高考物理一轮复习 万有引力的应用课件 粤教版必修2.ppt

发现未知天体 基本思路 当一个已知行星的实际轨道和理论计算的轨道之间有较大的误差时 说明还有未知的天体给这个行星施加引力 理论指导实践 发现未知天体 海王星 海王星的发现 证明了万有引力的正确性 显示了万有引力对研究天体运动的重要意义 应用一 发现未知天体 海王星的发现 英国剑桥大学的学生 23岁的亚当斯 经过计算 提出了新行星存在的预言 他根据万有引力定律和天王星的真实轨道逆推 预言了新行星不同时刻所在的位置 同年 法国的勒维列也算出了同样的结果 并把预言的结果寄给了柏林天文学家加勒 当晚 1846 3 14 加勒把望远镜对准勒维列预言的位置 果然发现有一颗新的行星 就是海王星 冥王星的发现 海王星发现之后 人们发现它的轨道也与理论计算的不一致 于是几位学者用亚当斯和勒维列的方法预言另一颗新行星的存在 在预言提出之后 1930年 汤博 tombaugh 发现了这颗行星 冥王星 冥王星的实际观测轨道与理论计算的一致 所以人们确认 冥王星是太阳系最外一颗行星了 万有引力的应用 理想与现实 人造卫星和宇宙速度 发射卫星至少需要多大的速度 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 物体以怎样的速度抛出 才可以沿着地球的表面飞行 万有引力提供卫星圆周运动的向心力 g 6 37 10 11n m2 kg2 r 6 37 106 m 5 98 1024kg代入上式 得 v 7 9km s v 7 9km s 第一宇宙速度 1 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小发射速度 第一宇宙速度的另一表达式 根据地球表面物体的重力近拟等于地球对物体的万有引力可得 r越大 v越小 2 第一宇宙速度是最大环绕速度 卫星在不同轨道的环绕速度 1 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小发射速度 2 第一宇宙速度是最大环绕速度 2 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 3 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 三个宇宙速度的数值记忆法 v1 7 9km s 谐音 吃点酒 v2 11 2km s 谐音 要一点儿 v3 16 7km s 谐音 要留点吃 一个无钱的酒鬼去讨酒吃 向店家喊道 吃点酒 店家不允 酒鬼乞讨说 要一点儿 嘛 店家当时余酒不多 答道 要留点 来自己 吃 什么是地球同步卫星 所谓地球同步卫星是指相对于地面静止的人造卫星 它的周期与地球自转的周期相同 t 24h 地球同步卫星满足的条件 所有的同步卫星只能分布在赤道上方的一个确定轨道上 所有的同步卫星的轨道高度为一个定值 代入数据得 h 3 6 107 m 地球同步卫星 同步卫星为何要定点在赤道上方 分析 若同步卫星位于赤道平面外的某一点 则地球对它的万有引力f可分为一个绕地球地轴旋转的向心力f1 和一个使卫星向赤道平面运动的力f2 使卫星向赤道平面运动 卫星的轨道 赤道轨道极地轨道其他轨道 思考 对于绕地球运动的人造卫星 1 离地面越高 向心力越 2 离地面越高 线速度越 3 离地面越高 周期越 4 离地面越高 角速度越 5 离地面越高 向心加速度越 小 大 小 小 小 对地球 v1 7 9km s 环绕速度 7 9km s v 11 2km s时卫星轨道不是圆形而是椭圆 b 当v 11 2km s时 脱离地球 绕太阳 第二宇宙速度 绕太阳 也称脱离速度 c 当v 16 7km s时 脱离太阳 第三宇宙速度也称逃逸速度 小结 a 第一宇宙速度 对任何天体都适用 问题 若人造卫星绕地球作匀速圆周运动 则下列说法正确的是 a 卫星的轨道半径越大 它的运行速度越大b 卫星的轨道半径越大 它的运行速度越小c 卫星的质量一定时 轨道半径越大 它需要的向心力越大d 卫星的质量一定时 轨道半径越大 它需要的向心力越小 分析 正确答案为bd 注意事项b 运行速度是轨道上的线速度 它随着半径的增大而减小 随着半径的减小而增大 则当轨道半径为地球半径时 卫星的运行速度最大 运行速度与发射速度不一样 由于人造卫星发射过程中要克服地球引力 所以将卫星发射到离地球越远的轨道上 在地面所需的发射速度越大 则当轨道半径为地球半径时 卫星的发射速度最小 注意事项c 三种宇宙速度都是指发射速度 1 第一宇宙速度 环绕速度 v1 7 9km s 是人造卫星的最小发射速度 又是人造卫星的最大运行速度 2 第二宇宙速度 脱离速度 v2 11 2km s 使物体挣脱地球引力束缚的最小发射速度 3 第三宇宙速度 逃逸速度 v3 16 7km s 使物体挣脱太阳引力束缚的最小发射速度 注意事项d 区别赤道上随地球自转的物体 近地卫星与同步卫星 几个问题 1 人造卫星为何向东发射 2 同步卫星为何要定点在赤道上方 3 至少几颗卫星才能覆盖整个赤道 同步卫星为何要定点在赤道上方 分析 若同步卫星位于赤道平面外的某一点 则地球对它的万有引力f可分为一个绕地球地轴旋转的向心力f1 和一个使卫星向赤道平面运动的力f2 使卫星向赤道平面运动 1 返回遥感卫星2 通讯卫星3 气象卫星 我国的卫星技术及应用 几种状况下卫星特征对比 一 人造卫星 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 成为一颗人造地球卫星 简称 由此可见 人造地球卫星运行遵从的规律是 卫星绕地球做圆周运动 地球对卫星的引力就是向心力 人造卫星 设地球和卫星的质量分别为m和m 卫星到地心的距离为r 求卫星运动的线速度v 由f引 f向得到 r v m m 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速度 叫做第一宇宙