物理：第六章《万有引力定律与航天》复习课件(新人教版必修2)

万有引力定律与航天单元复习一、行星的运动二、万有引力定律内容及应用三、人造卫星及宇宙速度本章知识结构一、行星的运动1.2.开普勒三大定律开普勒（1571-1630）是德国著名的天体物理学家，提出了著名的行星运动三大定律。是第谷·布拉赫的接班人①开普勒第一定律（轨道定律）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。焦点太阳焦点●②开普勒第二定律（面积定律）对任意一个行星来说，它与太阳的连线在相等的时间内扫过相等的面积。远处速度慢近处速度快③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。kTa23半长轴行星绕太阳公转的周期探究：行星半长轴(x106km)公转周期(天)K值水星5787.973.36×1018金星1082253.35×1018地球1493653.31×1018火星2286873.36×1018木星7784333土星142610759天王星286930686海王星449560188同步卫星0.04241月球0.384427.322结论k值与中心天体有关，而与环绕天体无关【例1】神舟六号沿半径为r的圆周绕地球运动，其周期为T0，如果飞船要返回地面，可在轨道上的某一点A处，将速率降低到适当数值，从而使飞船沿着以地心为焦点的特殊椭圆轨道运动，椭圆和地球表面在B点相切，如图所示，如果地球半径为R0，求飞船由A点到B点所需的时间。RR0AB【例2】哈雷彗星最近出现的时间是1986年，天文学家哈雷预言，这颗彗星将每隔一定时间就会出现，请预算下一次飞近地球是哪一年？提供数据：（1）地球公转接近圆，彗星的运动轨道则是一个非常扁的椭圆；（2）彗星轨道的半长轴R1约等于地球公转半径R2的18倍。彗星地球【例3】某卫星绕地飞行为椭圆形轨道，近地点距离为，速度为，远地点距离为，则速度v为多少？二、万有引力定律1.内容：宇宙间的一切物体都是相互吸引的，两个物体间的引力大小与它们的质量的乘积成正比，跟它们距离的平方成反比。2.公式:3.引力常量：G=6.67×10－11Nm2/kg2，数值上等于两个质量均为1kg的物体相距1m时它们之间的相互吸引力。4.万有引力与重力OO1F万GF向忽略地球自转可得：【例4】设地球的质量为M，赤道半径R，自转周期T，则地球赤道上质量为m的物体所受重力的大小为？（式中G为万有引力恒量）2GMgR黄代换：＝金2Mma=mmFGr222v2＝=mr=mrrT一条龙：5.万有引力定律的应用(2)“天上”：万有引力提供向心力（1）“人间”：万有引力近似等于重力332T=2.GMGMGMrMvaGrrr，，，（3）结论：注意：①在本章的公式运用上，应特别注意字母的规范、大小写问题；②应区分中心天体、环绕天体；③球体半径、轨道半径等问题。（4）估算天体的质量和密度解题思路：1.一般只能求出中心天体质量及密度2.应知道球体体积公式及密度公式3.注意黄金代换式的运用4.注意隐含条件的使用，比如近地飞行等，没有环绕天体可假设。【例5】2001年10月22日，航天局防线银河系中心存在一个超大型黑洞，由于黑洞的强大吸引，周围物质大量调入黑洞，假定银河系仅此一个黑洞，已知太阳饶银河系中心匀速转动，下列那组数据可估算出黑洞的质量（）A.太阳公转的周期和速度B.太阳的质量和运行速度C.太阳的质量和太阳到黑洞的距离D.太阳的运行速度和太阳到黑洞的距离AD【例6】“黑洞”是一个密度极大的星球，从黑洞发出的光子，在黑洞的引力作用下，都将被黑洞吸引回去，使光子不能达到地球，因而地球上观察不到这种星球，因此称之为“黑洞”。现有一光子，沿黑洞表面出射，恰能沿黑洞做匀速圆周运动，周期为T，则此黑洞的平均密度（）拓展：宇航员进入某行星，能不能用一只表测定该行星的平均密度23GT【例7】（全国理综）中子星是恒星演化过程的一种可能结果。它的密度很大，现有一中子星，观测到它的自转周期为T=1/30s，问该中子星的最小密度应是多少才能维持该星体的稳定，不致因自转而瓦解？计算时星体可视为均匀球体。（G=6.67×10-11m3/Kg·s2）【例8】（北京春招）两个星球组成双星，它们在相互之间的万有引力作用下，绕连线上某点作周期相同的匀速圆周运动，现测得两星中心距离为R，其运动周期为T，求两星的总质量。【例9】宇航员站在一星球表面上的某高处,以初速度V0沿水平方向抛出一个小球,经过时间t,球落到星球表面,小球落地时的速度大小为V.已知该星球的半径为R,引力常量为G,求该星球的质量M。vvogt解：小球做平抛运动如图，则有：220vvgt设该星球表面物体质量为m，其重力近似等于万有引力：2MmmgGR由以上两式得该星球的质量：2220vvRMGt12在地球上抛出的物体，当它的速度足够大时，物体就永远不会落到地面上，它将围绕地球旋转，成为一颗绕地球运动的人造地球卫星。简称人造卫星。人造卫星三、人造卫星及宇宙速度1.人造卫星2.人造卫星的运动规律人造卫星运动近似看做匀速圆周运动，卫星运动所需要的向心力就是它所受的万有引力。即：万有引力提供向心力。3.人造卫星的运动规律(“天上”)rTmrmrvmrGMm2222)2(由332T=2.GMGMGMrMvaGrrr，，，4.半径与线速度、角速度、周期、向心加速度的关系【例10】两颗人造卫星A、B绕地球作圆周运动，周期之比为TA：TB=1：8，则轨道半径之比和运动速率之比分别为（）（RA：RB=1：4；VA：VB=2：1）5.宇宙速度(1)第一宇宙速度：V=7.9km/s(2)推导：./9.7::,,:,222skmvgRvmgRGMmRGMvRmvRGMm计算的结果是可以解得则若考虑到地球表面解得所以第一宇宙速度又叫最小发射速度，最大环绕速度。第一宇宙速度：V1=7.9km/s（地面附近、匀速圆周运动）V1=7.9km/s(3)第二宇宙速度：当物体的速度大于或等于11.2km/s时，卫星就会脱离地球的引力，不在绕地球运行。我们把这个速度叫第二宇宙速度。达到第二宇宙速度的物体还受到太阳的引力。(4)第三宇宙速度：如果物体的速度等于或大于16.7km/s，物体就摆脱了太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的宇宙空间去。我们把这个速度叫第三宇宙速度。V1=7.9km/s地球V2=11.2km/sV3=16.7km/s三、同步卫星（通讯卫星）1.特点：①定周期（频率、转速）（与地球自转的周期相同，即T=24h）②定高度（到地面的距离相同，即h=3.6×107m）1.特点(轨道平面与赤道面重合)③定在赤道的正上方某点（相对于地球静止）。④定线速度大小（即V=3.1×103m/s）⑤定角速度（与地球自转的角速度大小）⑥定向心加速度大小不同点：由于各国发射的同步卫星质量一般不同，所以它们受到的向心力的大小一般不同。卫星的几个注意的问题：1.卫星绕地球运动的向心加速度和物体随地球自转的向心加速度2.环绕（运行）速度与发射速度3.卫星的超重和失重【例11】（全国高考）宇航员站在一星球表面上的某高处，沿水平方向抛出一小球经时间t，小球落到星球表面，测得抛出点与落地点的距离为L，若抛出时的初速度增大到2倍，则抛出点与落地点之间的距离为，已知两落地点在同一平面上，该星球的半径为R，万有引力常量为G，求该星球的质量M。L3