高中物理 第六章 万有引力定律及应用教案 新人教版必修2.doc

万有引力定律及应用1.万有引力概念总览2.开普勒第一定律所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆的，太阳位于椭圆的一个焦点上详解：由于太阳在焦点上，行星的运动就出现了近日点和远日点3.开普勒第二定律太阳与任何一个行星的连线（矢径）在相等的时间内扫过的面积相等。详解：近日点运行速度快，远日点运行速度慢4.开普勒第三定律行星绕太阳运行轨道半长轴的立方与其公转周期的平方成正比；公式：行星绕太阳运行轨道半长轴，国际单位制单位是：行星绕太阳运行的周期，国际单位制单位是 ：比例系数，国际单位制单位是详解：注意点：1、由第三定律知道，而值只与太阳有关，与行星无关。2、行星的轨道都近似为圆，计算时可认为行星做匀速圆周运动，这时太阳在圆心上，第三定律为；3、开普勒定律不仅适用于行星，也适用于卫星。若把卫星轨道近似看成圆，第三定律公式为，这时由中心天体决定，与卫星无关。即与被环绕星体有关，被环绕星体相同，相同，所以有被环绕星体相同时，轨道半长轴的立方与其圆周运动公转周期的平方成正比。5.万有引力定律自然界中任何两个物体都是相互吸引的，引力的方向沿两物体的连线，引力的大小与这两个物体质量的乘积成正比，与这两个物体间距离的平方成反比。公式：两个物体之间的万有引力，国际单位制单位是n：万有引力常量，、：两个物体的质量，国际单位制单位是：两个物体之间的距离，国际单位制单位是详解：注意点：公式中的应为两物体质心之间的距离，在天体计算中天体的大小常常可忽略不计。特点：普遍性、相互性、客观性、宏观性（在通常情况下，万有引力非常小，只有在质量巨大的天体间或天体与天体附近的物体间，它的存在才有实际的物理意义）。6.万有引力和重力比较万有引力和重力比较：1.万有引力对物体的作用效果可以等效为一个是重力，另一个是物体随地球自转需要的向心力f向 ，如图所示，可知：地面上的物体的重力随纬度的增大而增大。故重力加速度g从赤道到两极逐渐增加。在两极：重力等于万有引力，重力加速度最大。在赤道：，故由于地球的自转角速度很小，地球的自转带来的影响很小，一般情况下认为：，这是万有引力定律应用中经常用到的“黄金代换”。重力的方向竖直向下，并不指向地心，只有在赤道和两极时，重力的方向才指向地心。万有引力的方向指向地心。2.重力随离地面高度的变化而变化当物体在高空中可忽略地球自转的作用时，重力跟万有引力相等，在地面上，在h高度处，所以，随高度的增加，重力加速度减小。详解：无7.黄金代换：万有引力常量，：被环绕星体的质量，国际单位制单位是：被环绕星体的半径，国际单位制单位是：被环绕星体表面的重力加速度，国际单位制单位是、详解：万有引力对物体的作用效果可以等效为一个是重力，另一个是物体随中心自转需要的向心力向，如图所示，由于向心力很小，在中心天体表面的物体受到中心天体的万有引力与其重力基本相等,所以8.中心天体的质量：卫星环绕中心天体的轨道半径（注意与中心天体半径的区别）； g为万有引力常量 m：被环绕天体质量 t：卫星环绕中心天体的周期详解：研究对象是环绕中心天体做圆周运动的卫星卫星圆周运动的圆轨道绕着星体，圆心在中心天体中心，轨道半径为r；对研究对象受力分析：卫星受到中心天体的万有引力作用（重力只是万有引力产生的一个效果，不再分析）；物体所受的合外力提供圆周运动所需要的向心力：所以求得中心天体的质量为9.中心天体的密度g：中心天体表面的重力加速度g：万有引力常量；r：卫星环绕中心天体的轨道半径；t：卫星环绕中心天体的运动周期r：中心天体的半径详解：天体的密度10.引力常量的发现过程引力常量的发现过程：1.牛顿：发现万有引力定律，但并未得出比例系数g；2.卡文迪许：1798年，利用扭秤测出引力常量g的值为。3、英国物理学家：1989年，改进卡文迪许扭秤后，测得4、2008年，g值修正为详解：相关方法：放大法（使用电脑学习的同学，可查看视频：/v_show/id_xmjuzndy2mtyw.html）11.人造卫星研究人造卫星的基本方法：把卫星的运动看成匀速圆周运动，其所需的向心力由卫星与中心天体之间的万有引力提供详解：1.相关公式：2.环绕速度：不同高度处的人造卫星在圆轨道上运行速度。3.大小：，其大小随半径的增大而减小。但是，由于在人造地球卫星发射过程中火箭要克服地球引力做功，增大势能，所以将卫星发射到离地球越远的轨道，在地面上所需的发射速度就越大，此时。4.发射速度：人造地球卫星的最小发射速度对应将卫星发射到近地表面运行(r=r)时的速度。5.此时发射动能全部作为绕行的功能而不需要转化为重力势能。此速度即为第一宇宙速度，此时。12.同步卫星（通讯卫星）相对地面静止，跟地球自转同步的卫星详解：1.同步卫星的轨道平面一定始终与赤道平面共面；2.同步卫星的周期一定,与地球的自转周期相同，即；3.由解得同步卫星高度h。可见：同步卫星的高度一定,距地面；4.由解得同步卫星速率v。可见：同步卫星的环绕速度一定, 13.极地卫星极地卫星：通过两极点上空，当然也应存在着与赤道平面成某一角度的圆轨道，只要圆周的圆心在地心，就可能为卫星绕地球运行的圆轨道。详解：无14.卫星环绕星体的线速度：匀速圆周运动的线速度：匀速圆周运动的轨道半径：万有引力常量，：被环绕星体的质量，国际单位制单位是详解：研究对象是环绕星体做圆周运动的物体物体圆周运动的圆轨道绕着星体，圆心在地球中心，轨道半径近似等于星球半径；对研究对象受力分析：物体受到星体的万有引力作用（重力只是万有引力产生的一个效果，不再分析）；物体所受的合外力提供圆周运动所需要的向心力：所以要使物体环绕星体表面做圆周运动的速度半径越大，速度越小，半径越小速度越大，半径，所以，所以第一宇宙速度不仅是发射的最小速度，也是环绕的最大速度。15.卫星环绕星体的角速度：匀速圆周运动的角速度：匀速圆周运动的轨道半径：万有引力常量，：被环绕星体的质量，国际单位制单位是详解：研究对象是环绕星体做圆周运动的物体物体圆周运动的圆轨道绕着星体，圆心在地球中心，轨道半径近似等于星球半径；对研究对象受力分析：物体受到星体的万有引力作用（重力只是万有引力产生的一个效果，不再分析）；物体所受的合外力提供圆周运动所需要的向心力：所以要使物体环绕星体表面做圆周运动的速度16.卫星环绕星体的周期：匀速圆周运动的周期：匀速圆周运动的轨道半径：万有引力常量，：被环绕星体的质量，国际单位制单位是详解：研究对象是环绕星体做圆周运动的物体物体圆周运动的圆轨道绕着星体（如上图所示），圆心在地球中心，轨道半径近似等于星球半径；对研究对象受力分析：物体受到星体的万有引力作用（重力只是万有引力产生的一个效果，不再分析）；物体所受的合外力提供圆周运动所需要的向心力：所以要使物体环绕星体表面做圆周运动的周期17.第一宇宙速度发射卫星的最小速度，卫星的环绕的最大速度：匀速圆周运动的线速度：匀速圆周运动的轨道半径：万有引力常量，：被环绕星体的质量，国际单位制单位是详解：在地球上的物体若以一定的初速度水平抛出，则物体做平抛运动，且离抛出点越来越远，如下图所示如果从太空看，物体的运动情况如下图，当抛出的速度足够大时，物体将环绕地球一周回到抛出点，所以物体的速度达到一定值时，物体将离开地面，贴着地球表面做圆周运动。研究对象是被抛出的物体物体圆周运动的圆轨道绕着星体（如上图所示），圆心在星体中心，轨道半径近似等于星球半径；对研究对象受力分析：物体受到星体的万有引力作用（重力只是万有引力产生的一个效果，不再分析）；物体所受的合外力提供圆周运动所需要的向心力：所以要使物体离开星体表面，发射速度至少若在地球表面，为地球质量，是地球半径18.第二宇宙速度（脱离速度）物体挣脱地球引力束缚的最小发射速度.物体绕太阳运行11.2km/s详解：范围：11.2km/sv16.7km/s19.第三宇宙速度(逃逸速度)物体挣脱太阳引力束缚的最小发射速度,物体将脱离太阳系在宇宙空间。16.7km/s详解：范围：v16.7km/s20.对太空的探索对太空的探索：1.19