【课件】第七章+万有引力与宇宙航行+复习课件高一下学期物理人教版（2019）必修第二册.pptx

第七章 全章复习万万有有引引力力天体：天体：地地面面上上的的物物体：体：重力重力变化变化两极两极:引力引力=重力重力赤道赤道:重力重力+向心力向心力=引力引力距地距地距地距地h h处：处：处：处：星球表面：星球表面：星球表面：星球表面：重力重力加速度：加速度：一一.开普勒三定律开普勒三定律1.开普勒第一定律开普勒第一定律:太阳太阳轨道定律轨道定律:所有行星绕太所有行星绕太阳做椭圆运动阳做椭圆运动,太阳在椭太阳在椭圆的一个焦点上圆的一个焦点上2.开普勒第二定律开普勒第二定律:太阳太阳面积定律面积定律:对某个行星对某个行星,连接太阳连接太阳和行星的矢径和行星的矢径,在相等的时间内在相等的时间内扫过的面积相等。扫过的面积相等。3.3.开普勒第三定律开普勒第三定律:ba周期定律周期定律:所有行星的半长轴的立方所有行星的半长轴的立方与其周期的平方的比值是个恒量与其周期的平方的比值是个恒量.近快远慢近快远慢R3T2=K1、寻找开普勒第三定律中的、寻找开普勒第三定律中的K设某行星绕太阳做匀速圆周运动，其轨道半径为设某行星绕太阳做匀速圆周运动，其轨道半径为r，周期，周期为为T，太阳质量为，太阳质量为M，请确定衡量，请确定衡量K。【结论结论】K只与中心被绕天体（只与中心被绕天体（M）有关。）有关。2、一个太空探测器进入一个圆形轨道绕太阳运转，一个太空探测器进入一个圆形轨道绕太阳运转，已知其轨道半径为地球绕太阳运转轨道半径的已知其轨道半径为地球绕太阳运转轨道半径的9倍，倍，则太空探测器绕太阳运转的周期是则太空探测器绕太阳运转的周期是【】A9年年 B.3年年 C.27年年 D.81年年C3、飞船沿半径为、飞船沿半径为R的圆周轨道绕地球运动，其周的圆周轨道绕地球运动，其周期为期为T。如果飞船要返回地面，可在轨道上的某一。如果飞船要返回地面，可在轨道上的某一点点A处，将速率降低到适当数值，从而使飞船沿着处，将速率降低到适当数值，从而使飞船沿着以地心为焦点的椭圆轨道运动，椭圆轨道和地球表以地心为焦点的椭圆轨道运动，椭圆轨道和地球表面在面在B点相切，如图所示，如果地球半径为点相切，如图所示，如果地球半径为R0，求，求飞船由飞船由A点到点到B点所需要的时间？点所需要的时间？二、万有引力定律二、万有引力定律2 2、公式表示：、公式表示：3、（、（1）G是引力常量，适用于任何两个物体；它在数值上是引力常量，适用于任何两个物体；它在数值上等于两个质量都是等于两个质量都是1kg的物体相距的物体相距1m时的相互作用力时的相互作用力（2）r是是两物体之间的距离两物体之间的距离，当，当两物体两物体是是质量均匀分布的质量均匀分布的球体时球体时，r是指是指两球心间距离两球心间距离；自然界中自然界中任何任何两个物体都相互吸引，引力的方向在他们的两个物体都相互吸引，引力的方向在他们的连线上，连线上，引力的大小与两物体的质量引力的大小与两物体的质量M和和m的乘的乘 积成正比，积成正比，与与它们之间距离它们之间距离r的二次方成反比。的二次方成反比。1、内容：、内容：例题例题1、已知引力常量为、已知引力常量为G，地球半径，地球半径R，地球质，地球质量为量为M，卫星绕地球做圆周运动的轨道半径为，卫星绕地球做圆周运动的轨道半径为r。求卫星的：求卫星的：(1)加速度加速度a;(2)线速度线速度v；(3)周期周期T；（4）地球表面的重力加速度。）地球表面的重力加速度。解决解决天体运动天体运动问题的做题思路：问题的做题思路：万有引力万有引力=向心力向心力r rMMmman减小减小 减小减小T增大增大v减小减小 结论：结论：随随r增大增大【总结总结】解决解决天体运动天体运动问题的做题思路：问题的做题思路：r rMMmm列方程：列方程：列方程：列方程：1.1.求线速度求线速度v大小：大小：2.2.求周期求周期T T大小：大小：3.3.求加速度求加速度a大小：大小：4.4.求角速度大小：求角速度大小：注意：确定准物体运行的轨道半径注意：确定准物体运行的轨道半径 r=rR+hR万有引力万有引力=向心力向心力2、如图所示，如图所示，A、B、C是地球大气层外沿圆轨道绕地球是地球大气层外沿圆轨道绕地球运行的三颗卫星，则运行的三颗卫星，则【】AB、C的周期相等且大于的周期相等且大于A的周期的周期BB、C的向心加速度大小相等，且大于的向心加速度大小相等，且大于A的向心加速度的向心加速度CB、C的线速度大小相等，且大于的线速度大小相等，且大于A的线速度的线速度DB、C的角速度大小相等，且大于的角速度大小相等，且大于A的线速度的线速度an减小减小 减小减小T增大增大v减小减小 结论：结论：随随r增大增大地球ABCA越远越慢越远越慢 图图133、（、（09春）春）2008年年9月月27日，日，“神舟七号神舟七号”航天员翟志刚首次实现航天员翟志刚首次实现了中国航天员在太空的舱外活动（图了中国航天员在太空的舱外活动（图13），这是我国航天发展史上），这是我国航天发展史上的又一里程碑。已知引力常量为的又一里程碑。已知引力常量为G，地球质量为，地球质量为M，地球半径为，地球半径为R。飞船绕地球做匀速圆周运动的过程中，距地面的高度为飞船绕地球做匀速圆周运动的过程中，距地面的高度为h，求：，求：（1）飞船加速度）飞船加速度a的大小；的大小；（2）飞船速度）飞船速度v的大小。的大小。1、已已知知地地球球的的半半径径R,地地球球表表面面的的重重力力加加速速度度g,环环绕绕地地球球表表面面做做圆圆周周运运动动的的卫卫星星的的速速度度为为v,万有引力常量为万有引力常量为G，求地球的质量和密度。，求地球的质量和密度。2、若月球围绕地球做匀速圆周运动，其周期为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，又知月球到地心的距离为r，地球半径为，地球半径为R，试求，试求出地球的质量和密度。出地球的质量和密度。【解解】万有引力提供月球做圆周运动的向心力：万有引力提供月球做圆周运动的向心力：2.2.2.2.测出天体的半径测出天体的半径测出天体的半径测出天体的半径R R和表面的重力加速度和表面的重力加速度和表面的重力加速度和表面的重力加速度g g三、万有引力的应用三、万有引力的应用-天体质量或密度的估算天体质量或密度的估算1.1.测出卫星围测出卫星围绕天体绕天体做匀速圆周运动的周期做匀速圆周运动的周期T T【总结总结】万有引力与重力的区别万有引力与重力的区别 （一）地球表面上物体的重量变化（一）地球表面上物体的重量变化1.1.两极两极:引力引力=重力重力.2.2.赤道赤道:重力重力+向心力向心力=引力引力.3.3.重力的变化重力的变化:随纬度的增大而增大随纬度的增大而增大（二）卫星的重力就是引力（二）卫星的重力就是引力F引引GGF引引F向向练习练习1、20072007年年1010月月2424日，我国日，我国“嫦娥一号嫦娥一号”探月卫星成探月卫星成功发射。功发射。“嫦娥一号嫦娥一号”卫星开始绕地球做椭圆轨道运动，卫星开始绕地球做椭圆轨道运动，经过变轨、制动后，成为一颗绕月球做圆轨道运动的卫星。经过变轨、制动后，成为一颗绕月球做圆轨道运动的卫星。设卫星距月球表面的高度为设卫星距月球表面的高度为h，已知月球半径为，已知月球半径为R，质量，质量为为M，引力常量为，引力常量为G。求：。求：（1 1）月球表面的重力加速度）月球表面的重力加速度g；（2 2）卫星所在处的重力加速度）卫星所在处的重力加速度g；解：解：解：解：（1 1）月球表面：月球表面：月球表面：月球表面：（2 2）距离地面）距离地面）距离地面）距离地面h h处：处：处：处：练练习习3、地地球球半半径径为为R，地地球球表表面面的的重重力力加加速速度度为为g，若若高高空空中中某某处处的的重重力力加加速速度度为为g/4，则则该该处处距距地地面球表面的高度面球表面的高度h为为?练练习习4、一一名名宇宇航航员员抵抵达达一一半半径径为为R的的星星球球表表面面后后，为为了了测测定定该该星星球球的的质质量量，做做了了如如下下实实验验：将将一一个个小小球球从从该该星星球球表表面面某某位位置置以以初初速速度度v竖竖直直向向上上抛抛出出，小小球球在在空空中中运运动动一一段段时时间间后后又又落落回回原原抛抛出出位位置置，测测得得小小球球在在空空中中运运动动的的时时间间为为t，已已知知万万有有引引力力恒恒量量为为G，不不计计阻阻力力。试试根根据据题题中中所所提提供供的的条条件件和和测测量量结果，求：结果，求：（1）该星球表面的）该星球表面的“重力重力”加速度加速度g的大小；的大小；（2）该星球的质量）该星球的质量M；（3）如如果果在在该该星星球球上上发发射射一一颗颗围围绕绕该该星星球球做做匀匀速速圆圆周周运运动动的的卫卫星星，则则该该卫卫星星运运行行的的最最小小周周期期T为为多多大？大？5、某行星的自转周期为、某行星的自转周期为T=6h，用弹簧秤在该行星的，用弹簧秤在该行星的”赤道赤道“和和”两极两极“处测同一物体的重力，在该星球的处测同一物体的重力，在该星球的赤道测得的读数为在其北极所得读数的赤道测得的读数为在其北极所得读数的90，（星球（星球视为球体）。求该行星的平均密度是多大？视为球体）。求该行星的平均密度是多大？10的引力的引力到哪去了？到哪去了？卫星的轨道圆心在哪儿卫星的轨道圆心在哪儿？所有卫星的轨道圆心都在地心上。所有卫星的轨道圆心都在地心上。人造卫星人造卫星 宇宙速度宇宙速度 （一）宇宙速度（一）宇宙速度 1 1、第一宇宙速度（环绕速度）、第一宇宙速度（环绕速度）v v1 1=7.9km/s=7.9km/s 它等于近地卫星绕地球表面做匀速圆周运动的线速度它等于近地卫星绕地球表面做匀速圆周运动的线速度 它是从它是从地面地面成功发射一个卫星的成功发射一个卫星的最小发射最小发射速度！速度！、第二宇宙速度、第二宇宙速度(脱离速度脱离速度)v v2 2=11.2 km/s=11.2 km/s 这是卫星挣脱地球的引力束缚，成为绕太阳运行这是卫星挣脱地球的引力束缚，成为绕太阳运行的人造行星的的人造行星的最小发射速度最小发射速度3 3、第三宇宙速度（逃逸速度）、第三宇宙速度（逃逸速度）v v3 3=16.7 km/s=16.7 km/s这是卫星挣脱太阳引力束缚的这是卫星挣脱太阳引力束缚的最小发射速度最小发射速度1 1、近地卫星、近地卫星F F万万在地球表面处飞行的卫星，但是已经脱离地表了！在地球表面处飞行的卫星，但是已经脱离地表了！（1）作圆周运动的）作圆周运动的轨道半轨道半径为地球半径径为地球半径R；（2）由于紧贴地表，卫星）由于紧贴地表，卫星的重力加速度为的重力加速度为g。（二）人造卫星（二）人造卫星它它绕地球表面做匀速圆周运动的线速度最大！绕地球表面做匀速圆周运动的线速度最大！2、地球同步卫星、地球同步卫星（1）相对于地面静止的和地球具有相同周期的卫星）相对于地面静止的和地球具有相同周期的卫星.（2）同步卫星的特点：）同步卫星的特点：周期周期T=24h 离地球表面高度一定离地球表面高度一定h=36000km 必须在赤道上空必须在赤道上空人人造造卫卫星星近地近地卫星卫星RT=85minT T=24h=24h在赤道上空，在赤道上空，在赤道上空，在赤道上空，h h=36000km=36000km同步同步卫星：卫星：v=7.9km/s【练一练练一练】通信卫星又叫同步卫星，下面关于同通信卫星又叫同步卫星，下面关于同步卫星的说法中正确的是步卫星的说法中正确的是【】A.所有的地球同步卫星都位于地球的赤道平面内所有的地球同步卫星都位于地球的赤道平面内B.所有的地球同步卫星的质量都相等所有的地球同步卫星的质量都相等C.所有的地球同步卫星绕地球作匀速圆周运动的所有的地球同步卫星绕地球作匀速圆周运动的 角速度都相等角速度都相等D.所有的地球同步卫星离地球的高度都相等所有的地球同步卫星离地球的高度都相等 ACD 【神奇的双星神奇的双星】：在宇宙中，恒星有单个的，例如我们所在的太阳系中的太阳；有两在宇宙中，恒星有单个的，例如我们所在的太阳系中的太阳；有两个恒星相伴的；也有多个恒星聚会的个恒星相伴的；也有多个恒星聚会的,花样十分丰富据观测：每四花样十分丰富据观测：每四颗星中只有一颗是单独行动的，其它大概有三分之一是双星，颗星中只有一颗是单独行动的，其它大概有三分之一是双星，我们我们把两颗相伴在一起的彼此紧密环绕而行的恒星称为双星（把两颗相伴在一起的彼此紧密环绕而行的恒星称为双星（Binary Stars），），例如仙王例如仙王U变星而其余的则是多星聚星，例如巨蟹座三变星而其余的则是多星聚星，例如巨蟹座三合星所有这些结群的星在肉眼看来都是单独的，多数即使用望远合星所有这些结群的星在肉眼看来都是单独的，多数即使用望远镜看来也象是单独的，贴得最近的星只有用摄谱仪才能探测出来镜看来也象是单独的，贴得最近的星只有用摄谱仪才能探测出来仙王U变星巨蟹座三合星Lm1m2r2r11.向心力大小相等：向心力大小相等：2.周期和角速度相等：周期和角速度相等：七、双星问题七、双星问题:靠两颗星球间的引力，提供各自所需要的靠两颗星球间的引力，提供各自所需要的向心力的星球称为双星。向心力的星球称为双星。.轨道半径的关系：轨道半径的关系：它们的轨道半径与质量成反比。它们的轨道半径与质量成反比。八、发射地球八、发射地球同步卫星同步卫星的过程：的过程：1、先成为近地卫星，进入圆形轨道（近地轨道）；、先成为近地卫星，进入圆形轨道（近地轨道）；2、在、在A点二次点火加速，进入椭圆轨道；点二次点火加速，进入椭圆轨道；3、在、在B点再次加速进入圆形轨道（远地轨道）。点再次加速进入圆形轨道（远地轨道）。3B2A11、发射地球同步卫星时发射地球同步卫星时,先将卫星发射至近地圆轨道先将卫星发射至近地圆轨道1,然后经然后经点火点火,使其沿椭圆轨道使其沿椭圆轨道2运行运行.最后再次点火最后再次点火,将卫星送入同步圆将卫星送入同步圆轨道轨道3.轨道轨道1、2相切于相切于Q点点,轨道轨道2、3相切于相切于P点点,则当卫星分别则当卫星分别在在1，2，3轨道上正常运行时以下说法对的是轨道上正常运行时以下说法对的是【】A.卫星在轨道卫星在轨道3上的速率大于在轨道上的速率大于在轨道1上的速率上的速率.B.卫星在轨道卫星在轨道3上的角速度小于在轨道上的角速度小于在轨道1上的角速度上的角速度.C.卫星在轨道卫星在轨道1上经过上经过Q点时的加速度大于它在轨道点时的加速度大于它在轨道2上经过上经过Q点的加速度点的加速度.D.卫星在轨道卫星在轨道2上经过上经过P点时的速度小于它在轨道点时的速度小于它在轨道3上经过上经过P点点时的速度时的速度.PQ123BD离心条件离心条件【总结总结】变轨问题变轨问题PQ312图图8（1）匀速圆周运动匀速圆周运动相比就用相比就用F引引=F向向做；做；（2）椭圆轨道椭圆轨道与圆与圆周运动相比用周运动相比用离心和离心和向心向心来做。来做。