万有引力定律复习省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第第1页页开普勒开普勒(1571-1630)牛顿牛顿(1643-1727)第谷第谷(1546-1601)伽利略伽利略(1564-1642)笛卡尔笛卡尔(1596-1650)导师导师观察观察数据数据第第2页页一、开普勒行星运动规律一、开普勒行星运动规律u开普勒第一定律：全部行星围绕太阳运动轨道都开普勒第一定律：全部行星围绕太阳运动轨道都是是椭圆椭圆，太阳处于全部椭圆一个，太阳处于全部椭圆一个焦点焦点上。上。u开普勒第二定律：对于每一个行星而言，太阳和开普勒第二定律：对于每一个行星而言，太阳和行星连线在行星连线在相等时间内扫过相等面积。相等时间内扫过相等面积。u开普勒第三定律：全部行量轨道开普勒第三定律：全部行量轨道半长轴三次方跟半长轴三次方跟公转周期二次方比值都相等。公转周期二次方比值都相等。比值比值k是一个与太阳质量是一个与太阳质量相关相关,与行星无关常量与行星无关常量第第3页页二、万有引力定律二、万有引力定律 宇宙间宇宙间一切物体一切物体都是相互吸引，两个物体都是相互吸引，两个物体间引力大小与间引力大小与它们质量乘积它们质量乘积成正比，跟成正比，跟它们它们距离平方距离平方成反比。成反比。卡文迪许扭秤试验卡文迪许扭秤试验第第4页页u引力和重力：引力和重力：MmRFnmgrF引引三、万有引力在天文学上应用三、万有引力在天文学上应用(1)当物体在当物体在赤道赤道上上:F引引、G、Fn三力同向三力同向此时向心力到达最大值，此时向心力到达最大值，重力到达最小值重力到达最小值(2)当物体在当物体在两极两极时时:Fn=0，F引引=G此时重力等于万有引力，此时重力等于万有引力，重力到达最大值重力到达最大值F引引mgFn第第5页页第第6页页万万有有引引力力定定律律应应用用思绪一：天体表面重力思绪一：天体表面重力近似等于万有引力近似等于万有引力思绪二：天体运动中，万有引力提供物体圆思绪二：天体运动中，万有引力提供物体圆周运动向心力周运动向心力处理天体问题两条基本思绪处理天体问题两条基本思绪由围绕天体由围绕天体v、r中任意中任意两个量两个量可求解中心天体质量可求解中心天体质量第第7页页1、由、由围绕围绕天体求解中心天体天体求解中心天体质质量及密度量及密度当围绕天体在中心当围绕天体在中心天体表面运行时天体表面运行时r为围绕半径为围绕半径R为中心天体半径为中心天体半径r=R第第8页页考点：天体质量及密度计算考点：天体质量及密度计算第第9页页黄金代换黄金代换2、重力加速度、重力加速度g(1)天体天体表面表面重力加速度为重力加速度为(2)离表面离表面某一高度某一高度物体重力加速度物体重力加速度(轨道轨道重力加速度重力加速度)星球半径星球半径运行轨道运行轨道离地面高度离地面高度注意：注意：Rr h(到到地心地心距离距离)rr第第10页页考点：万有引力及其与重力关系考点：万有引力及其与重力关系第第11页页3、围绕天体绕行速度、角速度、周期与半径、围绕天体绕行速度、角速度、周期与半径关系关系r 越大越大,v越小越小r 越大越大,越小越小 r 越大越大,T越大越大 r 越大越大,a越小越小 P72热点一人造卫星圆周轨道运行规律热点一人造卫星圆周轨道运行规律第第12页页1、第一宇宙速度第一宇宙速度:v=7.9km/s，是物体是物体在地球在地球表面做匀速圆周运动表面做匀速圆周运动速度速度,又叫又叫围绕速度围绕速度。三、宇宙速度三、宇宙速度2、第二宇宙速度：、第二宇宙速度：v=11.2km/s，是物体克服，是物体克服地球引力，永远地球引力，永远离开地球离开地球最小发射速度，也最小发射速度，也称为称为脱离速度脱离速度。3、第三宇宙速度：、第三宇宙速度：v=16.7km/s，是物体摆脱，是物体摆脱太阳引力束缚，太阳引力束缚，飞到太阳系外飞到太阳系外最小发射速度。最小发射速度。也成为也成为逃逸速度逃逸速度。第第13页页发射速度发射速度v运动情况运动情况v 7.9km/sv=7.9km/s7.9km/s v 11.2km/s11.2km/s v 16.7km/sv16.7km/s物体物体落回落回地面地面物体在地面附近绕物体在地面附近绕地做地做匀速圆周运动匀速圆周运动物体绕地球运转，物体绕地球运转，运动轨迹是运动轨迹是椭圆椭圆物体绕物体绕太阳太阳运动运动物体物体飞出飞出太阳系太阳系第一宇宙速度第一宇宙速度第第14页页1、卫星运动规律、卫星运动规律三、同时卫星三、同时卫星地球地球r第第15页页u卫星围绕速度、角速度、周期与其质量无卫星围绕速度、角速度、周期与其质量无关，关，仅由仅由轨道半径轨道半径决定。决定。u离地面离地面越高越高卫星，运行速度卫星，运行速度(v,)越小越小，向，向心加速度心加速度越小越小，周期，周期越长越长。u向高轨道发射卫星所需要向高轨道发射卫星所需要较大发射速度较大发射速度，但高轨道但高轨道运行速度反而小。运行速度反而小。u轨道越高，动能越小，势能越大，机械能轨道越高，动能越小，势能越大，机械能越大越大u第一宇宙速度第一宇宙速度发射卫星发射卫星最小发射速度最小发射速度卫星绕地球做圆周运动卫星绕地球做圆周运动最大围绕速度最大围绕速度近地近地卫星卫星围绕速度围绕速度第第16页页2、卫星运行轨道、卫星运行轨道 赤道轨道赤道轨道：卫星轨道在赤道平：卫星轨道在赤道平面，卫星一直处于赤道上方面，卫星一直处于赤道上方极地轨道极地轨道：卫星轨道平面与赤：卫星轨道平面与赤道平面垂直，卫星经过两极上空道平面垂直，卫星经过两极上空普通轨道普通轨道：卫星轨道和赤道成：卫星轨道和赤道成某一定角度。某一定角度。同时卫星同时卫星 同周期、同角速度、同频率、同转速、同同周期、同角速度、同频率、同转速、同高度、同线速度大小、同向心加速度大小、高度、同线速度大小、同向心加速度大小、同绕行方向，同在赤道正上方。同绕行方向，同在赤道正上方。平面过球心平面过球心质量不一样，向心力不一样质量不一样，向心力不一样第第17页页 所谓同时卫星，即与地球所谓同时卫星，即与地球保持同时保持同时，周周期期同地球自转周期相同同地球自转周期相同(角速度角速度相同相同)，且轨，且轨道面必须在道面必须在赤道平面赤道平面围绕方向与地球自转方向相同围绕方向与地球自转方向相同3、地球同时卫星、地球同时卫星第第18页页考点：考点：赤道上物体、同时卫星和近地卫星赤道上物体、同时卫星和近地卫星第第19页页第第20页页赤道上物体、近地卫星、同时卫星赤道上物体、近地卫星、同时卫星RABCB、C:a近近a同同A、C:a同同 a赤赤a近近 a同同 a赤赤总而言之：总而言之：v近近 v同同 v赤赤v近近 v同同v同同 v赤赤均为卫星，同时均为卫星，同时卫星轨道半径大卫星轨道半径大角速度相同角速度相同近近同同赤赤=同同近近同同=赤赤A、B:a近近 a赤赤v近近 v赤赤半径相同半径相同近近赤赤第第21页页内容内容赤道赤道近地近地同时同时线速度线速度角速度角速度向心加向心加速度速度第一宇宙速度第一宇宙速度第第22页页近地近地 同时同时赤道赤道第第23页页地球地球卫星变轨卫星变轨轨道越轨道越高高，速度越，速度越小小轨道越轨道越低低，速度越，速度越大大u当当卫卫星星因因为为某某种种原原因因速速度度突突然然改改变变时时(开开启启或或关关闭闭发发动动机机或或空空气气阻阻力力作作用用)，万万有有引引力力不不再等于向心力，卫星将变轨运行：再等于向心力，卫星将变轨运行：(1)当卫星速度突然增大时，当卫星速度突然增大时，即万有引力不足以提供向心力，卫星将做即万有引力不足以提供向心力，卫星将做离离心运动，心运动，脱离原来圆轨道，轨道脱离原来圆轨道，轨道半径变大，半径变大，当卫星进入新轨道稳定时由当卫星进入新轨道稳定时由可知其运行速度比原轨道时可知其运行速度比原轨道时减小。减小。第第24页页地球地球卫星变轨卫星变轨(2)当卫星速度突然减小时，当卫星速度突然减小时，即，即万有引力大于所需要向心力，卫星将做万有引力大于所需要向心力，卫星将做近心近心运动，运动，脱离原来圆轨道，轨道脱离原来圆轨道，轨道半径变小，半径变小，当当卫星进入新轨道稳定时由卫星进入新轨道稳定时由 可知其运可知其运行速度比原轨道时行速度比原轨道时增大。增大。变轨只包括瞬时速度关系，加变轨只包括瞬时速度关系，加速度只与轨道高低相关速度只与轨道高低相关轨道越轨道越高高，速度越，速度越小小轨道越轨道越低低，速度越，速度越大大第第25页页考点：人造卫星变轨问题考点：人造卫星变轨问题第第26页页加速加速加速加速第第27页页考点：宇宙速度黑洞与多星系统考点：宇宙速度黑洞与多星系统第第28页页双星运动特点双星运动特点 绕公共圆心转动两个星体组成系统，我们称之绕公共圆心转动两个星体组成系统，我们称之为双星系统，为双星系统，“双星双星”是由两颗绕着是由两颗绕着共同中心共同中心旋旋转转恒星恒星组成。对于其中一颗来说，另一颗就是其组成。对于其中一颗来说，另一颗就是其“伴星伴星”。1、两颗恒星均围绕共同旋转中心、两颗恒星均围绕共同旋转中心做做匀速圆周运动匀速圆周运动。2、两恒星之间、两恒星之间万有引力万有引力分别提供分别提供了两恒星向心力，即两颗恒星受了两恒星向心力，即两颗恒星受到到向心力大小相等向心力大小相等。第第29页页 方法技巧方法技巧多星问题解题技巧多星问题解题技巧(1)挖掘一个隐含条件：在圆周上运动天体挖掘一个隐含条件：在圆周上运动天体角速度角速度(或周期或周期)相等。相等。(2)重视向心力起源分析：双星做匀速圆周运动向心力由重视向心力起源分析：双星做匀速圆周运动向心力由它们之间万它们之间万有引力有引力提供，三星或多星做圆周运动，向心力往往是提供，三星或多星做圆周运动，向心力往往是由多个星万有由多个星万有引力协力引力协力提供。提供。(3)区分两个长度关系：圆周运动区分两个长度关系：圆周运动轨道半径轨道半径和万有引力公式中两和万有引力公式中两天体天体距离距离是不一样，不能误认为一样。是不一样，不能误认为一样。第第30页页考点：天体追及相遇问题考点：天体追及相遇问题第第31页页卫星卫星“追击追击”问题问题AB 某时刻两卫星相距某时刻两卫星相距最近最近(两两卫星与地心共线卫星与地心共线)，经过多长时间两卫星再次，经过多长时间两卫星再次相距相距最近或最远？最近或最远？ABAB第第32页页