粤教版必修2 第3章 2、3 万有引力定律的应用 飞向太空 课件（26张）.ppt

目标定位 1 了解万有引力定律在天文学上的重要应用 2 会用万有引力定律计算天体质量 了解 称量地球质量 计算太阳质量 的基本思路 3 掌握运用万有引力定律和圆周运动知识分析天体运动问题的思路 2万有引力定律的应用3飞向太空 一 天体质量和密度的计算 mg 深度思考 1 若已知卫星绕地球运动的周期t和卫星到地心的距离r 可以计算卫星的质量吗 2 若已知地球绕太阳运动的周期t和地球到太阳的距离r 可以计算太阳的密度吗 例1 有消息称 英国曼彻斯特大学的天文学家 已经在银河系里发现一颗由曾经的庞大恒星转变而成的体积较小的行星 这颗行星完全由钻石构成 若已知万有引力常数 还需知道哪些信息可以计算该行星的质量 a 该行星表面的重力加速度及绕行星运行的卫星的轨道半径b 该行星的自转周期与星体的半径c 围绕该行星做圆周运动的卫星公转周期及运行半径d 围绕该行星做圆周运动的卫星公转周期及公转线速度答案cd 1 轨道及特点 1 轨道 赤道轨道 极地轨道及其他轨道 如图1所示 图1 2 特点 所有的轨道圆心都在地心 二 人造卫星运动问题的处理思路及规律 2 处理思路 一般行星或卫星的运动可看做 运动 所需向心力由中心天体对它的 提供 匀速圆周 万有引力 gr2 小 小 大 小 例2 可以发射一颗这样的人造卫星 使其圆轨道 a 与地球表面上某一纬线 非赤道 是共面的同心圆b 与地球表面上某一经线所决定的圆是共面的同心圆c 与地球表面上的赤道线是共面的同心圆 但卫星相对地面是静止的d 与地球表面上的赤道线是共面的同心圆 但卫星相对地面是运动的答案cd 解析人造卫星飞行时 由于地球对卫星的引力作为它做圆周运动的向心力 而这个力的方向必定指向圆心 即指向地心 故所有的人造卫星其轨道圆的圆心一定要和地球的中心重合 不能是地轴上 除地心外 的某一点 故选项a是错误的 由于地球同时绕着地轴在自转 所以卫星的轨道平面也不可能和经线所决定的平面共面 所以选项b也是错误的 相对地球表面静止的就是同步卫星 它必须在赤道线平面内 且距地面有确定的高度 而低于或高于该高度的人造卫星也是可以在赤道平面内运动的 不过由于它们的周期和地球自转的周期不相同 就会相对于地面运动 故正确选项为c d 例3 地球的两颗人造卫星质量之比m1 m2 1 2 轨道半径之比r1 r2 1 2 求 1 线速度大小之比 2 角速度之比 3 运行周期之比 4 向心力大小之比 答案见解析 1 宇宙速度的意义 1 第一宇宙速度 环绕速度 v1 km s 物体在 环绕地球做匀速圆周运动时具有的速度 2 第二宇宙速度 脱离速度 v2 km s 使物体挣脱 引力束缚的最小发射速度 3 第三宇宙速度 逃逸速度 v3 km s 使物体挣脱 引力束缚的最小发射速度 三 宇宙速度同步卫星 7 9 地面附近 11 2 地球 16 7 太阳 2 对第一宇宙速度的理解和推导 1 认识 第一宇宙速度是近地卫星的环绕速度 2 推导 对于近地人造卫星 轨道半径r近似等于地球半径r 6400km 卫星在轨道处所受的万有引力近似等于卫星在地面上所受的重力 取g 9 8m s2 则 3 理解 第一宇宙速度是人造卫星的最大环绕速度 也是最小发射速度 3 发射速度与发射轨道 1 当11 2km s v发 7 9km s时 卫星绕地球运动 其轨道是圆或椭圆 地球位于一个焦点上 且发射速度越大 椭圆的半长轴越大 2 当16 7km s v发 11 2km s时 卫星绕太阳旋转 成为太阳系的一颗 小行星 3 当v发 16 7km s时 卫星脱离太阳的引力束缚跑到太阳系以外的空间中去 4 地球同步卫星及特点 1 概念 指相对于地面静止的卫星 又叫通讯卫星 2 六个 一定 运行方向一定 同步卫星的运行方向与地球的自转方向一致 周期一定 运转周期与地球自转周期相同 t 24h 角速度一定 等于地球自转角速度 轨道平面一定 所有地球同步卫星的轨道平面均在赤道平面内 高度一定 所有同步卫星离地面高度相同 均约为36000km 速率一定 所有同步卫星的环绕速率相同 深度思考 1 不同天体的第一宇宙速度是否相同 第一宇宙速度的决定因素是什么 2 把卫星发射到更高的轨道上需要的发射速度越大还是越小 答案b 例5 关于我国发射的 亚洲一号