高考物理一轮复习《万有引力定律及其应用》ppt课件.ppt
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1、第4讲 万有引力定律及其应用知识点知识点 1 1 万有引力定律及其应用万有引力定律及其应用 1.1.内容内容自自然然界界中中任任何何两两个个物物体体都都是是相相互互吸吸引引的的,引引力力的的方方向向沿沿两两物物体体的的连连线线,引引力力的的大大小小F F与与这这两两个个物物体体质质量量的的乘乘积积m m1m m2_,与这两个物体间距离与这两个物体间距离r r的平方的平方_。成正比成正比成反比成反比2.2.公式公式F=F=,其中,其中G G为引力常量,为引力常量,G=6.6710G=6.6710-11 Nm Nm2/kg/kg2,由,由卡文迪许扭秤实验测定。卡文迪许扭秤实验测定。3.3.适用条件
2、适用条件两个两个_的相互作用。的相互作用。(1 1)质量分布均匀的球体间的相互作用,也可用本定律来计)质量分布均匀的球体间的相互作用,也可用本定律来计算,其中算,其中r r为为_的距离。的距离。(2 2)一个质量分布均匀的球体和球外一个质点之间的万有引)一个质量分布均匀的球体和球外一个质点之间的万有引力也适用,其中力也适用,其中r r为为_的距离的距离。质点之间质点之间两球心间两球心间质点到球心间质点到球心间知识点知识点 2 2 环绕速度环绕速度 1.1.第一宇宙速度又叫第一宇宙速度又叫_速度,其数值为速度,其数值为_km/s_km/s。2.2.第第一一宇宇宙宙速速度度是是人人造造卫卫星星在在
3、_附附近近轨轨道道环环绕绕地地球球做做匀匀速速圆周运动时具有的速度。圆周运动时具有的速度。3.3.第第一一宇宇宙宙速速度度是是人人造造卫卫星星的的最最小小_速速度度,也也是是人人造造卫卫星星的最大的最大_速度。速度。4.4.第一宇宙速度的计算方法:第一宇宙速度的计算方法:(1 1)由)由 得得v=v=。(2 2)由)由 得得v=v=。环绕环绕7.97.9地面地面发射发射环绕环绕知识点知识点 3 3 第二宇宙速度和第三宇宙速度第二宇宙速度和第三宇宙速度 1.1.第二宇宙速度(脱离速度)第二宇宙速度(脱离速度)人造卫星脱离人造卫星脱离_引力所需的速度,其数值为引力所需的速度,其数值为_ km/s_
4、 km/s。2.2.第三宇宙速度(逃逸速度)第三宇宙速度(逃逸速度)使物体挣脱使物体挣脱_引力束缚的最小发射速度,其数值为引力束缚的最小发射速度,其数值为_ km/s_ km/s 地球地球11.211.2太阳太阳16.716.7识点识点 4 4 经典时空观和相对论时空观经典时空观和相对论时空观 1.1.经典时空观经典时空观(1 1)在经典力学中,物体的质量不随)在经典力学中,物体的质量不随_而改变;而改变;(2 2)在在经经典典力力学学中中,同同一一物物理理过过程程发发生生的的位位移移和和对对应应时时间间的的测量结果在不同的参考系中是测量结果在不同的参考系中是_的。的。2.2.相对论时空观相对
5、论时空观(1 1)在狭义相对论中,物体的质量随物体的速度的增加而)在狭义相对论中,物体的质量随物体的速度的增加而_,用公式表示为,用公式表示为 。(2 2)在在狭狭义义相相对对论论中中,同同一一物物理理过过程程发发生生的的位位移移和和对对应应时时间间的测量结果在不同的参考系中是的测量结果在不同的参考系中是_的。的。运动状态运动状态相同相同增加增加不同不同【思考辨析】【思考辨析】(1 1)只有天体之间才存在万有引力。)只有天体之间才存在万有引力。()()(2 2)只要已知两个物体的质量和两个物体之间的距离,就可)只要已知两个物体的质量和两个物体之间的距离,就可以由以由 计算物体间的万有引力。计算
6、物体间的万有引力。()()(3 3)当两物体间的距离趋近于)当两物体间的距离趋近于0 0时,万有引力趋近于无穷时,万有引力趋近于无穷大。大。()()(4 4)第一宇宙速度与地球的质量有关。)第一宇宙速度与地球的质量有关。()()(5 5)地球同步卫星的运行速度大于第一宇宙速度。)地球同步卫星的运行速度大于第一宇宙速度。()()(6 6)若物体的发射速度大于第二宇宙速度,小于第三宇宙速)若物体的发射速度大于第二宇宙速度,小于第三宇宙速度,则物体可以绕太阳运行。度,则物体可以绕太阳运行。()()(7 7)在狭义相对论中,物体的质量也不会随物体的速度的变)在狭义相对论中,物体的质量也不会随物体的速度
7、的变化而变化。化而变化。()()分析:分析:自然界中任何两个物体之间都存在万有引力,大到天自然界中任何两个物体之间都存在万有引力,大到天体,小到微观粒子之间都有万有引力,(体,小到微观粒子之间都有万有引力,(1 1)错;万有引力定)错;万有引力定律的公式律的公式 适用于两个质点之间的相互作用,如果两适用于两个质点之间的相互作用,如果两个物体不能看作质点,则万有引力定律不适用,(个物体不能看作质点,则万有引力定律不适用,(2 2)错;当)错;当两个物体间的距离趋近于两个物体间的距离趋近于0 0时,两个物体就不能视为质点了,时,两个物体就不能视为质点了,万有引力公式不再适用,(万有引力公式不再适用
8、,(3 3)错;第一宇宙速度是人造卫星)错;第一宇宙速度是人造卫星在地面附近绕地球做圆周运动时的速度,万有引力提供向心在地面附近绕地球做圆周运动时的速度,万有引力提供向心力,由万有引力定律和牛顿第二定律得力,由万有引力定律和牛顿第二定律得 ,可知第,可知第一宇宙速度与地球的质量和半径有关,(一宇宙速度与地球的质量和半径有关,(4 4)正确;第一宇宙)正确;第一宇宙速度是人造卫星的最大环绕速度,而地球同步卫星距离地面有速度是人造卫星的最大环绕速度,而地球同步卫星距离地面有一定的高度,其运行速度小于第一宇宙速度,(一定的高度,其运行速度小于第一宇宙速度,(5 5)错;)错;第二宇宙速度是使物体挣脱
9、地球引力束缚的最小发射速度,而第二宇宙速度是使物体挣脱地球引力束缚的最小发射速度,而第三宇宙速度是使物体挣脱太阳引力束缚的最小发射速度,当第三宇宙速度是使物体挣脱太阳引力束缚的最小发射速度,当物体的发射速度介于第二宇宙速度和第三宇宙速度之间时,物物体的发射速度介于第二宇宙速度和第三宇宙速度之间时,物体可能绕太阳运行,(体可能绕太阳运行,(6 6)正确;在狭义相对论中,物体的质)正确;在狭义相对论中,物体的质量随物体的速度增大而增大,(量随物体的速度增大而增大,(7 7)错。)错。考点考点 1 1 天体质量和密度的估算天体质量和密度的估算【考点解读】【考点解读】1.1.自力更生法自力更生法利用天
10、体表面的重力加速度利用天体表面的重力加速度g g和天体半径和天体半径R R。(1 1)由)由 得天体质量得天体质量 。(2 2)天体密度)天体密度拓展拓展延伸延伸2.2.借助外援法借助外援法测出卫星绕天体做匀速圆周运动的半径测出卫星绕天体做匀速圆周运动的半径r r和周期和周期T T。(1 1)由)由 得天体的质量得天体的质量 。(2 2)若已知天体的半径)若已知天体的半径R R,则天体的密度,则天体的密度 。若若卫卫星星绕绕中中心心天天体体表表面面运运行行时时,轨轨道半径道半径r=Rr=R,则有,则有【典例透析【典例透析1 1】(2012(2012福建高考)一卫星绕某一行星表面附福建高考)一卫
11、星绕某一行星表面附近做匀速圆周运动近做匀速圆周运动,其线速度大小为其线速度大小为v v。假设宇航员在该行星。假设宇航员在该行星表面上用弹簧测力计测量一质量为表面上用弹簧测力计测量一质量为m m的物体重力的物体重力,物体静止时物体静止时,弹簧测力计的示数为弹簧测力计的示数为N N。已知引力常量为。已知引力常量为G,G,则这颗行星的质则这颗行星的质量为量为()()A.B.A.B.C.D.C.D.【解解题题探探究究】(1 1)卫卫星星绕绕行行星星表表面面做做匀匀速速圆圆周周运运动动,意意味味着着其轨道半径与行星半径存在什么关系?其轨道半径与行星半径存在什么关系?提示:提示:两者相等。两者相等。(2)
12、(2)请分析卫星的受力情况,确定向心力的来源。请分析卫星的受力情况,确定向心力的来源。受到的力:受到的力:_。向心力来源:向心力来源:_。万有引力(或重力)万有引力(或重力)万有引力万有引力【解析】【解析】选选B B。由。由N=mgN=mg,得,得 据据 和和 得得 故选故选B B。【总结提升】【总结提升】解决天体圆周运动问题的两条思路解决天体圆周运动问题的两条思路(1)(1)在在中中心心天天体体表表面面或或附附近近而而又又不不涉涉及及中中心心天天体体自自转转运运动动时时,万万有有引引力力等等于于重重力力,即即 ,整整理理得得GM=gRGM=gR2,称称为为黄黄金金代换。代换。(g(g表示天体
13、表面的重力加速度表示天体表面的重力加速度)(2)(2)天体运动的向心力来源于天体之间的万有引力,即天体运动的向心力来源于天体之间的万有引力,即【变式训练】【变式训练】(2013(2013福建高考福建高考)设太阳质量为设太阳质量为M M,某行星绕太,某行星绕太阳公转周期为阳公转周期为T T,轨道可视作半径为,轨道可视作半径为r r的圆。已知万有引力常量的圆。已知万有引力常量为为G G,则描述该行星运动的上述物理量满足,则描述该行星运动的上述物理量满足()()【解析】【解析】选选A A。设行星质量为。设行星质量为m m,据,据 得得GM=GM=故选故选A A。考点考点 2 2 人造卫星的运动规律人
14、造卫星的运动规律【考点解读】【考点解读】1.1.卫星的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系卫星的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系做匀速圆周运动的卫星所受万有引力完全提供所需向心力,即做匀速圆周运动的卫星所受万有引力完全提供所需向心力,即由由 可推导出:可推导出:深化深化理解理解 2.2.地球同步卫星的特点地球同步卫星的特点(1)(1)轨道平面一定:轨道平面和赤道平面重合。轨道平面一定:轨道平面和赤道平面重合。(2)(2)周期一定:与地球自转周期相同,即周期一定:与地球自转周期相同,即T T24 h24 h86 400 s86 400 s。(3)(3)角速度一定:与地球自转的角速度相同。角速
15、度一定:与地球自转的角速度相同。(4)(4)高度一定:据高度一定:据 得得 卫星离地面高度卫星离地面高度h hr rR6R(R6R(为恒量为恒量)。(5)(5)绕行方向一定:与地球自转的方向一致。绕行方向一定:与地球自转的方向一致。3.3.极地卫星和近地卫星极地卫星和近地卫星(1)(1)极极地地卫卫星星运运行行时时每每圈圈都都经经过过南南北北两两极极,由由于于地地球球自自转转,极极地卫星可以实现全球覆盖。地卫星可以实现全球覆盖。(2)(2)近近地地卫卫星星是是在在地地球球表表面面附附近近环环绕绕地地球球做做匀匀速速圆圆周周运运动动的的卫卫星星,其其运运行行的的轨轨道道半半径径可可近近似似认认为
16、为等等于于地地球球的的半半径径,其其运运行行线线速度约为速度约为7.9 km/s7.9 km/s。(3)(3)两种卫星的轨道平面一定通过地球的球心。两种卫星的轨道平面一定通过地球的球心。【典例透析【典例透析2 2】(2013(2013广广东东高考高考)如如图图,甲、乙两甲、乙两颗卫颗卫星以相同的星以相同的轨轨道半径分道半径分别绕质别绕质量量为为M M和和2M2M的行星做匀速的行星做匀速圆圆周运周运动动,下列下列说说法法正确的是正确的是()A.A.甲的向心加速度比乙的小甲的向心加速度比乙的小B.B.甲的运行周期比乙的小甲的运行周期比乙的小C.C.甲的角速度比乙的大甲的角速度比乙的大D.D.甲的甲
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