福建省福鼎市第二中学高三物理一轮复习 第2、3节 万有引力定律的应用 人类对太空的不懈追求课件.ppt

第2 3节万有引力定律的应用人类对太空的不懈追求 1 了解人造卫星的有关知识 知道三个宇宙速度的含义 会推导第一宇宙速度 2 理解并掌握万有引力定律处理人造卫星的问题的思路和方法 3 知道地心说和日心说基本内容 了解人类对天体运动的认识过程是漫长和复杂的 真理是来之不易的 4 了解人类探索太空的发展过程 人造卫星上天 牛顿在1687年发表的 自然哲学的数学原理 中描述的人造地球卫星原理图 各种各样的卫星 设地球的质量为m 绕地球做匀速圆周运动的飞行器的质量为m 飞行器的速度为v 它到地心的距离为r 飞行器运动所需要的向心力由地球对它的万有引力提供 r r 推导 最小的发射速度 如果不知道地球的质量 知道地球表面的重力加速度 如何求v 解析 由 第一宇宙速度 物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度 叫第一宇宙速度 也叫地面附近的环绕速度 数值为7 9km s 当发射速度大于7 9km s 小于11 2km s 它绕地球运行的轨道不是圆 而是椭圆 第一宇宙速度是卫星发射的最小速度 第二宇宙速度 当物体的速度等于或大于11 2km s时 它就会克服地球的引力 成为围绕太阳运动的人造行星 或飞到其他行星上 我们把11 2km s叫做第二宇宙速度 第三宇宙速度 当物体的速度等于或大于16 7km s时 物体可以挣脱太阳引力的束缚 飞到太阳系以外的宇宙空间 我们把16 7km s叫做第三宇宙速度 人造卫星 普通 设 地球质量为m 地球半径为r 卫星距地面高为h 卫星质量为m 写出下列物理量的表达式 1 线速率 由 2 角速度 由 3 周期 由 人造卫星运动量与轨道半径的关系 线速率 角速度 周期 v减小 减小 t增大 h的增大 轨道半径r增大 例1 人造地球卫星的轨道半径越大 则 a 速度越小 周期越小b 速度越小 加速度越小c 加速度越小 周期越大d 角速度越小 加速度越大 bc 练习 两颗人造地球卫星质量之比m1 m2 1 2 轨道半径之比r1 r2 3 1 下列有关数据之比正确的是 a 周期之比t1 t2 3 1b 线速度之比v1 v2 3 1c 向心力之比f1 f2 1 9d 向心加速度之比a1 a2 1 9 d 预测并发现未知行星 是万有引力理论威力和价值的最生动例证 在1781年发现的第七大行星 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 这就是后来发现的第八大行星 海王星 海王星 海王星的实际轨道是由英国剑桥大学的学生亚当斯和法国年轻的天文爱好者勒维耶根据天王星的观测资料各自独立地利用万有引力定律计算出来的 预测未知天体 法国的勒维耶 英国的亚当斯 1846年9月23日晚 德国的伽勒在柏林天文台用望远镜在勒维耶预言的位置附近发现了这颗行星 海王星 柏林天文台 海王星 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耶的方法预言另一颗新行星的存在 在预言提出之后 1930年 汤博发现了太阳系的后来曾被称为第九大行星的冥王星 冥王星和它的卫星 美国宇航局 nasa 提供的冥王星 上者 与它的卫星的画面 冥王星和彗星 尽管冥王星外面太阳光已经非常的微弱 但是 黑暗寒冷的太阳系边缘依然牵动着人们的心 搜索工作从来没有停止过 美国2001年发射 并于2006至2008年访问冥王星的宇宙飞船 其实 从远古时代人们开始探究太空 而且不懈追求神秘的宇宙 不同的时期 伟大的科学家们提出自己的假说 著名的有地心说和日心说 地心说 模型 代表人物 亚里士多德 托勒密 地心说 托勒密于公元二世纪 提出了自己的宇宙结构学说 即 地心说 地心说认为地球是宇宙的中心 是静止不动的 太阳 月亮及其他的行星都绕地球运动 地心说直到16世纪才被哥白尼推翻 托勒密 日心说 模型 代表人物 哥白尼 日心说 哥白尼 哥白尼在16世纪提出了日心说 日心说认为太阳是静止不动的 地球和其他行星都绕太阳运动 1543年哥白尼的 天体运行论 出版 书中详细描述了日心说理论 1 两颗人造卫星a b绕地球做圆周运动 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 4 1 va vb 1 2ra rb 4 1 va vb 2 1c ra rb 1 4 va vb 1 2d ra rb 1 4 va vb 2 1 d 2 关于地球的第一宇宙速度 下列表述正确的是 a 第一宇宙速度又叫环绕速度b 第一宇宙速度又叫脱离速度c 第一宇宙速度跟地球的质量无关d 第一宇宙速度跟地球的半径无关 解析 第一宇宙速度又叫环绕速度 a对 b错 万有引力提供向心力 由可知第一宇宙速度与地球的质量和半径有关 c d错 答案 a 3 2009年2月11日 俄罗斯的 宇宙 2251 卫星和美国的 铱 33 卫星在西伯利亚上空约805km处发生碰撞 这是历史上首次发生的完整在轨卫星碰撞事件 碰撞过程中产生的大量碎片可能会影响太空环境 假定有甲 乙两块碎片 绕地球运动的轨道都是圆 甲的运行速率比乙的大 则下列说法中不正确的是 a 甲的运行周期一定比乙的长b 甲距地面的高度一定比乙的高c 甲的向心力一定比乙的小d 甲的加速度一定比乙的大 解析 万有引力提供碎片做圆周运动的向心力 解得因为甲的速率较大 所以甲的轨道半径小 b错误 根据周期公式可知 甲的运动周期较小 所以a错误 根据加速度公式可知甲的加速度较大 所以d正确 因甲 乙碎片质量未知 不能确定甲 乙向心力的大小关系 所以c错误 答案 d 4 据报道 我国数据中继卫星 天链一号01星 于2008年4月25日在西昌卫星发射中心发射升空 经过4次变轨控制后 于5月1日成功定点在东经77 赤道上空的同步轨道 关于成功定点后的 天链一号01星 下列说法正确的是 a 运行速度大于7 9kmb 离地面高度一定 相对地面静止c 绕地球运行的角速度比月球绕地球运行的角速度小d 向心加速度与静止在赤道上物体的向心加速度大小相等 解析 由万有引力提供向心力得 可得 即线速度v随轨道半径r的增大而减小 v 7 9km s为第一宇宙速度即围绕地球表面运行的速度 因同步卫星轨道半径比地球半径大很多 因此其线速度应小于7 9km s 故a错 因同步卫星与地球自转同步 即t 相同 因此其相对地面静止 由公式得 因g m r均为定值 因此h一定为定值 故b对 因同步卫星周期t同 24小时 月球绕地球转动周期t月 30天 即t同 t月 由公式得 同 月 故c错 同步卫星与静止在赤道上的物体具有共同的角速度 由公式a向 r 2 可得 因轨道半径不同 故其向心加速度不同 d错误 答案 b 一 三种宇宙速度1 第一宇宙速度 环绕速度 v1 是人造地球卫星的最小发射速度 也是人造地球卫星绕地球做圆周运动的最大的环绕速度 7 9km s 2