全国高中物理竞赛天体物理

1、第三章动量守恒定律和能量守恒定律第三章动量守恒定律和能量守恒定律3-63-6功能原理功能原理 机械能守恒定律机械能守恒定律宇宙速度宇宙速度 牛顿的牛顿的自然哲学的数学原理自然哲学的数学原理插图，抛体插图，抛体的运动轨迹取决于抛体的初速度的运动轨迹取决于抛体的初速度第三章动量守恒定律和能量守恒定律第三章动量守恒定律和能量守恒定律3-63-6功能原理功能原理 机械能守恒定律机械能守恒定律设设 地球质量地球质量 , 抛体质量抛体质量 , 地球半径地球半径 .EmERmvh1） 人造地球卫星人造地球卫星 第一宇宙速度第一宇宙速度 第一宇宙速度第一宇宙速度 ，是在地面上发射人造地球卫星，是在地面上发射人

2、造地球卫星所需的最小速度所需的最小速度 .1v第三章动量守恒定律和能量守恒定律第三章动量守恒定律和能量守恒定律3-63-6功能原理功能原理 机械能守恒定律机械能守恒定律vh2EEE2)(hRmmGhRmv由牛顿第二定律和万有引力定律得由牛顿第二定律和万有引力定律得EEGmRhv地面附近：地面附近：2EEGmmmgR2EEGmgR037.9 10 m/sEgRv（第一宇宙速度）（第一宇宙速度）第三章动量守恒定律和能量守恒定律第三章动量守恒定律和能量守恒定律3-63-6功能原理功能原理 机械能守恒定律机械能守恒定律机械能机械能2EE1()2mmEmGR vEE02GmmER EEGmRv第三章动量

3、守恒定律和能量守恒定律第三章动量守恒定律和能量守恒定律3-63-6功能原理功能原理 机械能守恒定律机械能守恒定律2） 人造行星人造行星 第二宇宙速度第二宇宙速度0 )(21pkEE22EERmmGmEvvh设设 地球质量地球质量 , 抛体质量抛体质量 , 地球半径地球半径 . EmERm 第二宇宙速度第二宇宙速度 ，是，是抛体脱离地球引力所需抛体脱离地球引力所需的最小发射速度的最小发射速度 .2vE 取抛体和地球为一系统取抛体和地球为一系统 系统机械能系统机械能 守恒守恒 .0;0, vFr当当若此时若此时则则第三章动量守恒定律和能量守恒定律第三章动量守恒定律和能量守恒定律3-63-6功能原理

4、功能原理 机械能守恒定律机械能守恒定律E21E22GmvRv第二宇宙速度第二宇宙速度0E0)(21EE22RmmGmEvvhkm/s2 .112v计算得计算得第三章动量守恒定律和能量守恒定律第三章动量守恒定律和能量守恒定律3-63-6功能原理功能原理 机械能守恒定律机械能守恒定律3） 飞出太阳系飞出太阳系 第三宇宙速度第三宇宙速度 第三宇宙速度第三宇宙速度 ，是，是抛体脱离太阳引力所需的抛体脱离太阳引力所需的最小发射速度最小发射速度 .3vvh设设 地球质量地球质量 , 抛体质量抛体质量 , 地球半径地球半径 , EmERm 太阳质量太阳质量 , 抛体与太阳相距抛体与太阳相距 . SmSR第三

5、章动量守恒定律和能量守恒定律第三章动量守恒定律和能量守恒定律3-63-6功能原理功能原理 机械能守恒定律机械能守恒定律取地球为参考系取地球为参考系,由机械能由机械能守恒得守恒得2EE2321)(21vvmRmmGm 取抛体和地球为一系统取抛体和地球为一系统，抛体抛体首先要首先要脱离脱离地球引力的束缚地球引力的束缚, 其相对于地球的速率为其相对于地球的速率为 .v 取太阳为参考系取太阳为参考系 , 抛体抛体相对于太阳的速度相对于太阳的速度为为 ，3 v地球相对于地球相对于太阳的速度太阳的速度E3vvv则则如如 与与 同向同向,有有E vvE3vvv第三章动量守恒定律和能量守恒定律第三章动量守恒定

6、律和能量守恒定律3-63-6功能原理功能原理 机械能守恒定律机械能守恒定律要要脱离太阳引力，机械能至少为零脱离太阳引力，机械能至少为零0)(21pkSS23EERmmGmEv21SS3)2(RGmv则则由于由于 与与 同向同向,则抛体与太阳的距离则抛体与太阳的距离 即为地球轨道半径即为地球轨道半径 设地球绕太阳轨道近似为一圆，设地球绕太阳轨道近似为一圆，E3v vSR则则2SSES2EERmmGRmv21SSE)(RmGv第三章动量守恒定律和能量守恒定律第三章动量守恒定律和能量守恒定律3-63-6功能原理功能原理 机械能守恒定律机械能守恒定律1 -21EE23s.4km16)2(RmGvv计算

7、得计算得第三宇宙速度第三宇宙速度2EE2321)(21vvmRmmGm取地球为参照系取地球为参照系vhE3vvv21SS)(12(RGmv计算得计算得第三章动量守恒定律和能量守恒定律第三章动量守恒定律和能量守恒定律3-63-6功能原理功能原理 机械能守恒定律机械能守恒定律vh抛抛 体体 的的 轨轨 迹迹 与与 能能 量量 的的 关关 系系0E0E 椭椭 圆圆(包括圆包括圆)km/s9 . 71v0E0E 抛物线抛物线km/s2 .112v0E0E 双曲线双曲线sm.4k16 3v第三章动量守恒定律和能量守恒定律第三章动量守恒定律和能量守恒定律3-63-6功能原理功能原理 机械能守恒定律机械能守恒定律开普勒（德国）开普勒（德国）在天文学史上，开普在天文学史上，开普勒享有勒享有“天空立法者天空立法者”的盛誉。的盛誉。开普勒观念的基础是开普勒观念的基础是日心说。日心说。16091609年和年和16191619年发表年发表了行星运动的三个定律。了行星运动的三个定律。开普勒（德国）开普勒（德国）第三章动量守恒定律和能量守恒定律第三章动量守恒定律和能量守恒定律3-63-6功能原理功能原理 机械能守恒