万有引力定律的应用复习课-ppt

万有引力定律及其应用物理复习一:开普勒行星运动三大定律所有的行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在所有椭圆的一个焦点上。开普勒第一定律（轨道定律）开普勒第二定律（面积定律）对于每一个行星而言，太阳和行星的联线在相等的时间内扫过相等的面积。开普勒第三定律（周期定律）所有行星的轨道的半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等。kTR23二:万有引力定律1、内容：自然界中任何两个物体都是相互吸引的，引力的大小跟这两个物体的质量的乘积成正比，跟它们的距离的二次方成反比。221rmmGF3、（1）r：对质点：质点间的距离均匀球可视为质点：球心间的距离2、表达式：引力常量G的测量——卡文迪许卡文迪许（2）G：引力常量；G=6.67×10-11Nm2/kg2G值的物理含义：两个质量为1kg的物体相距1m时，它们之间万有引力为6.67×10-11N212mmFrG例1.如图所示，r虽大于两球的半径，但两球的半径不能忽略，而球的质量分布均匀，大小分别为m1与m2，则两球间万有引力的大小为（）r1rr2221rmmG22121)(rrmmG22121)(rrrmmGA、B、C、D、2121rmmGD例2.关于万有引力，下列说法中正确的是：()A.在万有引力定律公式中，引力常量G是人为规定的，单位为N•kg2/m2B.一个苹果由于其质量很小，地球对苹果的万有引力远大于苹果对对地球的万有力,它受到地球的万有引力几乎可以忽略；C.当两个质量为m的物体间的距离r→0时，两个物体间的万有引力为无穷大。D.地球表面的大气层是因为万有引力的约束而存在于地球表面附近D1.两个基本思路二:万有引力定律的应用思路一：物体（m)在中心天体(M)附近时，物体所受万有引力等于重力：F引=G重mgrMmG220RgGM说明：若r=R(R为中心天体的半径）则有称为黄金代换。例4.据报道,最近在太阳系外发现了首颗“宜居”行星，其质量约为地球质量的6.4倍，其半径约为地球半径的2倍，则该行星表面的重力加速度与地球表的重力加速度之比为（）A．1.6倍B．3.2倍C．4倍D．2倍例3.已知地球表面的重力加速度为g0,卫星在距地面2R(R是地球半径)处，卫星作匀速圆周运动的向心加速度（等于重力加速度）大小为a，则a：g0为：A．1：2B.1：9C.1：4D.2：1BA[变形练习2]物体在一行星表面自由落下，第1s内下落9.8m,若该行星的半径为地球半径的一半，那么它的质量是地球的___倍。[变形练习1]一物体在地球表面重16N，它在以5m/s2的加速度加速上升的火箭中的视重为9N，则此火箭离开地球表面的距离是地球半径的（）A．1倍B．2倍C．3倍D．4倍C1/2二:万有引力定律的应用思路二：把天体的运动看成是匀速圆周运动，则有：F引=F向22223232(),,2,MmvGmammrmrrrTMGMrGMaGvTrrGMr向向例5.当人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动时，下列说法正确是：（）A．在同一轨道上，卫星质量越大，运动速度越大B．同质量的卫星，轨道半径越大，向心力越大C．轨道半径越大，运动的向心加速度越小，周期越大D．轨道半径越大，运动速度、角速度越大C22223232(),,2,MmvGmammrmrrrTMGMrGMaGvTrrGMr向向（当r=R时，v1=7.9km/s(第一宇宙速度又叫环绕速度）,v卫7.9km/s）1.卫星绕行速度、角速度、周期与半径的关系：[说明]人造地球卫星22MmvGMGmvrrr223MmGMGmrrr232224()MmrGmrTrTGM（r越大，T越大）（r越大，v越小）（r越大，ω越小）rRh（R为地球的半径，h为卫星距地面的高度）22223232(),,2,MmvGmammrmrrrTMGMrGMaGvTrrGMr向向动画（当r=R时，Tmin≈85分钟,T卫85分钟）变形练习1．已知人造地球卫星靠近地面运行时的环绕速度约为8km/s，则在离地面的高度等于地球半径处运行的速度为A．km/sB．4km/sC．8km/sD．km/s22242．设月球绕地球运动的周期为27天,则地球的同步卫星到地球中心的距离r与月球中心到地球中心的距离R之比r/R为A．1/3B．1/9C．1/27D．1/18BB变形练习3.如图所示，卫星A、B、C在相隔不远的不同轨道上，以地球为中心做匀速圆周运动，且运动方向相同，若在某个时刻恰好在同一直线上，则当卫星A转过一个周期时，下列关于三颗卫星的说法正确的是A．三颗卫星的位置仍在一条直线上B．卫星A的位置超前于B，卫星C的位置滞后于BC．卫星A的位置滞后于B，卫星C的位置超前于BD．卫星A的位置滞后于B和CB例6.两行星A、B各有一颗卫星a和b，卫星绕各自行星作匀速圆周运动的圆轨道半径之比为ra:rb=1:2；如果两行星的质量之比为MA：MB=2：1，两行星半径之比RA：RB=1：4，则两个卫星的周期之比Ta:Tb为：（）A．1：4B.4:1C.D.以上答案均不对A16:23.解决万有引力问题的两个基本思路三:小结思路一：物体（m)在中心天体(M)附近时，物体所受万有引力等于重力：F引=G重mgrMmG220RgGM黄金代换：1.开普勒三大定律2.万有引力定律思路二：把天体的运动看成是匀速圆周运动，则有：F引=F向rTmrmrvmmarMmG222224向四：求中心天体质量的几种方法．例7.利用以下数据可求出地球质量的是：①已知引力常量G、月球中心到地球中心的距离r和月球绕地球运行的周期T②已知引力常量G、地球表面的重力加速度g、地球的半径R③已知地球的第一宇宙速度V1和地球的半径R④已知引力常量G、绕地球表面飞行的卫星的周期TA.①③④B.②③C.①②D.③C作业应用二例8.利用①~④的数据可求得地球密度的是：②④四.人造地球卫星和宇宙速度7.9km/s＜v＜11.2km/s（椭圆）11.2km/s＜v＜16.7km/s（成为太阳的人造行星）v＞16.7km/s（飞出太阳系）1.卫星的发射：③第三宇宙速度（逃逸速度）：v=16.7千米/秒（卫星挣脱太阳束缚的最小发射速度）①第一宇宙速度（环绕速度）：v=7.9千米/秒（地球卫星的最小发射速度，地球卫星最大的绕行速度）②第二宇宙速度（脱离速度）：v=11.2千米/秒（卫星挣脱地球束缚变成小行星的最小发射速度）2.宇宙速度：四.人造地球卫星和宇宙速度22MmvmgGmRRvgRGMvR或例例9.9.地球半径为地球半径为RR，质量为，质量为MM，地面附近的重力，地面附近的重力加速度为加速度为gg，万有引力常量为，万有引力常量为GG，则靠近地面运转，则靠近地面运转的人造地球卫星环绕速度为（的人造地球卫星环绕速度为（））ARg.RBg.3GMCR.GMDR.2vmgmvgRR22GMmvGMmvRRRADAD9.1关于第一宇宙速度，下面说法中正确的是(）A.它是人造卫星绕地球飞行的最小速度B.它是近地圆周轨道上人造卫星的运行速度C.它是卫星在椭圆轨道上运行时在近地点的速度D.它又叫环绕速度，即绕地球做圆轨道运行的卫星的速度都是第一宇宙速度B【答案】D9.2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.继续和卫星一起沿轨道运转22MmvGMGmvrrr所有同步卫星都具有如下特点：1.周期与地球自转的周期相同。T＝24h。2.只能分布在赤道上方的一个确定轨道上。3.离地面高度h为一个定值（约36000km）。4.角速度ω与地球的自转角速度相同5.线速度v大小相等（约为3.1km/s）3.同步卫星——与地球相对静止的人造卫星同步卫星的高度22T2hRmhRMmG))(()(R4GMTh322代入上式可得：得：利用：22gRGMg'Mm'mRGＲhＦ引ＭmR4gTRh3222=35800km=3.6×107m≈5.6R2T【说明】1.为了同步卫星之间不互相干扰，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。3、极地通讯卫星、一般的通讯卫星中星6号中星6号卫星(ChinaSat-6)是公司拥有的通信广播卫星，采用东方红3号平台，有中国空间技术研究院自行研制生产，于1997年5月12日由长征3号甲运载火箭在西昌卫星发射中心发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。波束覆盖中国全境，主服务区覆盖中国大陆及台湾和海南岛，第二服务区覆盖东沙、中沙、西沙等岛屿。中星6号卫星现为邮电干线通信、专用卫星通信、临时电视节目、全国无线寻呼、会议电视、数据广播等提供传输服务。例10关于地球同步通讯卫星，下列说法中不正确的是（）A.它一定在赤道上空运行B.各国发射的这种卫星轨道半径都一样C.它运行的线速度一定小于第一宇宙速度D.它运行的线速度介于第一和第二宇宙速度之间D练习2.关于人造地球卫星及其中物体的超重和失重问题，下列说法正确的是①在发射过程中向上加速时产生超重现象②在降落过程中向下减速时产生失重现象③进入轨道时作匀速圆周运动，产生失重现象④失重是由于地球对卫星内物体的作用力减小而引起的A．①③B．②③C．①④D．②④