专题应用万有引力定律分析天体运动PPT课件

1、专题专题 运用万有引力定律分析天体运用万有引力定律分析天体运动运动 rfmrTmrmrvmmamgrMmG22222)2()2(向空表mgRMmG2根本方法：根本方法：在空中在空中(r=R+h)：在地表在地表rR：黄金代換式黄金代換式卫星mMmg表RroF引mg表mMo卫星mr某天体MROmg空不思索天体自转影响)1MG(1222rrgar空向31r3r1、中心天体质量M一定，当r增大时，a向g空、v、w、f均减小，只需T增大。留意以下问题的分析：留意以下问题的分析：r1注：注：物体随地球自转的物体随地球自转的a向向1w2 rr，其中，其中r= R cos221rrMG2212MmGMmG向向

2、，maRmaNR卫星绕地球运动的卫星绕地球运动的a a向向2 2赤道上的物体随地球自转的赤道上的物体随地球自转的a向向1比近地卫星绕地球比近地卫星绕地球运动的运动的a向向2要小得多要小得多,这是由于：这是由于：其中其中r为为m到地心的间隔。到地心的间隔。2、求中心天体质量、密度：、求中心天体质量、密度：n方法一：方法一：n即先要观测出该天体周围的某颗卫星的轨道即先要观测出该天体周围的某颗卫星的轨道半径半径r和运转周期和运转周期T。n方法二：在星球外表：方法二：在星球外表：n即先要观测出该天体的即先要观测出该天体的g表和本身半径表和本身半径R就可就可求出天体质量。求出天体质量。232224)2(

3、GTrMrTmrMmGGRgMmgRMmG22表表平均密度平均密度32332323344RGTrRGTrVM假设卫星紧贴地表运转：假设卫星紧贴地表运转： ，即只需测出其近地卫星的周期即只需测出其近地卫星的周期T，就可求，就可求出该天体的平均密度。出该天体的平均密度。23,GTRr3、宇宙速度：、宇宙速度： n注：人造卫星的发射分三个阶段：注：人造卫星的发射分三个阶段：n发射阶段：处于超重形状；漂移阶段；发射阶段：处于超重形状；漂移阶段；运转阶段：处于完全失重形状。运转阶段：处于完全失重形状。n环绕速度与发射速度：当环绕速度与发射速度：当r增大时，增大时， v环绕减小，而环绕减小，而v发射增大。

4、发射增大。nv1是最小的发射速度，同时也是最是最小的发射速度，同时也是最大的环绕速度，且这时环绕周期大的环绕速度，且这时环绕周期 skmRGMMG/9 . 7104 . 68 . 9gRvRvmmgRvmRm6121212地地地地地地地地、分钟秒8 .849 . 76400221minvRTT4、地球同步卫星：、地球同步卫星：n其特点有其特点有“五定，即：五定，即：n定周期：定周期：T=24小时小时n定轨道平面：均在赤道平面定轨道平面：均在赤道平面内否那么不会与地球同步内否那么不会与地球同步n定高度：定高度：n地球半径地球半径R和运转周期和运转周期T恒定恒定,故同步卫星轨道半径故同步卫星轨道半

5、径r恒定恒定.Rhrom同步卫星w地球MrTmrMmG22)2(表gmRmMG2kmTgRr43222102 . 44n定速度：定速度： n ，同步卫星的轨道半径同步卫星的轨道半径r和运转周期和运转周期T恒定，故恒定，故其运转的其运转的r、w也恒定。也恒定。n定点：每颗同步卫星都定点在世界卫星组织定点：每颗同步卫星都定点在世界卫星组织规定的位置上。规定的位置上。sradTskmTrv51026. 72,1 . 32接受学习要与科学探求相结合接受学习要与科学探求相结合案例：万有引力是怎样提出来的？案例：万有引力是怎样提出来的？万有引力定律发现的三个阶段万有引力定律发现的三个阶段n思想孕育阶段：万

6、有引力的提出；思想孕育阶段：万有引力的提出；n定律推演阶段：万有引力定律的推导；定律推演阶段：万有引力定律的推导；n现实与实验验证阶段；现实与实验验证阶段；万有引力的提出，序万有引力的提出，序n对行星运动问题了解得比较清楚之后，对行星运动问题了解得比较清楚之后，人们更深化地思索是什么缘由使行星绕人们更深化地思索是什么缘由使行星绕着太阳运转？着太阳运转？ n在开普勒时代有些人对此的回答是小天在开普勒时代有些人对此的回答是小天使在后面拍打翅膀，推进着行星沿轨道使在后面拍打翅膀，推进着行星沿轨道飞行。飞行。n而牛顿为代表的一些科学家那么认识到而牛顿为代表的一些科学家那么认识到太阳能够是支配行星运动的

7、那些力的渊太阳能够是支配行星运动的那些力的渊源。源。发明性思索的开端发明性思索的开端n牛顿牛顿2222岁在剑桥大学获得学士学位后，岁在剑桥大学获得学士学位后，由于瘟疫流行，回到了自家的农场。由于瘟疫流行，回到了自家的农场。n在以后的在以后的1818个月中，牛顿经过不断地思个月中，牛顿经过不断地思索和论证，奠定了万有引力实际的根底。索和论证，奠定了万有引力实际的根底。 牛顿在思索过程中得到的认识牛顿在思索过程中得到的认识n苹果下落和月球围绕地球旋转都来自于同一种苹果下落和月球围绕地球旋转都来自于同一种力，那就是地球的引力；力，那就是地球的引力；n这种引力不只存在于地球和月球之间，还存在这种引力不

8、只存在于地球和月球之间，还存在于太阳系中太阳与各行星之间以及行星与卫星于太阳系中太阳与各行星之间以及行星与卫星之间；之间；n这种引力不只限于天体，还存在于地球上的一这种引力不只限于天体，还存在于地球上的一切物体之间；切物体之间；n推而广之，宇宙间的每一对物体之间都存在这推而广之，宇宙间的每一对物体之间都存在这种引力的作用。种引力的作用。思索与交流思索与交流 ：n对于上述万有引力的概念，他有什么困对于上述万有引力的概念，他有什么困惑和看法？惑和看法？n苹果下落，为什么月球不落下？苹果下落，为什么月球不落下？n月球绕地旋转，苹果也能绕地旋转吗？月球绕地旋转，苹果也能绕地旋转吗？n为什么我们没有觉察

9、地球上物体之间有为什么我们没有觉察地球上物体之间有引力？引力？ 苹果与月球有共同之处吗？苹果与月球有共同之处吗？n牛顿对行星运动的研讨任务首先是从研牛顿对行星运动的研讨任务首先是从研讨月球轨道开场的。讨月球轨道开场的。n苹果和月球除了两者大致都是圆的以外，苹果和月球除了两者大致都是圆的以外，能够再也找不出它们一样之处，牛顿却能够再也找不出它们一样之处，牛顿却看到了它们的一样之处。看到了它们的一样之处。n下面让我们参照牛顿的研讨思绪来学习下面让我们参照牛顿的研讨思绪来学习万有引力的概念。万有引力的概念。 思索与交流：思索与交流：月球为什么不会飞出去？月球为什么不会飞出去？下落苹果 地球的引力 谁

10、说月球没有下落？谁说月球没有下落？n如下图，当一个苹果落向地面的时候，它必定如下图，当一个苹果落向地面的时候，它必定遭到地球对它的拉力作用，苹果的速度和加速遭到地球对它的拉力作用，苹果的速度和加速度的方向以及地球的引力方向，都指向地心。度的方向以及地球的引力方向，都指向地心。 n月球是绕地球做圆周运动的，它的速度方向环月球是绕地球做圆周运动的，它的速度方向环绕地球而不是指向地心。由牛顿第一定律，假绕地球而不是指向地心。由牛顿第一定律，假设月球没有遭到任何力的作用，它就坚持匀速设月球没有遭到任何力的作用，它就坚持匀速直线运动，也就是说，月球将会飞出地球图直线运动，也就是说，月球将会飞出地球图中由

11、中由A A向向B B运动。而实践上月球却是沿圆周运运动。而实践上月球却是沿圆周运动到动到C C点。使月球偏离直线运动，必需有一个点。使月球偏离直线运动，必需有一个指向地心的力作用于它，牛顿假设这个力与拉指向地心的力作用于它，牛顿假设这个力与拉苹果向下的力的来源一样，就是地球的引力。苹果向下的力的来源一样，就是地球的引力。 名人名言名人名言n当每个人都以为月亮不往下掉的时候，当每个人都以为月亮不往下掉的时候，只需牛顿这样的人才看到月亮正在往下只需牛顿这样的人才看到月亮正在往下掉。掉。n 瓦莱里瓦莱里1871-1945，法国诗，法国诗人和哲学家人和哲学家思索与交流思索与交流 ：n苹果也可以不落向地

12、面吗？苹果也可以不落向地面吗？ 牛顿的又一论证牛顿的又一论证n牛顿还从另一角度进展了论证：假牛顿还从另一角度进展了论证：假设我们程度地抛出一个物体，由于设我们程度地抛出一个物体，由于受地球引力的作用，它将沿弯曲的受地球引力的作用，它将沿弯曲的途径落向地面。途径落向地面。n假设抛出的速度越大，那么它绕过假设抛出的速度越大，那么它绕过地球外表的落点越远。可以想象，地球外表的落点越远。可以想象，抛出的速度大到一定程度，物体就抛出的速度大到一定程度，物体就会进入地球轨道而不落下。会进入地球轨道而不落下。n正是由于这样的缘由，月球虽受地正是由于这样的缘由，月球虽受地球的引力而不落到地球上。球的引力而不落

13、到地球上。 从苹果、月球与地球到天体的推行从苹果、月球与地球到天体的推行n牛顿还作出了更具有普遍性的思索。牛顿还作出了更具有普遍性的思索。n正像月球绕着地球转动一样，行星绕着正像月球绕着地球转动一样，行星绕着太阳转动，太阳对每一个行星都有引力太阳转动，太阳对每一个行星都有引力的作用。的作用。n根据牛顿第三定律，每一个行星也对太根据牛顿第三定律，每一个行星也对太阳产生引力的作用。恣意两个天体之间阳产生引力的作用。恣意两个天体之间都有引力的作用。都有引力的作用。 进一步的推行进一步的推行n引力不只限于天体之间。地球上的恣意引力不只限于天体之间。地球上的恣意两个物体之间也存在引力的作用，不过两个物体之间也存在引力的作用，不过物体之间的引力很小罢了，使他觉得不物体之间的引力很小罢了，使他觉得不到这个力的存在。到这个力的存在。n因此牛顿指出，引力是普遍万有存因此牛顿指出，引力是普遍万有存在的力在的力每个物体都吸引任何其他的每个物体都吸引任何其他的物体。物体。n这就是牛顿引力实际的中心思想。这就是牛顿引力实际的中心思想。 名人名言名人名言n在地球上摘朵花，他就挪动了最远的星在地球上摘朵花，他就挪动了最远的星球！球！n 狄拉克狄拉克天才的智力苦斗天才的智力苦斗n不要以为万有引力定律只是数学天才的逻辑演不要以为万有引力定律只是数学天才的逻辑演绎结果。正如爱因斯坦所言：绎结