2019-2020学年高中物理 第3章 本章整合课件 教科版必修2

本章整合万有引力定律人类对行星运动规律的认识历程托勒密:地心说哥白尼:日心说开普勒三定律第一定律(轨道定律):椭圆轨道第二定律(面积定律):相等的时间内扫过相等的面积第三定律(周期定律):𝑟3𝑇2=𝑘牛顿:万有引力定律万有引力定律表达式:𝐹=𝐺𝑚1𝑚2𝑟2引力常量:𝐺=6.67×10-11N·m2/𝑘g2万有引力定律万有引力定律的应用天文学上的应用预测未知天体、计算彗星回归周期计算天体的质量𝐺𝑀𝑚𝑟2=𝑚𝑔⇒𝑀=𝑔𝑟2𝐺𝐺𝑀𝑚𝑟2=𝑚4π2𝑟𝑇2⇒𝑀=4π2𝑟3𝐺𝑇2人造地球卫星:𝐺𝑀𝑚𝑟2=𝑚𝑣2𝑟⇒𝑣=𝐺𝑀𝑟𝑚𝜔2𝑟⇒𝜔=𝐺𝑀𝑟3𝑚4π2𝑟𝑇2⇒𝑇=2π𝑟3𝐺𝑀宇宙速度第一宇宙速度:7.9km/s𝑣=𝐺𝑀𝑅𝑣=𝑔𝑅第二宇宙速度:11.2km/s第三宇宙速度:16.7km/s专题、易混内容辨析天体半径和卫星轨道半径的区别:天体半径(R)反映天体大小,而卫星轨道半径(r)是卫星绕天体做圆周运动的半径.一般地说r=R+h,h为卫星距天体表面的高度,只有卫星贴近天体表面运行时,才可近似认为卫星轨道半径等于天体半径赤道上物体的向心加速度与卫星的向心加速度的区别:赤道上物体受地球的万有引力作用,其中一个分力提供物体随地球自转做圆周运动的向心力,产生向心加速度a物,另一个分力为重力,即𝐺MmR2−𝑚𝑔=𝑚𝑎物(𝑅为地球半径).而卫星的向心加速度𝑎卫完全由万有引力产生,即𝐺MmR2=𝑚𝑎卫发射速度与环绕速度的区别:发射速度:指卫星脱离最后一级火箭时的速度(相当于炮弹脱离炮口时的速度)环绕速度(轨道速度):人造卫星在高空沿着圆轨道或椭圆轨道运行时的速度.若沿圆轨道运行,此时F引=F向,即𝐺Mmr2=𝑚v2r,所以𝑣=GMr第一宇宙速度(7.9km/s)是指人造卫星的最小发射速度和最大环绕速度稳定运行和变轨运行的区别:卫星绕天体稳定运行时,万有引力提供了卫星做圆周运动的向心力,由GMmr2=𝑚v2r,得𝑣=GMr,由此可知,轨道半径𝑟越大,卫星的速度越小当卫星由于某种原因,其速度v突然变化时,F引和𝑚v2r不再相等,因此就不能再根据𝑣=GMr来确定𝑟的大小.当𝐹引𝑚v2r时,卫星做近心运动,卫星轨道半径𝑟减小,线速度𝑣增大;当𝐹引𝑚v2r时,卫星做离心运动,卫星轨道半径𝑟增大,线速度𝑣减小近地卫星和同步卫星的区别:近地卫星:卫星轨道半径约为地球半径,受到的万有引力近似为重力,故有𝐺MmR2=𝑚𝑔=𝑚v2R,𝑣=GMR=gR≈7.9km/s地球同步卫星:相对于地面静止的人造卫星,它的周期T=24h.所以它只能位于赤道正上方某一确定高度h,h=GMT24𝜋23−𝑅≈3.6×104km【例题】如图所示,a、b、c是在地球大气层外圆形轨道上运行的三颗人造卫星,下列说法正确的是()A.b、c的线速度大小相等,且大于a的线速度B.b、c的向心加速度大小相等,且大于a的向心加速度C.c加速可追上同一轨道上的b,b减速可等到同一轨道上的cD.a卫星由于某种原因,轨道半径缓慢减小,其线速度将变大解析:因b、c在同一轨道上运行,故其线速度大小、加速度大小均相等.又因b、c轨道半径大于a轨道半径,由v=𝐺𝑀𝑟可知,vb=vcva,故选项A错误.由加速度a=𝐺𝑀𝑟2可知,ab=acaa,故选项B错误.当c加速时,c受的万有引力F𝑚𝑣𝑐2𝑟𝑐,故它将偏离原轨道,做离心运动;当b减速时,b受的万有引力F𝑚𝑣𝑏2𝑟𝑏,它将偏离原轨道,而离圆心越来越近.所以无论如何c也追不上b,b也等不到c,故选项C错误.对a卫星,当它的轨道半径缓慢减小时,在运行的一段较短时间内,可近似认为它的轨道半径未变,视作稳定运行,由v=𝐺𝑀𝑟可知,r减小时v逐渐增大,故选项D正确.答案:D