探测器刚离开飞船时的速度大小;
②已知飞船沿轨道Ⅱ运动过程中,通过A点与B点的速度大小与这两点到地心的距离成反比。根据计算结果说明为实现上述飞船和探测器的运动过程,飞船与探测器的质量之比应满足什么条件。
题目下面画着的时候飞船返回地球的图。
‘这题,有点意思。’
拿着笔的陈季常两眼发光。
第一问没什么难度,很简单的两方程联立求出大概算第一宇宙速度的答案。
陈季常拿起笔就开始写。
解:设地球质量为M,飞船质量为m,探测器质量为m’,当飞船与探测器一起绕地球做圆周运动时的速度为vo
根据万有引力定律和牛顿第二定律有(kR)²分之GM(m m’)(m m')kR分之vo²
对于地面附近的质量为mo的物体有mog=GMmo/R²
解得:vo=根号k分之gR
第一问是很简单,但这第二问就有点意思了,题目给出了一个引力势能的式子,里面小坑相当多,总之先不要慌,不要想为啥是无限远,为啥引力势能带负号,这都是做完再想的事。
首先很明显,这里动能势能和不变,机械能守恒的表达式是Ek Ep=0
所以就能把Ep带代入进去。
得到
2分之1mv²-kR分之GMm=0
就解得:V’=根号kR分之2GM=根号2vo=根号k分之2gR
第二问②继续来,首先题目给了个条件(实质是开普勒第二定律)
即RvB=kRVA
一般来说,写上这一步应该就有一分了。
然后很显然在AB两点有机械守恒。
2分之1mvB²-R分之GMm=2分之1mvA²-KR分之GMm
算到这陈季常发现这里并没有另外一个质量。
‘嗯……遇事不决列方程!’
‘能沟通这两个质量的方程,只有动量守恒方程了吧。’
想到这陈季常不自觉的点点头,继续往下写。
(m m’)vo=mvA m'v'
最后因飞船通过A点与B点的速度大小与这两点到地心的距离成反比,即RvB=kRvA
解得:m'分之m=1-根号k 1分之2分之根号2-1
“呼……”
陈季常吐了口气将笔放了下来。
“嗯,步骤都对,分数全拿,可以啊!”蔡老师看完十分欣慰的猛拍了一下陈季常的肩膀。“行了,通知你爸爸来交钱,准备过两天上课吧!”
陈季常过了蔡老师这一关,心里很是喜滋滋!
陈爸爸带着银行卡赶了过来,这一次直接刷了八千八!还真是贵呀!
两天后,这个的物理竞赛集训冲刺班正式开课了!上课时间与正常的学校上课显然是冲突的,也就是说这里来听课的学生都是放弃上学专门搞物理竞赛的。除了陈季常这样极为特殊的外,大家都是孤注一掷的打算!
讲课的都是培训机构专门请来的竞赛专家老师,今天就是熊老师,搞竞赛培训十几年了,带了至少二十个国银,八个国金!在首都也是相当有名的培训老师!
陈季常到得早,将教室的黑板擦了,又打了瓶开水放在角落里。他看讲台有些乱,顺手也整理了一遍。他在学校的培训班都这么做,已经习惯了!
熊老师在大家都到的差不多以后,才拿着一沓卷子踩点进教室。他扫了眼讲台,笑道:“哟,今儿保洁竟然这么勤快,居然连这里都惠及了。”
来的早一点,看到陈季常打扫卫生的学生,全都笑了起来,拿眼睛朝他的方向瞟。
陈季常不为所动,笑了笑,拿出笔摊开笔记本,等熊老师开始讲课。
熊老师也没追问下去,直接抓起粉笔,开始讲课。
“该看该知道的东西相信以前老师都跟你们说过了,我这就不多说了,我今天呢,就和你讲点物理竞赛里比较有趣的东西。”
说完熊老师便拿起粉笔在黑板上写了个三个字。
【大杂烩】
写完后拍了拍手开始说。
“高中物理呢,怎么考基本也不会跳出力和电,学习或者复习起来范围都很容易锁定,所以并不是很费力。”
听到这陈季常心里不禁吐槽了一句,‘这句话被那些物理渣听到怕是要吐血。’
“但是物理竞赛就完全不一样,它包含的东西非常多,有些人专精一项可以,但如果研究方向变多了,脑子就会开始乱,而物理竞赛就是那些不会乱的人才能玩的游戏。”
熊老师说完又转身在黑板上边写边说了起来。
“现代物理的研究范围实在太大了,之间互通的点也越来越少,比如搞凝聚态的不懂等离子,搞等离子的不懂黑洞,搞黑洞的不会修收音机,修收音机的不会造房子,造房子的不会放卫星,但他们学的都是物理。”
说到这熊老师用粉笔敲了敲黑板。
“而竞赛呢,就是要求你们什么都会一点。”
熊老师笑着说,“很多人觉得竞赛给他们最大的帮助就是升学和保送,其实不然,我觉得物理竞赛对于你们这些学生最大的意义就是让你们有框架,有体系的见识一遍整个当代物理学,包括工学等等。
熊老师说完又走回了讲台上继续拿起粉笔边写边说。
“如果你能表现出色,进入复赛,甚至国赛,那你将能见识一遍物理的科研是怎么样的,好了,开始今天的正题,我们从力学开始……”
在座学生基本上都是高一起就开始规范地接受物理竞赛的培训。所以老师也是按照大家都有竞赛扎实基础的前提去讲课的。
熊老师上课非常快,他不用书,脑子就像一台点读机想点哪里点哪里,看似信马由缰却又暗暗沿着一条线往下捋。
陈季常不得不全神贯注地听课。熊老师的课就是公认的,你要是没事先把书好好看一遍,上他的课绝对是折磨的典型代表。因为你会发现你完全听不懂。
一堂课一个小时,中途休息十分钟,然后继续第二堂课。类似于大学课堂的教学模式。大家一堂课下来都累得够呛,谁也没有在座位上继续看书做题,而是赶紧上厕所的上厕所,要倒水喝的赶紧去楼道尽头的开水间排队。
陈季常也起身活动,身体坐上一个小时累得很。
熊老师看了眼角落里头的开水瓶,伸手示意陈季常到他面前,关心了一句:“听得懂吗?”
陈季常点点头。这部分内容他接受起来不算困难。
熊老师“嗯”了一声,淡淡道:“听得懂就继续吧。要是听不懂也别勉强。我是奔着省一等奖带学生的。加不了分保送不了浪费这个时间干什么。当然,你要是打算出国另当别论。不过我个人认为,拿不到全国奖,简历上完全不用再写这件事。”
陈季常心道,这个残酷的世界,对学渣充满了深深的恶意啊。说的好像全国奖很好拿一样。那么少的名额,都是牛人中的牛人。
他没胆子直接跟熊老师谦虚,或者说是讲实话,只能点头称是。
熊老师看了他一眼,难得大发慈悲:“算了,你也别给自己太大的压力,不要指望自己就能拿全国奖。”
陈季常只得露出一个尴尬的微笑。老师,你真的不用如此实话实说的。
课一直上到晚上六点钟才结束。熊老师摸着肚子表示,作为生物就不要与生物本能相对抗了,赶紧吃饭去吧。
陈季常收拾好书本。熊老师过来叮嘱了一声:“保洁会过来收拾的,你把时间花在学习上。大家各司其职。”
陈季常有点儿尴尬,总觉得熊老师意有所指一样。