物理：第六章《万有引力定律与航天》复习课件(新人教版必修2).ppt

万有引力定律与航天 单元复习 一、行星的运动 二、万有引力定律内容及应用 三、人造卫星及宇宙速度 本章知识结构 一、行星的运动 1. 2.开普勒三开普勒三 大定律大定律 开普勒（1571-1630） 是德国著名的天体物理 学家， 提出了著名的行 星运动三大定律。是第 谷布拉赫的接班人 开普勒第一定律（轨道定律） 所有的行星围绕太阳运动的轨道 都是椭圆，太阳处在所有椭圆的一个 焦点上。 焦点 太阳 焦点 开普勒第二定律（面积定律） 对任意一个行星来说，它与太阳 的连线在相等的时间内扫过相等的面 积。 远处速 度慢 近处速 度快 开普勒第三定律 （周期定律） 所有行星的轨道的半长轴的 三次方跟公转周期的二次方的 比值都相等。 半长轴 行星绕太阳公转 的周期 探究： 行星半长轴长轴 (x106km) 公转转周期(天 ) K值值 水星5787.97 3.361018 金星108225 3.351018 地球149365 3.311018 火星228687 3.361018 木星7784333 土星142610759 天王星286930686 海王星449560188 同步卫卫星0.04241 月球0.384427.322 结 论 k值与中心天体有关，而 与环绕天体无关 【例1】神舟六号沿半径为r的圆周绕地球运动， 其周期为T0，如果飞船要返回地面，可在轨道上 的某一点A处，将速率降低到适当数值，从而使飞 船沿着以地心为焦点的特殊椭圆轨道运动，椭圆 和地球表面在B点相切，如图所示，如果地球半径 为R0，求飞船由A点到B点所需的时间。 R R0A B 【例2】哈雷彗星最近出现的时间是1986年，天 文学家哈雷预言，这颗彗星将每隔一定时间就会 出现，请预算下一次飞近地球是哪一年？ 提供数据： （1）地球公转接近圆，彗星的运动轨道则是一 个非常扁的椭圆； （2）彗星轨道的半长轴R1约等于地球公转半径 R2的18倍。 彗星 地球 【例3】某卫星绕地飞行为椭圆形轨道， 近地点距离为 ，速度为 ，远地点 距离为 ，则速度v为多少？ 二、万有引力定律 1.内容：宇宙间的一切物体都是相互吸引的， 两个物体间的引力大小与它们的质量的乘积成 正比，跟它们距离的平方成反比。 2.公式: 3.引力常量：G=6.671011Nm2/kg2， 数值上等于两个质量均为1kg的物体相 距1m时它们之间的相互吸引力。 4.4.万有引力与重力万有引力与重力 O O1 F万 G F向 忽略地球自转可得： 【例4】设地球的质量为M，赤道半径R ，自转周期T，则地球赤道上质量为m 的物体所受重力的大小为？（式中G为 万有引力恒量） 5.5.万有引力定律的应用万有引力定律的应用 (2)“天上”：万有引力提供向心力 （1）“人间”：万有引力近似等于重 力 （3）结论： 注意： 在本章的公式运用上，应特别注意字 母的规范、大小写问题； 应区分中心天体、环绕天体； 球体半径、轨道半径等问题。 （4）估算天体的质量和密度 解题思路： 1.一般只能求出中心天体质量及密度 2.应知道球体体积公式及密度公式 3.注意黄金代换式的运用 4.注意隐含条件的使用，比如近地飞 行等，没有环绕天体可假设。 【例5】 2001年10月22日，航天局防线银河系 中心存在一个超大型黑洞，由于黑洞的强大吸 引，周围物质大量调入黑洞，假定银河系仅此 一个黑洞，已知太阳饶银河系中心匀速转动， 下列那组数据可估算出黑洞的质量（ ） A.太阳公转的周期和速度 B.太阳的质量和运行速度 C.太阳的质量和太阳到黑洞的距离 D.太阳的运行速度和太阳到黑洞的距离 AD 【例6】“黑洞”是一个密度极大的星球 ，从黑洞发出的光子，在黑洞的引力作 用下，都将被黑洞吸引回去，使光子不 能达到地球，因而地球上观察不到这种 星球，因此称之为“黑洞”。现有一光 子，沿黑洞表面出射，恰能沿黑洞做匀 速圆周运动，周期为T，则此黑洞的平均 密度（ ） 拓展：宇航员进入某行星，能不能用一只表 测定该行星的平均密度 【例7】（全国理综）中子星是恒星演 化过程的一种可能结果。它的密度很大 ，现有一中子星，观测到它的自转周期 为T=1/30s，问该中子星的最小密度应是 多少才能维持该星体的稳定，不致因自 转而瓦解？计算时星体可视为均匀球体 。（G=6.6710-11m3/Kgs2） 【例8】 （北京春招）两个星球组成 双星，它们在相互之间的万有引力作用 下，绕连线上某点作周期相同的匀速圆 周运动，现测得两星中心距离为R，其 运动周期为T，求两星的总质量。 【例9】宇航员站在一星球表面上的某高处, 以初速度V0沿水平方向抛出一个小球,经过 时间t,球落到星球表面,小球落地时的速度 大小为V.已知该星球的半径为R,引力常量为 G,求该星球的质量M。 v vo gt 解：小球做平抛运动如图，则有： 设该星球表面物体质量为 m，其重力近似等于万有 引力： 由以上两式得该星球的质量： 1 2 在地球上抛 出的物体，当 它的速度足够 大时，物体就 永远不会落到地面上，它将围绕地球旋转 ，成为一颗绕地球运动的人造地球卫星。 简称人造卫星。 人造卫星 三、人造卫星及宇宙速度 1.1.人造卫星人造卫星 2.2.人造卫星的运动规律人造卫星的运动规律 人造卫星运动近似人造卫星运动近似看做匀速看做匀速 圆周运动圆周运动，卫星运动所需要的向，卫星运动所需要的向 心力就是它所受的万有引力。即心力就是它所受的万有引力。即 ：万有引力提供向心力。万有引力提供向心力。 3.3.人造卫星的运动规律人造卫星的运动规律(“(“天上天上 ”) ) 由 4.半径与线速度、角速度、周 期 、向心加速度的关系 r增大 V减小 r增大 减小 r增大 T增大 r增大 a减小 【例10】两颗人造卫星A、B绕地球 作圆周运动，周期之比为TA：TB=1 ：8，则轨道半径之比和运动速率 之比分别为（ ） （RA：RB=1：4；VA：VB=2：1） 5.宇宙速度 (1)第一宇宙速度：V=7.9km/s (2)推导： 所以第一宇宙速度又叫最小发射速度， 最大环绕速度。 第一宇宙速度： V1=7.9km/s （ 地面附近、匀速圆周运动） V1=7.9km/s (3)第二宇宙速度：当物体的速度大于 或等于11.2km/s时，卫星就会脱离地球 的引力，不在绕地球运行。我们把这个 速度叫第二宇宙速度。达到第二宇宙速 度的物体还受到太阳的引力。 (4)第三宇宙速度：如果物体的速度等 于或大于16.7km/s，物体就摆脱了太阳 引力的束缚，飞到太阳系以外的宇宙空 间去。我们把这个速度叫第三宇宙速度 。 V1=7.9km/s 地球 V2=11.2km/s V3=16.7km/s 三、同步卫星（通讯卫星） 1.特点： 定周期（频率、转速）（与地球自转的周期相同 ，即T=24h） 定高度（到地面的距离相同，即h=3.6107m） 1.特点(轨道平面与赤道面重合) 定在赤道的正上方某点（相对于地球静止）。 定线速度大小（即V=3.1 103m/s） 定角速度（与地球自转的角速度大小） 定向心加速度大小 不同点：由于各国发射的同步 卫星质量一般不同，所以它们 受到的向心力的大小一般不同 。 卫星的几个注意的问题： 1.卫星绕地球运动的向心加速度 和物体随地球自转的向心加速度 2.环绕（运行）速度与发