黑龙江省哈尔滨市木兰高级中学2011-2012学年高一物理课件：6.3物理万有引力定律.ppt

万有引力定律的应用万有引力定律的应用 将物体在行星表面所受到的万有引力近似看作等于物体的重 力。行星表面的加速度近似看作是由万有引力产生的。 宇宙间一切物体都是相互吸引着的，通常两个物体间的万 有引力非常微小，人们无法觉察到它，但在天体系统中，由于 天体的质量均很大，万有引力就起着决定性的作用。 此作用集中体现在如下两个方面：此作用集中体现在如下两个方面： 天体运动视为圆周运动，万有引力充当着向心力的作用。 应用时根据实际情况选用相应的公式进行分析。 万有引力定律的应用万有引力定律的应用 【注意注意】 某一高度的重力加速度g与在此高度绕行的向心加速度a 的值相同。 在中学阶段，一般把天体的椭圆运动近似为匀速圆周运动 。据此，无论是比例题（常以选择题、填空题出现）还是计算 题，均可用“万有引力提供向心力万有引力提供向心力”的动力学方程来解决。 万有引力定律的应用万有引力定律的应用 一一. .天体质量或密度的估算天体质量或密度的估算 二二. .预测未知天体预测未知天体海王星的发现海王星的发现 三三. .人造地球卫星和宇宙速度人造地球卫星和宇宙速度 应用应用万有引力定律应万有引力定律应特别掌握：特别掌握： “ “万有引力提供向心力万有引力提供向心力”的动力学方程。 万有引力定律的应用万有引力定律的应用 【例题例题】若月球围绕地球做匀速圆周运动，其周期为T，又 知月球到地心的距离为r，试求出地球的质量和密度。 【解解】万有引力提供月球圆周运动向心力 万有引力定律的应用万有引力定律的应用 测出卫星围绕天体做匀速圆周运动的半径r和周期T 一一. .天体质量或密度的估算天体质量或密度的估算 （式中r卫星轨道半径，R天体半径） （当卫星绕天体表面运动时，轨道半径r与天体半径R相等） 万有引力定律的应用万有引力定律的应用 【例题例题】把地球绕太阳公转看作是匀速圆周运动，轨道半径约 为1.51011km，已知引力常量G=6.671011 Nm2/kg2，则可估 算出太阳的质量约为 kg。 【解解】地球绕太阳运转周期:T=365246060=3.15107s 地球绕太阳做匀速圆周运动的向心力由万有引力提供。 【提示提示】解题时经常需要引用一些常数，如地球自转周期、月解题时经常需要引用一些常数，如地球自转周期、月 球公转周期等。应注意挖掘使用。球公转周期等。应注意挖掘使用。 万有引力定律的应用万有引力定律的应用 【例题例题】据美联社2002年10月7日报道，天文学家在太阳系的9 大行星之外，又发现了一颗比地球小得多的新行星，而且还测 得它绕太阳公转的周期约为288年。若把它和地球绕太阳公转 的轨道都看作圆，问它与太阳的距离约是地球与太阳距离的多 少倍？ 【答案答案】44倍 万有引力定律的应用万有引力定律的应用 二二. .预测未知天体预测未知天体海王星、冥王星的发现海王星、冥王星的发现 万有引力对研究天体运动有着重要的意义。海王星、冥 王星就是根据万有引力定律发现的。在18世纪发现的第七个 行星天王星的运动轨道，总是同根据万有引力定律计算 出来的有一定偏离。当时有人预测，肯定在其轨道外还有一 颗未发现的新星。后来，亚当斯和勒维列在预言位置的附近 找到了这颗新星(海王星)。后来，科学家利用这一原理还发 现了太阳系的第9颗行星冥王星，由此可见，万有引力 定律在天文学上的应用，有极为重要的意义。 2006年8月24日上午国际天文学联合会大会投 票决定不再将传统九大行星之一的冥王星视 为行星，而将其列入“矮行星”。大会通过的 决议规定将行星定义范围限制在太阳系之内 。规定“行星”指的是围绕太阳运转、自身引 力足以克服其刚体力而使天体呈圆球状、并 且能够清除其轨道附近其他物体的天体。这 些天体包括水星、金星、地球、火星、木星 、土星、天王星和海王星，它们都是在1900 年以前被发现的。而同样具有足够质量、呈 圆球形，但不能清除其轨道附近其他物体的 天体称为“矮行星”，冥王星所处的轨道在海 王星之外，属于太阳系外围的柯伊伯带，这 个区域一直是太阳系小行星和彗星诞生的地 方。冥王星由于其轨道与海王星的轨道相交 ，不符合新的行星定义，因此被自动降级为“ 矮行星” . 【问题问题】地面上的物体，怎样才能成为人造地球卫星呢？ 三三. .人造地球卫星和宇宙速度人造地球卫星和宇宙速度 万有引力定律的应用万有引力定律的应用 对于靠近地面的卫星，可以认为此时的 r 近似等于地球半径R， 把r用地球半径R代入，可以求出： 这就是人造地球卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动所 必须具有的最低发射速度，也是最大的运行速度，也叫做第一第一 宇宙速度宇宙速度。 【问题问题】近地面的卫星的速度是多少呢？ 万有引力定律的应用万有引力定律的应用 万有引力定律的应用万有引力定律的应用 三三. .人造地球卫星和宇宙速度人造地球卫星和宇宙速度 1. 1.卫星绕行速度、角速度、周期与半径的关系：卫星绕行速度、角速度、周期与半径的关系： （r越大，T越大） （r越大，v越小） （r越大，越小） 万有引力定律的应用万有引力定律的应用 第三宇宙速度（逃逸速度逃逸速度）：v v=16.7=16.7千米千米/ /秒秒； （卫星挣脱太阳束缚的最小发射速度） 2. 2.宇宙速度宇宙速度 第一宇宙速度（环绕速度环绕速度）：v v=7.9=7.9千米千米/ /秒秒； （地球卫星的最小发射速度，地球卫星最大的绕行速度） 第二宇宙速度（脱离速度脱离速度）：v v=11.2=11.2千米千米/ /秒秒； （卫星挣脱地球束缚变成小行星的最小发射速度） 【例题例题】人造卫星的天线偶然折断，天线将做： A.自由落体运动 B.平抛运动 C.远离地球飞向太空 D.继续和卫星一起沿轨道运转 【答案答案】 D D 万有引力定律的应用万有引力定律的应用 【答案答案】B B 万有引力定律的应用万有引力定律的应用 设地球质量为m，半径为R。人造地球卫星在圆轨道上 运行，质量为m，轨道半径为r。那么，在该轨道上做匀 速圆周运动的卫星的速度v如何推算？ 从上式可以看出: , 卫星离地心越远，它运行的速度越小！ 若v忽然增大，则r增大！ 万有引力定律的应用万有引力定律的应用 【例题例题】金星的半径是地球的0.95倍，质量为地球的0.82倍， 金星的第一宇宙速度是多大? 【解解】 设地球半径为R，金星的半径为r=0.95R，地球质量为m， 金星质量m=0.82m，地球的第一宇宙速度为7.9km/s。金星 的第一宇宙速度为v1，则： 万有引力定律的应用万有引力定律的应用 我们能否发射一颗周期为50min的卫星呢？ 不能！ 万有引力定律的应用万有引力定律的应用 万有引力定律的应用万有引力定律的应用 万有引力定律的应用万有引力定律的应用 代入数据得：h=3.6107(m) 3. 3.同步卫星同步卫星 万有引力定律的应用万有引力定律的应用 【说明说明】 1.为了同步卫星之间不互相干扰，大约3左右才能放置1颗，这 样地球的同步卫星只能有120颗。可见，空间位置也是一种资 源。 2.同步卫星主要用于通讯。要实现全球通讯，只需三颗同步卫 星即可。 中星6号 中星6号卫星(ChinaSat-6)是公司拥有的通信广播卫星 ，采用东方红3号平台，有中国空间技术研究院自行研制 生产，于1997年5月12日由长征3号甲运载火箭在西昌卫星 发射中心发射成功并定点于东经125度地球同步轨道。星 上拥有24个C频段转发器。波束覆盖中国全境，主服务