万有引力定律复习课件-6.4及6.5资料

万有引力定律的应用⑴将物体在行星表面所受到的万有引力近似看作等于物体的重力。行星表面的加速度近似看作是由万有引力产生的。宇宙间一切物体都是相互吸引着的，通常两个物体间的万有引力特殊微小，人们无法觉察到它，但在天体系统中，由于天体的质量均很大，万有引力就起着确定性的作用。此作用集中体现在如下两个方面：⑵天体运动视为圆周运动，万有引力充当着向心力的作用。应用时依据实际状况选用相应的公式进行分析。1/31/2023万有引力定律的应用【留意】某一高度的重力加速度g与在此高度绕行的向心加速度a的值相同。在中学阶段，一般把天体的椭圆运动近似为匀速圆周运动。据此，无论是比例题（常以选择题、填空题出现）还是计算题，均可用“万有引力供应向心力”的动力学方程来解决。1/31/2023万有引力定律的应用一.天体质量或密度的估算二.预料未知天体——海王星的发觉三.人造地球卫星和宇宙速度应用万有引力定律应特殊驾驭：“万有引力供应向心力”的动力学方程。1/31/2023万有引力定律的应用【例题】若月球围绕地球做匀速圆周运动，其周期为T，又知月球到地心的距离为r，试求出地球的质量和密度。【解】万有引力供应月球圆周运动向心力1/31/2023万有引力定律的应用——测出卫星围绕天体做匀速圆周运动的半径r和周期T一.天体质量或密度的估算（式中r——卫星轨道半径，R——天体半径）（当卫星绕天体表面运动时，轨道半径r与天体半径R相等）1/31/2023万有引力定律的应用【例题】把地球绕太阳公转看作是匀速圆周运动，轨道半径约为1.5×1011km，已知引力常量G=6.67×10－11

N·m2/kg2，则可估算出太阳的质量约为

kg。【解】地球绕太阳运转周期:T=365×24×60×60=3.15×107s地球绕太阳做匀速圆周运动的向心力由万有引力供应。【提示】解题时常常须要引用一些常数，如地球自转周期、月球公转周期等。应留意挖掘运用。1/31/2023万有引力定律的应用【例题】据美联社2002年10月7日报道，天文学家在太阳系的9大行星之外，又发觉了一颗比地球小得多的新行星，而且还测得它绕太阳公转的周期约为288年。若把它和地球绕太阳公转的轨道都看作圆，问它与太阳的距离约是地球与太阳距离的多少倍？【答案】44倍1/31/2023万有引力定律的应用二.预料未知天体——海王星、冥王星的发觉万有引力对探讨天体运动有着重要的意义。海王星、冥王星就是依据万有引力定律发觉的。在18世纪发觉的第七个行星——天王星的运动轨道，总是同依据万有引力定律计算出来的有确定偏离。当时有人预料，确定在其轨道外还有一颗未发觉的新星。后来，亚当斯和勒维列在预言位置的旁边找到了这颗新星(海王星)。后来，科学家利用这一原理还发觉了太阳系的第9颗行星——冥王星，由此可见，万有引力定律在天文学上的应用，有极为重要的意义。1/31/20232006年8月24日上午国际天文学联合会大会投票确定不再将传统九大行星之一的冥王星视为行星，而将其列入“矮行星”。大会通过的决议规定将行星定义范围限制在太阳系之内。规定“行星”指的是围绕太阳运转、自身引力足以克服其刚体力而使天体呈圆球状、并且能够清除其轨道旁边其他物体的天体。这些天体包括水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星，它们都是在1900年以前被发觉的。而同样具有足够质量、呈圆球形，但不能清除其轨道旁边其他物体的天体称为“矮行星”，冥王星所处的轨道在海王星之外，属于太阳系外围的柯伊伯带，这个区域始终是太阳系小行星和彗星诞生的地方。冥王星由于其轨道与海王星的轨道相交，不符合新的行星定义，因此被自动降级为“矮行星”.1/31/2023【问题】地面上的物体，怎样才能成为人造地球卫星呢？三.人造地球卫星和宇宙速度万有引力定律的应用1/31/2023对于靠近地面的卫星，可以认为此时的r近似等于地球半径R，把r用地球半径R代入，可以求出：这就是人造地球卫星在地面旁边绕地球做匀速圆周运动所必需具有的最低放射速度，也是最大的运行速度，也叫做第一宇宙速度。【问题】近地面的卫星的速度是多少呢？万有引力定律的应用1/31/2023万有引力定律的应用三.人造地球卫星和宇宙速度1.卫星绕行速度、角速度、周期与半径的关系：（r越大，T越大）（r越大，v越小）（r越大，ω越小）1/31/2023万有引力定律的应用③第三宇宙速度（逃逸速度）：v=16.7千米/秒；（卫星摆脱太阳束缚的最小放射速度）2.宇宙速度①第一宇宙速度（环绕速度）：v=7.9千米/秒；（地球卫星的最小放射速度，地球卫星最大的绕行速度）②其次宇宙速度（脱离速度）：v=11.2千米/秒；（卫星摆脱地球束缚变成小行星的最小放射速度）1/31/2023【例题】人造卫星的天线偶然折断，天线将做：A.自由落体运动B.平抛运动C.远离地球飞向太空D.接着和卫星一起沿轨道运转【答案】

D万有引力定律的应用1/31/2023【例题】人造卫星以地心为圆心做匀速圆周运动，下列说法正确的是：

A.半径越大，速率越大，周期越小

B.半径越大，速率越小，周期越大

C.全部卫星的角速度相同，与半径无关

D.全部卫星的速率均相同，与半径无关【答案】B万有引力定律的应用1/31/2023设地球质量为m′，半径为R。人造地球卫星在圆轨道上运行，质量为m，轨道半径为r。那么，在该轨道上做匀速圆周运动的卫星的速度v如何推算？

从上式可以看出:,卫星离地心越远，它运行的速度越小！若v突然增大，则r增大！！万有引力定律的应用1/31/2023【例题】金星的半径是地球的0.95倍，质量为地球的0.82倍，金星的第一宇宙速度是多大?【解】设地球半径为R，金星的半径为r=0.95R，地球质量为m，金星质量m’=0.82m，地球的第一宇宙速度为7.9km/s。金星的第一宇宙速度为v1，则：万有引力定律的应用1/31/2023同学们再算算，近地卫星的周期又是多少呢？我们能否放射一颗周期为50min的卫星呢？不能！！万有引力定律的应用1/31/2023万有引力定律的应用1/31/2023⑴什么是地球同步卫星？

——所谓地球同步卫星是指相对于地面静止的人造卫星，它的周期与地球自转的周期相同。T＝24h。

⑵地球同步卫星满足的条件

①全部的同步卫星只能分布在赤道上方的一个确定轨道上。

②全部的同步卫星的轨道高度为一个定值。万有引力定律的应用代入数据得：h=3.6×107(m)3.同步卫星1/31/2023万有引力定律的应用【说明】1.为了同步卫星之间不相互干扰，大约3°左右才能放置1颗，这样地球的同步卫星只能有120颗。可见，空间位置也是一种资源。2.同步卫星主要用于通讯。要实现全球通讯，只需三颗同步卫星即可。1/31/2023中星6号中星6号卫星(ChinaSat-6)是公司拥有的通信广播卫星，接受东方红3号平台，有中国空间技术探讨院自行研制生产，于1997年5月12日由长征3号甲运载火箭在西昌卫星放射中心放射成功并定点于东经125度地球同步轨道。星上拥有24个C频段转发器。波束覆盖