万有引力和航天复习省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

万有引力定律万有引力定律 单元复习单元复习第第1页页一、一、行星运动行星运动二、二、万有引力定律内容万有引力定律内容及应用及应用三、三、人造卫星及宇宙速度人造卫星及宇宙速度本章知识结构本章知识结构第第2页页开普勒第一定律（轨道定律）开普勒第一定律（轨道定律）开普勒第二定律（面积定律）开普勒第二定律（面积定律）开普勒第三定律（周期定律）开普勒第三定律（周期定律）2.2.开普勒三定律开普勒三定律一、行星运动一、行星运动1.1.地心说和日心说地心说和日心说第第3页页一、行星运动一、行星运动1.地心说和日心说地心说和日心说 开普勒第一定律开普勒第一定律 （轨道定律）（轨道定律）全部行星围绕太阳运动轨全部行星围绕太阳运动轨道都是椭圆，太阳处于全部道都是椭圆，太阳处于全部椭圆一个焦点上。椭圆一个焦点上。2.开普勒三定律开普勒三定律第第4页页一、行星运动一、行星运动1.1.地心说和日心说地心说和日心说开普勒第一定律开普勒第一定律 （轨道定律）（轨道定律）开普勒第二定律开普勒第二定律 （面积定律）（面积定律）对于每一个行星对于每一个行星而言，太阳和行星联而言，太阳和行星联线在相等时间内扫过线在相等时间内扫过相等面积。相等面积。2.2.开普勒三定律开普勒三定律第第5页页一、行星运动一、行星运动1.1.地心说和日心说地心说和日心说开普勒第一定律开普勒第一定律 （轨道定律）（轨道定律）开普勒第二定律开普勒第二定律 （面积定律）（面积定律）2.2.开普勒三定律开普勒三定律开普勒第三定律开普勒第三定律 （周期定律）（周期定律）全部行星轨道半长轴全部行星轨道半长轴三次方跟公转周期二次方三次方跟公转周期二次方比值都相等。比值都相等。第第6页页例例.有两个人造地球卫星，有两个人造地球卫星，它们绕地球运转轨道半径它们绕地球运转轨道半径之比是之比是1 1：2 2，则它们绕地，则它们绕地球运转周期之比为球运转周期之比为 。第第7页页二、万有引力定律内容二、万有引力定律内容1.1.内容：内容：宇宙间一切物体都宇宙间一切物体都是相互吸引，两个物体间引是相互吸引，两个物体间引力大小与它们质量乘积成正力大小与它们质量乘积成正比，跟它们距离平方成反比。比，跟它们距离平方成反比。万有引力万有引力第第8页页3.3.引力常量：引力常量：G=6.6710G=6.67101111NmNm2 2/kg/kg2 2，数值上等于两，数值上等于两个质量均为个质量均为1kg1kg物体相距物体相距1 1米时它们之间相互吸引力。米时它们之间相互吸引力。2.2.公式公式:F=GmF=Gm1 1m m2 2/r/r2 2 二、万有引力定律内容二、万有引力定律内容第第9页页4.4.万有引力适用条件：万有引力适用条件：(3)(3)若物体不能视为质点若物体不能视为质点,则可把则可把每一个物体视为若干个质点集合每一个物体视为若干个质点集合,然后按定律求出各质点间引力然后按定律求出各质点间引力,再再按矢量法求它们协力。按矢量法求它们协力。(1)(1)适合用于质点适合用于质点(2)(2)当两物体是质量分布均匀球当两物体是质量分布均匀球体时体时,式中式中r r指两球心间距离指两球心间距离.第第10页页5.5.万有引力特征万有引力特征:(1)(1)普遍性普遍性:普遍存在于宇宙普遍存在于宇宙中任何有质量物体间吸引力中任何有质量物体间吸引力.是自然界基本相互作用之一是自然界基本相互作用之一.第第11页页5.5.万有引力特征万有引力特征:(2)(2)相互性相互性:两个物体相互两个物体相互作用引力是一对作用力和作用引力是一对作用力和反作用力反作用力,符合牛顿第三符合牛顿第三定律定律.第第12页页5.5.万有引力特征万有引力特征:(3)(3)宏观性宏观性:通常情况下，通常情况下，万有引力非常小万有引力非常小,只有在只有在质量巨大天体间或天体与质量巨大天体间或天体与物体间它存在才有宏观实物体间它存在才有宏观实际意义际意义.第第13页页6.6.引力常量引力常量G G测定方法及意义：测定方法及意义：卡文迪许扭称试验。卡文迪许扭称试验。其意义是用试验证实了万有其意义是用试验证实了万有引力存在，使得万有引力定引力存在，使得万有引力定律有了真正使用价值律有了真正使用价值。推进了天文学发展推进了天文学发展.第第14页页7.7.万有引力与重力万有引力与重力O O1F万万GF向向忽略地球自转可得忽略地球自转可得：GMm/RGMm/R2 2=mg=mgg g=GMGMR R2 2第第15页页例例.设地球质量为设地球质量为M M，赤道半，赤道半径径R R，自转周期，自转周期T T，则地球赤，则地球赤道上质量为道上质量为m m物体所受重力大物体所受重力大小为？（式中小为？（式中G G为万有引力恒为万有引力恒量）量）GMm/RGMm/R2 2=4=4 2 2mR/TmR/T2 2第第16页页7.7.万有引力定律应用万有引力定律应用(1)(1)“天上天上”：万有引力提供向心万有引力提供向心力力（2 2）“地上地上”：万有引力近似等于重万有引力近似等于重力力应用应用第第17页页主要近似：主要近似：（3 3）有用结论：）有用结论：注意：注意：在本章公式利用上，应尤在本章公式利用上，应尤其注意字母规范、大小写问题；应其注意字母规范、大小写问题；应区分中心天体、围绕天体；球体半区分中心天体、围绕天体；球体半径、轨道半径等问题。径、轨道半径等问题。第第18页页（4 4）估算天体质量和密度）估算天体质量和密度解题思绪：解题思绪：1.1.普通只能求出普通只能求出中心天体中心天体质量及密度。质量及密度。2.2.应知道球体体积公式及密度公式。应知道球体体积公式及密度公式。3.3.注意注意黄金代换式黄金代换式利用。利用。4.4.注意隐含条件使用，比如近地飞行注意隐含条件使用，比如近地飞行等。没有围绕天体可假设。等。没有围绕天体可假设。第第19页页例例.（北京春招）（北京春招）两个星球组两个星球组成双星，它们在相互之间万成双星，它们在相互之间万有引力作用下，绕连线上某有引力作用下，绕连线上某点作周期相同匀速圆周运动，点作周期相同匀速圆周运动，现测得两星中心距离为现测得两星中心距离为R R，其运动周期为其运动周期为T T，求两星总，求两星总质量。质量。第第20页页人造卫星人造卫星三、人造卫星及宇宙速度三、人造卫星及宇宙速度1.1.人造卫星人造卫星 在地球上抛在地球上抛出物体，当出物体，当它速度足够它速度足够大时，物体就大时，物体就永远不会落到地面上，它将围绕地球旋转，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人造地球卫星。简称成为一颗绕地球运动人造地球卫星。简称人造卫星。人造卫星。第第21页页三、人造卫星及宇宙速度三、人造卫星及宇宙速度2.2.人造卫星运动规律人造卫星运动规律 人造卫星运动人造卫星运动近似近似看做匀速圆周看做匀速圆周运动运动，卫星运动所，卫星运动所需要向心力就是它需要向心力就是它所受万有引力。即：所受万有引力。即：万有引力提供向心万有引力提供向心力。力。第第22页页三、人造卫星及宇宙速度三、人造卫星及宇宙速度3.3.人造卫星运动规律推导人造卫星运动规律推导由由第第23页页4.4.半径与线速度、角速度、周半径与线速度、角速度、周期期 、向心加速度关系、向心加速度关系R R增大增大V V减小减小R R增大增大 减小减小R R增大增大T T增大增大R R增大增大a a减小减小第第24页页例例.两颗人造卫星两颗人造卫星A A、B B绕绕地球作圆周运动，周期之地球作圆周运动，周期之比为比为T TA A：T TB B=1=1：8 8，则轨，则轨道半径之比和运动速率之道半径之比和运动速率之比分别为（比分别为（）（RA：RB=1：4；VA：VB=2：1）第第25页页5.5.宇宙速度宇宙速度(1)(1)第一宇宙速度第一宇宙速度：V=7.9km/sV=7.9km/s(2)(2)推导：推导：所以所以第一宇第一宇宙速度宙速度又又叫最小发射速度，最大围绕速度叫最小发射速度，最大围绕速度。第第26页页第一宇宙速度第一宇宙速度：V V1 1=7.9km/s=7.9km/s（地面附近、匀速圆周运动）（地面附近、匀速圆周运动）V V1 1=7.9km/s=7.9km/s第第27页页 假如人造地球卫星进入地面附近假如人造地球卫星进入地面附近轨道速度轨道速度大于大于7.9km/s7.9km/s，而小于，而小于11.2km/s11.2km/s，它绕地球运动轨迹是椭它绕地球运动轨迹是椭圆。圆。第第28页页(3)(3)第二宇宙速度第二宇宙速度：当物体速度当物体速度大于大于或等于或等于11.2km/s11.2km/s时时，卫星就会脱离地，卫星就会脱离地球引力，不在绕地球运行。我们把这球引力，不在绕地球运行。我们把这个速度叫第二宇宙速度。到达第二宇个速度叫第二宇宙速度。到达第二宇宙速度物体还受到太阳引力。宙速度物体还受到太阳引力。第第29页页(4)(4)第三宇宙速度第三宇宙速度：假如物体速度假如物体速度等于等于或大于或大于16.7km/s16.7km/s，物体就摆脱了太阳引物体就摆脱了太阳引力束缚，飞到太阳系以外宇宙空间去。力束缚，飞到太阳系以外宇宙空间去。我们把这个速度叫第三宇宙速度。我们把这个速度叫第三宇宙速度。V1=7.9km/s 地球地球V V2 2=11.2km/s=11.2km/sV V3 3=16.7km/s=16.7km/s11.2km/sv7.9km/s第第30页页三、同时卫星（通讯卫星）三、同时卫星（通讯卫星）1.特点：特点：同时卫星同时卫星第第31页页四、同时卫星（通讯卫星）四、同时卫星（通讯卫星）定周期（频率、转速）定周期（频率、转速）（与地球自转周期相同，（与地球自转周期相同，即即T=24h）定高度定高度（到地面距离相（到地面距离相同，即同，即h=3.6107m）1.特点：特点：第第32页页定在赤道正上方某点定在赤道正上方某点（相对于地球静止）。（相对于地球静止）。定线速度大小（定线速度大小（即即V=3.0 103m/s）定角速度（定角速度（与地球自与地球自转角速度大小转角速度大小）第第33页页定向心加速度大小定向心加速度大小 不一样点：不一样点：因为各国发因为各国发射同时卫星质量普通不一射同时卫星质量普通不一样，所以它们受到向心力样，所以它们受到向心力大小普通不一样。大小普通不一样。第第34页页卫星几个疑难问题解析卫星几个疑难问题解析：1.1.卫星绕地球运动卫星绕地球运动向心加向心加速度速度和物体随地球和物体随地球自转向自转向心加速度心加速度2.2.围绕速度围绕速度与与发射速度发射速度3.3.卫星卫星超重超重和和失重失重第第35页页