第2节万有引力定律的应用 (2).ppt

《第2节万有引力定律的应用 (2).ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第2节万有引力定律的应用 (2).ppt（22页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、万有引力定律的应用万有引力定律的应用泉港五中泉港五中 刘金水刘金水万有引力定律的应用万有引力定律的应用万有引力定律的应用万有引力定律的应用将物体在行星将物体在行星表面或附近表面或附近所受到的万有引力近似看作等于物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。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。宇宇宙宙间间一一切切物物体体都都是是相相互互吸吸引引着着的的，通通常常两两个个物物体体间间的的万万有有引引力力非非常常微微小小，人人们们无无法法觉觉察察到到它它，但但在在天天体体系系统统中中，由由于于天体的质量均很大，万有引力就起着决定性的作用。天体

2、的质量均很大，万有引力就起着决定性的作用。此作用集中体现在如下两个方面：此作用集中体现在如下两个方面：此作用集中体现在如下两个方面：此作用集中体现在如下两个方面：天体运动视为圆周运动，万有引力充当着向心力的作用。天体运动视为圆周运动，万有引力充当着向心力的作用。应用时根据实际情况选用相应的公式进行分析。应用时根据实际情况选用相应的公式进行分析。万有引力定律的应用万有引力定律的应用万有引力定律的应用万有引力定律的应用【注意注意注意注意】某某一一高高度度的的重重力力加加速速度度g与与在在此此高高度度绕绕行行的的向向心心加加速速度度a的值相同。的值相同。在在中中学学阶阶段段，一一般般把把天天体体的的

3、椭椭圆圆运运动动近近似似为为匀匀速速圆圆周周运运动动。据据此此，无无论论是是比比例例题题（常常以以选选择择题题、填填空空题题出出现现）还还是是计计算算题题，均可用均可用“万有引力提供向心力万有引力提供向心力万有引力提供向心力万有引力提供向心力”的动力学方程来解决。的动力学方程来解决。万有引力定律的应用万有引力定律的应用万有引力定律的应用万有引力定律的应用一一一一.天体质量或密度的估算天体质量或密度的估算天体质量或密度的估算天体质量或密度的估算二二二二.预测未知天体预测未知天体预测未知天体预测未知天体海王星的发现海王星的发现海王星的发现海王星的发现三三三三.人造地球卫星和宇宙速度人造地球卫星和宇

4、宙速度人造地球卫星和宇宙速度人造地球卫星和宇宙速度应用应用应用应用万有引力定律应万有引力定律应万有引力定律应万有引力定律应特别掌握：特别掌握：特别掌握：特别掌握：“万有引力提供向心力万有引力提供向心力万有引力提供向心力万有引力提供向心力”的动力学方程。的动力学方程。万有引力定律的应用万有引力定律的应用万有引力定律的应用万有引力定律的应用【例题例题例题例题】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，又知月球到地心的距离为知月球到地心的距离为r，试求出地球的质量和密度。，试求出地球的质量和密度。【解解解解】万有引力提供月球圆周运动向心力万有引力提供月球圆周

5、运动向心力万有引力定律的应用万有引力定律的应用万有引力定律的应用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测出卫星围绕天体做匀速圆周运动的半径r和周期和周期T一一一一.天体质量或密度的估算天体质量或密度的估算天体质量或密度的估算天体质量或密度的估算（式中（式中r卫星轨道半径，卫星轨道半径，R天体半径）天体半径）（当卫星绕天体表面运动时，轨道半径（当卫星绕天体表面运动时，轨道半径r与天体半径与天体半径R相等）相等）万有引力定律的应用万有引力定律的应用万有引力定律的应用万有引力定律的应用【例例例例题题题题】把把地地球球绕绕太太阳阳公公转转看看作作是是匀匀速速圆圆周周运运动动，轨轨道道半

6、半径径约约为为1.51011km，已已知知引引力力常常量量G=6.671011 Nm2/kg2，则则可可估估算出太阳的质量约为算出太阳的质量约为 kg。【解解解解】地球绕太阳运转周期地球绕太阳运转周期:T=365246060=3.15107s地球绕太阳做匀速圆周运动的向心力由万有引力提供。地球绕太阳做匀速圆周运动的向心力由万有引力提供。【提示提示提示提示】解题时经常需要引用一些常数，如地球自转周期、月解题时经常需要引用一些常数，如地球自转周期、月解题时经常需要引用一些常数，如地球自转周期、月解题时经常需要引用一些常数，如地球自转周期、月球公转周期等。应注意挖掘使用。球公转周期等。应注意挖掘使用

7、。球公转周期等。应注意挖掘使用。球公转周期等。应注意挖掘使用。万有引力定律的应用万有引力定律的应用万有引力定律的应用万有引力定律的应用二二二二.预测未知天体预测未知天体预测未知天体预测未知天体海王星、冥王星的发现海王星、冥王星的发现海王星、冥王星的发现海王星、冥王星的发现 万万有有引引力力对对研研究究天天体体运运动动有有着着重重要要的的意意义义。海海王王星星、冥冥王王星星就就是是根根据据万万有有引引力力定定律律发发现现的的。在在18世世纪纪发发现现的的第第七七个个行行星星天天王王星星的的运运动动轨轨道道，总总是是同同根根据据万万有有引引力力定定律律计计算算出出来来的的有有一一定定偏偏离离。当当

8、时时有有人人预预测测，肯肯定定在在其其轨轨道道外外还还有有一一颗颗未未发发现现的的新新星星。后后来来，亚亚当当斯斯和和勒勒维维列列在在预预言言位位置置的的附附近近找找到到了了这这颗颗新新星星(海海王王星星)。后后来来，科科学学家家利利用用这这一一原原理理还还发发现现了了太太阳阳系系的的第第9颗颗行行星星冥冥王王星星，由由此此可可见见，万万有有引引力力定律在天文学上的应用，有极为重要的意义。定律在天文学上的应用，有极为重要的意义。2006年8月24日上午国际天文学联合会大会投票决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

9、“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附近其他物体的天体。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年以前被发现的。而同样具有足够质量、呈圆球形，但不能清除其轨道附近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，这个区域一直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”.【问题问题问题问题】地面上的物体，怎样才能成为人造地球卫星呢？地面上的物体，怎样才能成为人造地球卫星呢？三三三三.人造地球卫星和宇

10、宙速度人造地球卫星和宇宙速度人造地球卫星和宇宙速度人造地球卫星和宇宙速度万有引力定律的应用万有引力定律的应用万有引力定律的应用万有引力定律的应用对于靠近地面的卫星，可以认为此时的对于靠近地面的卫星，可以认为此时的 r 近似等于地球半径近似等于地球半径R，把把r用地球半径用地球半径R代入，可以求出：代入，可以求出：这就是人造地球卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动所这就是人造地球卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动所必须具有的最低发射速度，也是最大的运行速度，也叫做必须具有的最低发射速度，也是最大的运行速度，也叫做第一第一第一第一宇宙速度宇宙速度宇宙速度宇宙速度。【问题问题问题问题】近地面的卫星的速

11、度是多少呢？近地面的卫星的速度是多少呢？万有引力定律的应用万有引力定律的应用万有引力定律的应用万有引力定律的应用万有引力定律的应用万有引力定律的应用万有引力定律的应用万有引力定律的应用三三三三.人造地球卫星和宇宙速度人造地球卫星和宇宙速度人造地球卫星和宇宙速度人造地球卫星和宇宙速度1.1.卫星绕行速度、角速度、周期与半径的关系：卫星绕行速度、角速度、周期与半径的关系：卫星绕行速度、角速度、周期与半径的关系：卫星绕行速度、角速度、周期与半径的关系：（r越大，越大，T越大）越大）（r越大，越大，v越小）越小）（r越大，越大，越小）越小）万有引力定律的应用万有引力定律的应用万有引力定律的应用万有引力

12、定律的应用第三宇宙速度（第三宇宙速度（逃逸速度逃逸速度逃逸速度逃逸速度）：）：v v=16.7=16.7千米千米千米千米/秒秒秒秒；（卫星挣脱太阳束缚的最小发射速度）（卫星挣脱太阳束缚的最小发射速度）2.2.宇宙速度宇宙速度宇宙速度宇宙速度第一宇宙速度（第一宇宙速度（环绕速度环绕速度环绕速度环绕速度）：）：v v=7.9=7.9千米千米千米千米/秒秒秒秒；（地球卫星的最小发射速度，地球卫星最大的绕行速度）（地球卫星的最小发射速度，地球卫星最大的绕行速度）第二宇宙速度（第二宇宙速度（脱离速度脱离速度脱离速度脱离速度）：）：v v=11.2=11.2千米千米千米千米/秒秒秒秒；（卫星挣脱地球束缚变

13、成小行星的最小发射速度）（卫星挣脱地球束缚变成小行星的最小发射速度）【例题例题例题例题】人造卫星的天线偶然折断，天线将做：人造卫星的天线偶然折断，天线将做：A.自由落体运动自由落体运动 B.平抛运动平抛运动 C.远离地球飞向太空远离地球飞向太空 D.继续和卫星一起沿轨道运转继续和卫星一起沿轨道运转【答案答案答案答案】D D万有引力定律的应用万有引力定律的应用万有引力定律的应用万有引力定律的应用【例题例题例题例题】人造卫星以地心为圆心做匀速圆周运动，下列说法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：正确的是：A.半径越大，速率越大，周期越小半径越大，速率越大，周期越小 B.半径越大，

14、速率越小，周期越大半径越大，速率越小，周期越大 C.所有卫星的角速度相同，与半径无关所有卫星的角速度相同，与半径无关 D.所有卫星的速率均相同，与半径无关所有卫星的速率均相同，与半径无关【答案答案答案答案】B B万有引力定律的应用万有引力定律的应用万有引力定律的应用万有引力定律的应用设地球质量为设地球质量为m，半径为，半径为R。人造地球卫星在圆轨道上。人造地球卫星在圆轨道上运行，质量为运行，质量为m，轨道半径为，轨道半径为r。那么，在该轨道上做匀。那么，在该轨道上做匀速圆周运动的卫星的速度速圆周运动的卫星的速度v如何推算？如何推算？从上式可以看出从上式可以看出:,卫星离地心越远，它运行的速度越

15、小！卫星离地心越远，它运行的速度越小！若若v忽然增大，则忽然增大，则r增大！（离心运动）增大！（离心运动）万有引力定律的应用万有引力定律的应用万有引力定律的应用万有引力定律的应用【例题例题例题例题】金星的半径是地球的金星的半径是地球的0.95倍，质量为地球的倍，质量为地球的0.82倍，倍，金星的第一宇宙速度是多大金星的第一宇宙速度是多大?【解解解解】设地球半径为设地球半径为R，金星的半径为，金星的半径为r=0.95R，地球质量为，地球质量为m，金星质量金星质量m=0.82m，地球的第一宇宙速度为，地球的第一宇宙速度为7.9km/s。金星。金星的第一宇宙速度为的第一宇宙速度为v1，则：，则：万有

16、引力定律的应用万有引力定律的应用万有引力定律的应用万有引力定律的应用同学们再算算，近地卫星的周期又是多少呢？同学们再算算，近地卫星的周期又是多少呢？我们能否发射一颗周期为我们能否发射一颗周期为50min的卫星呢？的卫星呢？不能！不能！万有引力定律的应用万有引力定律的应用万有引力定律的应用万有引力定律的应用万有引力定律的应用万有引力定律的应用万有引力定律的应用万有引力定律的应用什么是地球同步卫星？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。的周期与地球自转的周期相同。T24h。地球同步卫星满足的条

17、件地球同步卫星满足的条件所有的同步卫星只能分布在赤道上方的一个确定轨道上。所有的同步卫星只能分布在赤道上方的一个确定轨道上。所有的同步卫星只能分布在赤道上方的一个确定轨道上。所有的同步卫星只能分布在赤道上方的一个确定轨道上。所有的同步卫星的轨道高度为一个定值。所有的同步卫星的轨道高度为一个定值。所有的同步卫星的轨道高度为一个定值。所有的同步卫星的轨道高度为一个定值。万有引力定律的应用万有引力定律的应用万有引力定律的应用万有引力定律的应用代入数据得：代入数据得：h=3.6107(m)3.3.同步卫星同步卫星同步卫星同步卫星万有引力定律的应用万有引力定律的应用万有引力定律的应用万有引力定律的应用【说明说明说明说明】1.为为了了同同步步卫卫星星之之间间不不互互相相干干扰扰，大大约约3左左右右才才能能放放置置1颗颗，这这样样地地球球的的同同步步卫卫星星只只能能有有120颗颗。可可见见，空空间间位位置置也也是是一一种种资资源。源。2.同同步步卫卫星星主主要要用用于于通通讯讯。要要实实现现全全球球通通讯讯，只只需需三三颗颗同同步步卫卫星即可。星即可。非常感谢各位老师抽空莅非常感谢各位老师抽空莅临指导，临指导，谢谢谢大家！谢大家！