理化生高一物理必修2

1、古人對(duì)天體運(yùn)動(dòng)有古人對(duì)天體運(yùn)動(dòng)有哪些看法？哪些看法？ 1 1、地心說、地心說代表人物代表人物：托勒密：托勒密觀點(diǎn)觀點(diǎn)： 地球是宇宙的中心，地球是宇宙的中心，是靜止不動(dòng)的，太陽、月是靜止不動(dòng)的，太陽、月亮以及其他行星都繞地球亮以及其他行星都繞地球運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)?？茖W(xué)的足跡科學(xué)的足跡哥白尼：哥白尼：攔住了太陽，推動(dòng)了地球攔住了太陽，推動(dòng)了地球觀點(diǎn)觀點(diǎn)：太陽是靜止不動(dòng)的，地球和其他行太陽是靜止不動(dòng)的，地球和其他行星都在繞太陽做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。星都在繞太陽做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。2 2、日心說、日心說科學(xué)的足跡科學(xué)的足跡3 3、日心說的進(jìn)一步完善、日心說的進(jìn)一步完善(1)天才觀察者天才觀察者： 第谷第谷布拉赫布拉赫

2、科學(xué)的足跡科學(xué)的足跡 把天體位置測(cè)量的誤差由把天體位置測(cè)量的誤差由10/ 減少到減少到2/第 谷（丹麥） (2) 開普勒：開普勒： 真理超出希望真理超出希望3 3、日心說的進(jìn)一步完善、日心說的進(jìn)一步完善科學(xué)的足跡科學(xué)的足跡開普勒行星運(yùn)動(dòng)三定律開普勒行星運(yùn)動(dòng)三定律 探究探究1 1 行星運(yùn)動(dòng)繞太陽運(yùn)動(dòng)的軌道是行星運(yùn)動(dòng)繞太陽運(yùn)動(dòng)的軌道是什么形狀？什么形狀？地球地球圓？圓？年份年份春分春分夏至夏至秋分秋分冬至冬至20043/206/219/2312/2120053/206/219/2312/2120063/216/219/2312/21秋冬兩季比春夏兩季時(shí)間短秋冬兩季比春夏兩季時(shí)間短春春92天天夏夏9

3、4天天秋秋89天天冬冬90天天開普勒第一定律：開普勒第一定律： 所有行星繞太陽的軌道都是所有行星繞太陽的軌道都是橢圓，太陽處在橢圓的一個(gè)焦橢圓，太陽處在橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上。點(diǎn)上。開普勒行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律開普勒行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律焦點(diǎn)焦點(diǎn)太陽太陽焦點(diǎn)焦點(diǎn)(1).開普勒第一定律開普勒第一定律 （軌道定律）（軌道定律）所有行星圍繞太陽運(yùn)動(dòng)的軌道都是橢圓，太所有行星圍繞太陽運(yùn)動(dòng)的軌道都是橢圓，太陽處在橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上。陽處在橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上。 三三.開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律RFF太陽開普勒第一定律，解決了行星動(dòng)行的軌道問題，得出了行星運(yùn)動(dòng)的軌道不是圓，行開普勒第一定律，解決了行星動(dòng)行的軌道問題，得出了行星

4、運(yùn)動(dòng)的軌道不是圓，行星與太陽的距離不斷的變化，有時(shí)遠(yuǎn)離太陽，有時(shí)靠近太陽，所以行星的運(yùn)動(dòng)就不是星與太陽的距離不斷的變化，有時(shí)遠(yuǎn)離太陽，有時(shí)靠近太陽，所以行星的運(yùn)動(dòng)就不是哥白尼在哥白尼在“日心說日心說”中所提出的行星的運(yùn)動(dòng)是圓周運(yùn)動(dòng)。中所提出的行星的運(yùn)動(dòng)是圓周運(yùn)動(dòng)。 可以推證，當(dāng)行星離太陽比較近時(shí)，運(yùn)動(dòng)速度比較快，而離太陽比較遠(yuǎn)時(shí)速度比較可以推證，當(dāng)行星離太陽比較近時(shí)，運(yùn)動(dòng)速度比較快，而離太陽比較遠(yuǎn)時(shí)速度比較慢，這也就是在地理中所提到的，在近日點(diǎn)速度大于遠(yuǎn)日點(diǎn)速度。慢，這也就是在地理中所提到的，在近日點(diǎn)速度大于遠(yuǎn)日點(diǎn)速度。 注意：注意：1、太陽并不是位于橢圓中心，而是位于焦點(diǎn)處。、太陽并不是位于

5、橢圓中心，而是位于焦點(diǎn)處。 2、不同行星軌道不同，但所有軌道的焦點(diǎn)重合。、不同行星軌道不同，但所有軌道的焦點(diǎn)重合。開普勒第二定律：開普勒第二定律： 對(duì)任意一個(gè)行星來說，它與太陽的連線在相等的時(shí)間內(nèi)掃對(duì)任意一個(gè)行星來說，它與太陽的連線在相等的時(shí)間內(nèi)掃過相等的面積。過相等的面積。開普勒行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律開普勒行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律遠(yuǎn)處速度遠(yuǎn)處速度慢慢近處速近處速度快度快開普勒第三定律：開普勒第三定律： 所有行星的橢圓軌道的半長(zhǎng)軸的三次方跟它的公轉(zhuǎn)周所有行星的橢圓軌道的半長(zhǎng)軸的三次方跟它的公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等。期的二次方的比值都相等。表達(dá)式：表達(dá)式：a a3 3T T2 2= k= k半長(zhǎng)軸半長(zhǎng)軸行星繞太陽

6、公轉(zhuǎn)的行星繞太陽公轉(zhuǎn)的周期周期探究探究2：行星行星半長(zhǎng)軸半長(zhǎng)軸(x106km) 公轉(zhuǎn)周期公轉(zhuǎn)周期(天天)K值值水星水星5787.973.361018金星金星1082253.351018地球地球1493653.311018火星火星2286873.361018木星木星7784333土星土星142610759天王星天王星286930686海王星海王星449560188同步衛(wèi)星同步衛(wèi)星0.04241月球月球0.384427.322結(jié)結(jié) 論論 k值與中心天體有關(guān)，而值與中心天體有關(guān)，而與環(huán)繞天體無關(guān)與環(huán)繞天體無關(guān)12:T T 3231RR 典例典例2兩個(gè)行星的質(zhì)量分別是兩個(gè)行星的質(zhì)量分別是m1、m2，它

7、們繞太，它們繞太陽運(yùn)行的軌道半長(zhǎng)軸分別是陽運(yùn)行的軌道半長(zhǎng)軸分別是R1和和R2，則它們的公轉(zhuǎn)，則它們的公轉(zhuǎn)周期之比為多少？周期之比為多少？ 典例典例1.太陽系中有八大行星，請(qǐng)你將它們繞太陽運(yùn)太陽系中有八大行星，請(qǐng)你將它們繞太陽運(yùn)動(dòng)的周期由小到大依次排序動(dòng)的周期由小到大依次排序擴(kuò)擴(kuò).設(shè)軌道接近于圓周，兩者的運(yùn)動(dòng)線速度、角速度、向心設(shè)軌道接近于圓周，兩者的運(yùn)動(dòng)線速度、角速度、向心加速度之比為多少加速度之比為多少？典例典例3.木星繞太陽轉(zhuǎn)動(dòng)的周期為地球繞太陽的轉(zhuǎn)動(dòng)的周期的木星繞太陽轉(zhuǎn)動(dòng)的周期為地球繞太陽的轉(zhuǎn)動(dòng)的周期的12倍，則木星繞太陽運(yùn)行的軌道半長(zhǎng)軸約為地球繞太陽運(yùn)行倍，則木星繞太陽運(yùn)行的軌道半長(zhǎng)軸

8、約為地球繞太陽運(yùn)行軌道半長(zhǎng)軸的軌道半長(zhǎng)軸的倍倍. 典例典例4、地球繞太陽運(yùn)行的軌道半長(zhǎng)軸為、地球繞太陽運(yùn)行的軌道半長(zhǎng)軸為1.501011m,周期為周期為365天；月球繞地球天；月球繞地球運(yùn)行的軌道半長(zhǎng)軸為運(yùn)行的軌道半長(zhǎng)軸為3.82108 m，周期，周期為為27.3天，天， 則對(duì)于繞太陽運(yùn)行的行星，則對(duì)于繞太陽運(yùn)行的行星，R3/T2的值為的值為m3/s2;對(duì)于繞地球運(yùn)動(dòng)對(duì)于繞地球運(yùn)動(dòng)的物體，的物體， R3/T2值為值為 m3/s2 。 典例典例5宇宙飛船圍繞太陽在近似圓形的軌道上運(yùn)動(dòng)，宇宙飛船圍繞太陽在近似圓形的軌道上運(yùn)動(dòng)，若軌道半徑是地球軌道半徑的若軌道半徑是地球軌道半徑的9倍，則宇宙飛船繞太

9、陽倍，則宇宙飛船繞太陽運(yùn)行的周期是運(yùn)行的周期是 （ ）A3年年 B9年年 C27年年 D81年年對(duì)于同一個(gè)行星的不同衛(wèi)星，它們也符合運(yùn)動(dòng)規(guī)律：對(duì)于同一個(gè)行星的不同衛(wèi)星，它們也符合運(yùn)動(dòng)規(guī)律： 月球人造衛(wèi)星以及其他行星的衛(wèi)星不是繞太陽運(yùn)月球人造衛(wèi)星以及其他行星的衛(wèi)星不是繞太陽運(yùn)動(dòng)，它們和行星的運(yùn)動(dòng)比較，就有：動(dòng)，它們和行星的運(yùn)動(dòng)比較，就有：3322RRTT行衛(wèi)衛(wèi)行32RKT 典例典例6.把月球及繞地球的同步衛(wèi)星看作繞地把月球及繞地球的同步衛(wèi)星看作繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，試計(jì)算一下月球與同球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，試計(jì)算一下月球與同步衛(wèi)星到地球球心的距離比。步衛(wèi)星到地球球心的距離比。 典例典例7.飛船沿半徑為

10、飛船沿半徑為R的圓周繞地球運(yùn)動(dòng)，其的圓周繞地球運(yùn)動(dòng)，其周期為周期為T，如果飛船要返回地面，可在軌道，如果飛船要返回地面，可在軌道上的某一點(diǎn)上的某一點(diǎn)A處，將速率降低到適當(dāng)數(shù)值，處，將速率降低到適當(dāng)數(shù)值，從而使飛船沿以地心為焦點(diǎn)的橢圓軌道運(yùn)從而使飛船沿以地心為焦點(diǎn)的橢圓軌道運(yùn)動(dòng)，橢圓和地球表面在動(dòng)，橢圓和地球表面在B處相切，如圖，如處相切，如圖，如果地球半徑為果地球半徑為R0，則飛船由，則飛船由A點(diǎn)到點(diǎn)到B點(diǎn)所需點(diǎn)所需要的時(shí)間是多少？要的時(shí)間是多少？（4）意義：開普勒關(guān)于行星運(yùn)動(dòng)的描述為萬）意義：開普勒關(guān)于行星運(yùn)動(dòng)的描述為萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。有引力定律的發(fā)現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。雖然，行星的運(yùn)動(dòng)

11、是橢圓軌道，運(yùn)動(dòng)速度大小不斷的雖然，行星的運(yùn)動(dòng)是橢圓軌道，運(yùn)動(dòng)速度大小不斷的變化，但實(shí)際上，多數(shù)大行星的軌道與圓十分接近，變化，但實(shí)際上，多數(shù)大行星的軌道與圓十分接近，所以在中學(xué)階段的研究中能夠按圓處理，所以所以在中學(xué)階段的研究中能夠按圓處理，所以多數(shù)大行星繞太陽運(yùn)動(dòng)的軌道十分接近圓，太陽處多數(shù)大行星繞太陽運(yùn)動(dòng)的軌道十分接近圓，太陽處在圓心在圓心對(duì)某一行星來說，它繞太陽做圓周運(yùn)動(dòng)的角速度對(duì)某一行星來說，它繞太陽做圓周運(yùn)動(dòng)的角速度（線速度）大小不變，即行星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)（線速度）大小不變，即行星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)所以行星軌道半徑的三次方跟它的公轉(zhuǎn)周期的二次所以行星軌道半徑的三次方跟它的公轉(zhuǎn)周期的二次

12、方的比值都相等。方的比值都相等。 總體來說，就是變速橢圓運(yùn)動(dòng)作為勻速圓周運(yùn)動(dòng)總體來說，就是變速橢圓運(yùn)動(dòng)作為勻速圓周運(yùn)動(dòng)處理，對(duì)應(yīng)的半長(zhǎng)軸即為圓的半徑。處理，對(duì)應(yīng)的半長(zhǎng)軸即為圓的半徑。四、高中階段對(duì)行星運(yùn)動(dòng)的近似化研究四、高中階段對(duì)行星運(yùn)動(dòng)的近似化研究 實(shí)際上行星繞太陽的運(yùn)動(dòng)很實(shí)際上行星繞太陽的運(yùn)動(dòng)很接近圓，在中學(xué)階段，可近似接近圓，在中學(xué)階段，可近似看成圓來處理問題，那么開普看成圓來處理問題，那么開普勒三定律的形式又如何？勒三定律的形式又如何？1、多數(shù)行星繞太陽運(yùn)動(dòng)的軌道十分、多數(shù)行星繞太陽運(yùn)動(dòng)的軌道十分接近圓，太陽處在圓心；接近圓，太陽處在圓心；2、對(duì)某一行星來說，它繞太陽做圓、對(duì)某一行星來

13、說，它繞太陽做圓周運(yùn)動(dòng)的角速度（或線速度大?。┲苓\(yùn)動(dòng)的角速度（或線速度大小）不變，即行星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)；不變，即行星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)；3、所有行星軌道半徑的三次方跟它、所有行星軌道半徑的三次方跟它的公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等。的公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等。 課堂訓(xùn)練課堂訓(xùn)練 1下列說法正確的是下列說法正確的是( ) A地球是宇宙的中心，太陽、月亮及其他行星地球是宇宙的中心，太陽、月亮及其他行星都繞地球運(yùn)動(dòng)都繞地球運(yùn)動(dòng) B.太陽是宇宙的中心，所有天體都繞太陽運(yùn)動(dòng)太陽是宇宙的中心，所有天體都繞太陽運(yùn)動(dòng) C.太陽是靜止不動(dòng)的，地球和其他行星都繞太太陽是靜止不動(dòng)的，地球和其他行星都繞太陽運(yùn)動(dòng)陽運(yùn)動(dòng)

14、D“地心說地心說”和哥白尼提出的和哥白尼提出的“日心說日心說”現(xiàn)在現(xiàn)在看來都是不正確的看來都是不正確的 分析；分析；“地心說地心說”是錯(cuò)誤的，所以是錯(cuò)誤的，所以A不正不正確太陽系在銀河系中運(yùn)動(dòng)，銀河系也在確太陽系在銀河系中運(yùn)動(dòng)，銀河系也在運(yùn)動(dòng)，所以，運(yùn)動(dòng)，所以，B、C不正確，不正確，D正確正確*知道行星繞太陽運(yùn)動(dòng)的向心力由太陽對(duì)它的引力提供*了解行星與太陽間的引力公式的建立和發(fā)展過程*知道太陽與行星間的引力與哪些因素有關(guān) 目前已知太陽系中有8顆大行星(如下圖所示)它們通常被分為兩組：內(nèi)層行星(水星、金星、地球、火星)和外層行星(木星、土星、天王星、海王星)，內(nèi)層行星體積較小，主要由巖石和鐵組成

15、；外層行星體積要大得多，主要由氫、氦、冰物質(zhì)組成 哥白尼說：“太陽坐在它的皇位上，管理著圍繞著它的一切星球” 那么是什么原因使行星繞太陽運(yùn)動(dòng)呢？伽利略、開普勒以及法國(guó)數(shù)學(xué)家笛卡爾都提出過自己的解釋然而，只有牛頓才給出了正確的解釋. 1根據(jù)開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律的近似處理方法知，行星以太陽為圓心做_運(yùn)動(dòng)，太陽對(duì)行星的_力提供向心力 2由勻速圓周運(yùn)動(dòng)公式F_，v_，結(jié)合開普勒第三定律公式_，可得F_，由該公式可知，太陽對(duì)行星的引力與_成正比，與_成反比，即_ 3太陽與行星間的引力的大小與_、_成正比，與_成反比，即_，寫成等式為_，其中G是比例系數(shù)，與太陽、行星都_關(guān)系 將行星繞太陽做橢圓運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)化為勻

16、速圓周運(yùn)動(dòng)，則行星做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由太陽對(duì)行星的引力來充當(dāng) 在探究太陽與行星間的引力的思考中，屬于牛頓的猜想的是() A使行星沿圓軌道運(yùn)動(dòng)，需要一個(gè)指向圓心的力，這個(gè)力就是太陽對(duì)行星的吸引力 B行星運(yùn)動(dòng)的半徑越大，其做圓周運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)周期越大 C行星運(yùn)動(dòng)的軌道是一個(gè)橢圓 D任何兩個(gè)物體之間都存在太陽和行星之間存在的這種類型的引力 答案：AD 解析：牛頓認(rèn)為任何方式變速度都需要力(這種力存在于任何兩物體之間)，行星沿圓或橢圓運(yùn)動(dòng)，需要指向圓心或橢圓焦點(diǎn)的力，這個(gè)力是太陽對(duì)它的引力 點(diǎn)評(píng)：應(yīng)對(duì)哥白尼、開普勒、第谷、牛頓等科學(xué)家對(duì)物理學(xué)的貢獻(xiàn)加以理解. 式中式中G是比例系數(shù)，與太陽，行星都沒有關(guān)系是

17、比例系數(shù)，與太陽，行星都沒有關(guān)系 (2)太陽與行星間的引力的方向沿著二者的連線太陽與行星間的引力的方向沿著二者的連線 太陽對(duì)地球有相當(dāng)大的引力，地球?qū)μ栆灿幸ψ饔茫瑸槭裁此鼈儾豢吭谝黄?？其原因?) A太陽對(duì)地球的引力與地球?qū)μ柕囊?，這兩個(gè)力大小相等、方向相反、互相平衡 B太陽對(duì)地球的引力還不夠大 C不僅太陽對(duì)地球有引力作用，而且太陽系里其他星球?qū)Φ厍蛞灿幸?，這些力的合力為零 D太陽對(duì)地球引力不斷改變地球的運(yùn)動(dòng)方向，使得地球繞太陽運(yùn)行 答案：D 解析：根據(jù)牛頓第三定律：力的作用是相互的，作用力和反作用力分別作用在兩個(gè)物體上，不能相互抵消受力情況決定運(yùn)動(dòng)情況太陽對(duì)地球的引力提供向心力，

18、不斷改變地球的運(yùn)動(dòng)方向故正確答案為D. 點(diǎn)評(píng)：本題考查了學(xué)生對(duì)圓周運(yùn)動(dòng)的向心力、天體間的引力公式的理解解題時(shí)注意，由于速度變化而需要的力和由于質(zhì)量存在而產(chǎn)生的引力是不同的 以下說法正確的是() A物體的重力不是地球?qū)ξ矬w的引力引起的 B人造地球衛(wèi)星離地球越遠(yuǎn)，受到地球的引力越大 C人造地球衛(wèi)星繞地球運(yùn)動(dòng)的向心力由地球?qū)λ囊μ峁?D宇宙飛船內(nèi)的宇航員處于失重狀態(tài)是由于沒有受到引力的作用 答案：C 答案：AB 如果要驗(yàn)證太陽與行星之間引力的規(guī)律是否適用于行星與它的衛(wèi)星，我們需要觀測(cè)這些衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的哪些數(shù)據(jù)？觀測(cè)前你對(duì)這些數(shù)據(jù)的規(guī)律有什么假設(shè)？ 解析：假定近地衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑為R

19、，運(yùn)行周期為T，地球和近地衛(wèi)星質(zhì)量分別為M和m，由做圓周運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星所需的向心力即為地球?qū)λ囊?，有第六章第六?萬有引力與航天萬有引力與航天知識(shí)回顧太陽與行星間的引力太陽與行星間的引力古人古人觀點(diǎn)觀點(diǎn)牛頓牛頓思考思考理論理論演算演算總結(jié)總結(jié)規(guī)律規(guī)律建模建模理想化理想化2rMmGF 2rmF 2rMF 類比類比推導(dǎo)推導(dǎo)月亮繞地球運(yùn)行月亮繞地球運(yùn)行地球?qū)υ虑虻牧?，地球?qū)υ虑虻牧?，地球?qū)Φ孛嫔衔矬w的力，地球?qū)Φ孛嫔衔矬w的力，太陽對(duì)行星的力，太陽對(duì)行星的力，是不是同一種力呢？是不是同一種力呢？牛頓的思考：牛頓的思考：萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)過程萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)過程蘋果與月亮受到的力蘋果與月亮受到的力可能

20、是同一種力可能是同一種力! ! 可能是地球表面的重可能是地球表面的重力延伸到月亮。力延伸到月亮。 而且而且都是類似太陽都是類似太陽與與行星間的引力，它們都行星間的引力，它們都應(yīng)遵從應(yīng)遵從“與距離與距離的二次的二次方成反比方成反比”的關(guān)系。的關(guān)系。牛頓的猜想：牛頓的猜想：證明：蘋果、月亮受力證明：蘋果、月亮受力滿足滿足“平方反比平方反比”的關(guān)系的關(guān)系 2rMmGF 2rMGa Fma牛頓第二定律：牛頓第二定律： 當(dāng)時(shí)已知的一些量：當(dāng)時(shí)已知的一些量： 地表重力加速度：地表重力加速度：g = 9.8m/s2 地球半徑：地球半徑： R = 6400103m 月亮周期：月亮周期： T = 27.3天天2

21、.36106s 月亮軌道半徑：月亮軌道半徑： r 60Rga36001月？計(jì)算驗(yàn)證：計(jì)算驗(yàn)證：g36001計(jì)算結(jié)果：計(jì)算結(jié)果：2322/1072. 24smrTa月2rMGa 1、內(nèi)容：、內(nèi)容：自然界中自然界中任何兩個(gè)物體任何兩個(gè)物體都相互吸引，都相互吸引，引力的大小與物體的引力的大小與物體的質(zhì)量質(zhì)量m1和和m2的乘積的乘積成成正比正比，與它們之間與它們之間距離距離r的二次方的二次方成成反比反比。(1687年年)221rmmGF 2、公式：、公式： (3)萬有引力定律適用的條件 嚴(yán)格地說，萬有引力定律只適用于質(zhì)點(diǎn)的相互作用 兩個(gè)質(zhì)量分布均勻的球體或球殼間的相互作用，也可用萬有引力定律計(jì)算，其中

22、r是兩個(gè)球體或球殼的球心間的距離 如果兩個(gè)物體間的距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于物體本身的大小時(shí)，物體可看成質(zhì)點(diǎn)，公式可近似適用，其中r為兩物體質(zhì)心間的距離 特別提醒： (1)任何物體間的萬有引力都是同種性質(zhì)的力 (2)任何有質(zhì)量的物體間都存在萬有引力，一般情況下，質(zhì)量較小的物體之間萬有引力忽略不計(jì)，只考慮天體間或天體對(duì)放入其中的物體的萬有引力 設(shè)想質(zhì)量為m的物體放到地球的中心，地球質(zhì)量為M，半徑為R，則物體與地球間的萬有引力是() 答案：A (1)萬有引力的普遍性萬有引力不僅存在于星球間，任何客觀存在的有質(zhì)量的物體之間都存在著這種相互吸引力 (2)萬有引力的相互性兩個(gè)物體相互作用的引力是一對(duì)作用力和反作用力，

23、它們大小相等，方向相反，分別作用在兩個(gè)物體上 (3)萬有引力的宏觀性在通常情況下，萬有引力非常小，只有在質(zhì)量巨大的星球間或天體與天體附近的物體間，它的存在才有實(shí)際的物理意義，故在分析地球表面物體受力時(shí)，不考慮其他物體對(duì)它的萬有引力 (4)萬有引力的特殊性兩個(gè)物體間的萬有引力只與它們本身的質(zhì)量有關(guān)，與它們之間的距離有關(guān)而與所在空間的性質(zhì)無關(guān) (1)(1)萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)萬有引力定律的發(fā)現(xiàn), , 是是1717世紀(jì)自然科學(xué)最偉大的成果之世紀(jì)自然科學(xué)最偉大的成果之一一. . 把地面上物體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律和把地面上物體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律和天體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律統(tǒng)一了起來。天體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律統(tǒng)一了起來。 (2) (2)萬有引力定

24、律的發(fā)現(xiàn)萬有引力定律的發(fā)現(xiàn), , 對(duì)對(duì)以后物理學(xué)的發(fā)展和天文學(xué)的發(fā)以后物理學(xué)的發(fā)展和天文學(xué)的發(fā)展具有深遠(yuǎn)的影響展具有深遠(yuǎn)的影響, , 它它第一次揭第一次揭示了自然界中一種基本相互作用示了自然界中一種基本相互作用的規(guī)律。的規(guī)律。 (3)(3)萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)萬有引力定律的發(fā)現(xiàn), , 解解放了人們的思想，對(duì)科學(xué)文化的放了人們的思想，對(duì)科學(xué)文化的發(fā)展起到了積極的推動(dòng)作用。發(fā)展起到了積極的推動(dòng)作用。4、意義：、意義：萬有引力定律的驗(yàn)證萬有引力定律的驗(yàn)證哈雷彗星回歸預(yù)測(cè)哈雷彗星回歸預(yù)測(cè)哈雷彗星哈雷彗星1682 年年8 月出現(xiàn)月出現(xiàn) 1758 年年12 月月25 日晚回歸日晚回歸哈雷哈雷引力常量的測(cè)量引

25、力常量的測(cè)量卡文迪許扭稱實(shí)驗(yàn)卡文迪許扭稱實(shí)驗(yàn)(1789年年)卡文迪許卡文迪許卡文迪許實(shí)驗(yàn)室卡文迪許實(shí)驗(yàn)室【思考思考】對(duì)于一個(gè)十分微小的物理量對(duì)于一個(gè)十分微小的物理量 該采用什么方法測(cè)量？該采用什么方法測(cè)量？放大法放大法引力常量的測(cè)量引力常量的測(cè)量卡文迪許扭稱實(shí)驗(yàn)卡文迪許扭稱實(shí)驗(yàn)(1789年年) (1)1789年，英國(guó)物理學(xué)家卡文迪許用“扭秤實(shí)驗(yàn)”(如圖所示)比較準(zhǔn)確地測(cè)出了G的數(shù)值 (2)標(biāo)準(zhǔn)值G6.672591011Nm2/kg2，通常取G6.671011Nm2/kg2. 如圖所示，一位果農(nóng)挑著兩筐質(zhì)量均為30kg的蘋果設(shè)兩筐蘋果質(zhì)心間的距離為2m，請(qǐng)用萬有引力定律計(jì)算它們之間的萬有引力(G

26、取6.671011Nm2/kg2)1、實(shí)驗(yàn)原理：、實(shí)驗(yàn)原理：力矩平衡，即引力矩力矩平衡，即引力矩=扭轉(zhuǎn)力矩扭轉(zhuǎn)力矩2、科學(xué)方法：、科學(xué)方法：放大法放大法3、測(cè)定引力常量的意義、測(cè)定引力常量的意義物理含義：物理含義： 兩個(gè)質(zhì)量為兩個(gè)質(zhì)量為1kg的物體相距的物體相距1m時(shí)，時(shí)，它們之間萬有引力為它們之間萬有引力為6.6710-11 N兩次放大及等效的思想兩次放大及等效的思想 ： (1)(1)扭秤裝置把微小力轉(zhuǎn)變成力矩來反映扭秤裝置把微小力轉(zhuǎn)變成力矩來反映(2)(2)扭轉(zhuǎn)角度扭轉(zhuǎn)角度( (微小形變微小形變) )通過光標(biāo)的移動(dòng)來反映通過光標(biāo)的移動(dòng)來反映A、證明了萬有引力的存在、證明了萬有引力的存在B、

27、開創(chuàng)了測(cè)量弱力的新時(shí)代、開創(chuàng)了測(cè)量弱力的新時(shí)代C、使得萬有引力定律有了真正的實(shí)用價(jià)值、使得萬有引力定律有了真正的實(shí)用價(jià)值( (卡文迪許被稱為能稱出地球質(zhì)量的人卡文迪許被稱為能稱出地球質(zhì)量的人) )122112750 506.67 100.56.67 10m mFGrNN 一粒芝麻重的幾千分之一一粒芝麻重的幾千分之一!為什么我們感覺不到周圍物體的引力呢？為什么我們感覺不到周圍物體的引力呢？ 那么那么太陽與地球之間的萬有引力又是多大呢？太陽與地球之間的萬有引力又是多大呢？已知：太陽的質(zhì)量為已知：太陽的質(zhì)量為M=2.01030kg，地球質(zhì)量為，地球質(zhì)量為m=6.01024kg，日地之間的距離為，日地

28、之間的距離為R=1.51011mF=GMm/R2=6.6710-112.010306.01024/(1.51011)2 =3.51022(N)能拉斷直徑為能拉斷直徑為9000km的鋼柱的鋼柱!太陽對(duì)質(zhì)量為太陽對(duì)質(zhì)量為50kg的人，引力很小，不到的人，引力很小，不到0.3N我們感受不到太陽的引力我們感受不到太陽的引力1、內(nèi)容：、內(nèi)容： 自然界中自然界中任何兩個(gè)物體任何兩個(gè)物體都相互吸都相互吸引，引力的大小與物體的引，引力的大小與物體的質(zhì)量質(zhì)量m1和和m2的乘積的乘積成成正比正比，與它們之間，與它們之間距離距離r的二次方的二次方成成反比反比。221rmmGF 2、公式：、公式：r：質(zhì)點(diǎn)：質(zhì)點(diǎn)(球心

29、球心)間的距離間的距離引力常量：引力常量：G=6.671011 Nm2/kg23、條件、條件: 質(zhì)點(diǎn)質(zhì)點(diǎn)或或均質(zhì)球體均質(zhì)球體4、理解、理解: :普遍性普遍性、相互性相互性、宏觀性宏觀性、特殊性特殊性m2m1FFr1. 要使兩物體間的萬有引力減小到原來的要使兩物體間的萬有引力減小到原來的1/4，下列辦法，下列辦法可采用的是（可采用的是（ ） A. 使兩個(gè)物體質(zhì)量各減小一半，距離不變使兩個(gè)物體質(zhì)量各減小一半，距離不變 B. 使其中一個(gè)物體的質(zhì)量減小到原來的使其中一個(gè)物體的質(zhì)量減小到原來的1/4，距離不變，距離不變 C. 使兩物體的距離增為原來的使兩物體的距離增為原來的2倍，質(zhì)量不變倍，質(zhì)量不變 D

30、. 距離和兩物體質(zhì)量都減小為原來的距離和兩物體質(zhì)量都減小為原來的1/4221rmmG221rmmG大于221rmmG小于12mg19mg12R同桌的兩位同學(xué),質(zhì)量分別是50Kg，間距為0.5m，求它們之間的作用力多大？例題分析例題分析117122250 506.67 106.67 100.5m mFGNr說明：說明：一般物體間的萬有引力可忽略不計(jì)，天一般物體間的萬有引力可忽略不計(jì)，天體間的萬有引力則決定天體的運(yùn)動(dòng)。體間的萬有引力則決定天體的運(yùn)動(dòng)。如圖所示，兩球的半徑分別為如圖所示，兩球的半徑分別為r1和和r2，均小于，均小于r，兩球質(zhì)量分布均勻，大小分別為，兩球質(zhì)量分布均勻，大小分別為m1、m

31、2，則兩球間的萬有引力大小為則兩球間的萬有引力大小為（）（）AGm1m2/r2BGm1m2/r12CGm1m2/(r1r2)2DGm1m2/(r1r2r)2例題分析例題分析D對(duì)于萬有引力定律的表述式，下列說法中正對(duì)于萬有引力定律的表述式，下列說法中正確的是確的是( )A、公式中、公式中G為引力常量，它是由實(shí)驗(yàn)測(cè)得為引力常量，它是由實(shí)驗(yàn)測(cè)得的，而不是人為規(guī)定的的，而不是人為規(guī)定的B、當(dāng)、當(dāng)r趨近于零時(shí)，萬有引力趨于無窮大趨近于零時(shí)，萬有引力趨于無窮大C、m1與與m2受到的引力大小總是相等的，受到的引力大小總是相等的，方向相反，是一對(duì)平衡力方向相反，是一對(duì)平衡力D、m1與與m2受到的引力大小總足相

32、等的，受到的引力大小總足相等的，而與而與m1、m2 是否相等無關(guān)是否相等無關(guān)例題分析例題分析AD設(shè)行星繞恒星的運(yùn)動(dòng)軌道是圓，則其運(yùn)行周設(shè)行星繞恒星的運(yùn)動(dòng)軌道是圓，則其運(yùn)行周期期T的平方與其運(yùn)行軌道半徑的平方與其運(yùn)行軌道半徑R的三次方之比的三次方之比為常數(shù)，即，那么為常數(shù)，即，那么k的大小決定于（的大小決定于（ ）A、只與行星質(zhì)量有關(guān)、只與行星質(zhì)量有關(guān)B、只與恒星質(zhì)量有關(guān)、只與恒星質(zhì)量有關(guān)C、與行星及恒星的質(zhì)量都有關(guān)、與行星及恒星的質(zhì)量都有關(guān)D、與恒星的質(zhì)量及行星的速率有關(guān)、與恒星的質(zhì)量及行星的速率有關(guān)例題分析例題分析B222()MmGmrrT3224rGMkT如下圖所示，在半徑如下圖所示，在半

33、徑R20cm、質(zhì)量、質(zhì)量M168kg的均勻銅球中，挖去一球形空穴，空穴的半徑為要，的均勻銅球中，挖去一球形空穴，空穴的半徑為要，并且跟銅球相切，在銅球外有一質(zhì)量并且跟銅球相切，在銅球外有一質(zhì)量m1kg、體、體積可忽略不計(jì)的小球，這個(gè)小球位于連接銅球球心積可忽略不計(jì)的小球，這個(gè)小球位于連接銅球球心跟空穴中心的直線上，并且在空穴一邊，兩球心相跟空穴中心的直線上，并且在空穴一邊，兩球心相距是距是d2m，試求它們之間的相互吸引力，試求它們之間的相互吸引力例題分析例題分析F1FF22.41109NFF2 、 火星的半徑是地球半徑的一半火星的半徑是地球半徑的一半, 火星的質(zhì)火星的質(zhì)量約為地球質(zhì)量的九分之一

34、；那么地球表面量約為地球質(zhì)量的九分之一；那么地球表面50kg的物體受到地球的引力約是火星表面同的物體受到地球的引力約是火星表面同質(zhì)量的物體受到火星吸引力的多少倍？質(zhì)量的物體受到火星吸引力的多少倍？解解：已知：已知 M地地=9M火火,R地地=2R火火。物體。物體m分別在地球和火星分別在地球和火星 上，由萬有引力定律上，由萬有引力定律 F地地=GmM地地/R地地 F火火=GmM火火/R火火 F地地/F火火=（M地地/M火火）（R火火/R地地） =（9/1） （1/2）2 =9/4 22 物體的重力并不等于萬有引力，但物體的重力和地球?qū)υ撐矬w的萬有引力差別很小，物體的重力是地球?qū)ξ矬w的萬有引力的一個(gè)

35、分力，萬有引力F的另一個(gè)分力F1是使物體隨地球自轉(zhuǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力，越靠近赤道(緯度越低)，如圖所示，物體繞地軸隨地球一起運(yùn)動(dòng)的向心力F1就越大，重力就越?。环粗?，越靠近地球兩極(緯度越高)，物體繞地軸隨地球一起運(yùn)動(dòng)的向心力F1就越小，重力就越大在兩極，重力等于萬有引力復(fù)習(xí)：復(fù)習(xí)：1 1、萬有引力定律的內(nèi)容是什么？、萬有引力定律的內(nèi)容是什么？2 2、該定律的適用條件是什么？、該定律的適用條件是什么？3 3、比例系數(shù)、比例系數(shù)G G是怎樣測(cè)量的？是怎樣測(cè)量的？關(guān)于萬有引力的說明：關(guān)于萬有引力的說明：（1 1）普遍性：普遍性：它是自然界中物質(zhì)之間的基本的它是自然界中物質(zhì)之間的基本的相互作

36、用之一，存在于任何客觀存在的兩部分有相互作用之一，存在于任何客觀存在的兩部分有質(zhì)量之間。質(zhì)量之間。（2 2）相互性：相互性：兩個(gè)物體相互作用的引力是一對(duì)兩個(gè)物體相互作用的引力是一對(duì)作用力與反作用力。作用力與反作用力。（3 3）宏觀性：宏觀性：通常情況下，它非常小。只有在通常情況下，它非常小。只有在質(zhì)量巨大的天體間，它的存在才有宏觀物理意義。質(zhì)量巨大的天體間，它的存在才有宏觀物理意義。4 4萬有引力理論的成就地球的質(zhì)量到底有多大？這個(gè)問題困擾了科學(xué)家許多地球的質(zhì)量到底有多大？這個(gè)問題困擾了科學(xué)家許多年。已知地球表面的重力加速度是年。已知地球表面的重力加速度是g=9.8m/sg=9.8m/s2 2

37、，地球的半，地球的半徑是徑是6400km6400km，萬有引力常量是，萬有引力常量是G=6.67G=6.671010-11-11NmNm2 2/kg/kg2 2。你能否根據(jù)這些數(shù)據(jù)計(jì)算地球的質(zhì)量嗎？你能否根據(jù)這些數(shù)據(jù)計(jì)算地球的質(zhì)量嗎？ 。2RMmGmg2gRMGGM=gR2黃金代換式黃金代換式試求：試求： 質(zhì)量為質(zhì)量為1kg的物體靜止的物體靜止在赤道上時(shí)的向心加速度。在赤道上時(shí)的向心加速度。（已知地球半徑（已知地球半徑R=6.106m)答案：答案：a=0.034m/s2點(diǎn)評(píng)：點(diǎn)評(píng)：重力加速度重力加速度 g g 的變化的變化1 1）重力是萬有引力的分力）重力是萬有引力的分力萬有引力萬有引力自轉(zhuǎn)向

38、心力自轉(zhuǎn)向心力重重 力力3 3）重力加速度）重力加速度g g的大小的大小2RMmGmg 在地表球面時(shí)在地表球面時(shí)離地面離地面h h高處高處2)(hRMmGmgh 在赤道時(shí)重力最小、兩極時(shí)最大且等于萬有在赤道時(shí)重力最小、兩極時(shí)最大且等于萬有引力。引力。2 2）重力加速度）重力加速度g g的變化的變化隨緯度增大而增大，隨高度增大而減小隨緯度增大而增大，隨高度增大而減小2222MmGmrmrrT （）2324rMGT22M mvGmrr2v rMG應(yīng)用萬有引力計(jì)算天體質(zhì)量的基本思路：應(yīng)用萬有引力計(jì)算天體質(zhì)量的基本思路：1.確定中心天體，找出繞該天體作勻速圓周確定中心天體，找出繞該天體作勻速圓周運(yùn)動(dòng)的

39、物體運(yùn)動(dòng)的物體;2.建立天體運(yùn)動(dòng)的基本方程建立天體運(yùn)動(dòng)的基本方程;F萬萬=F向向3.明確方程中各物理量的涵義。明確方程中各物理量的涵義。 【例一例一】已知引力常量已知引力常量G、地球繞太陽、地球繞太陽做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑為做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑為r，地球繞太，地球繞太陽運(yùn)行的周期陽運(yùn)行的周期T，僅利用這三個(gè)數(shù)據(jù)，可以，僅利用這三個(gè)數(shù)據(jù)，可以估算出的物理量有估算出的物理量有( ) A.地球的質(zhì)量地球的質(zhì)量 B.太陽的質(zhì)量太陽的質(zhì)量 C.太陽的半徑太陽的半徑 D.地球繞太陽的運(yùn)行速率地球繞太陽的運(yùn)行速率 BD 2324GTrM KTr 23 【練習(xí)】已知下列哪組數(shù)據(jù)，可以計(jì)算出地球的已知下列

40、哪組數(shù)據(jù)，可以計(jì)算出地球的質(zhì)量質(zhì)量M( )M( ) A A、地球繞太陽運(yùn)行的周期、地球繞太陽運(yùn)行的周期T T地地及地球距離太陽中及地球距離太陽中心的距離心的距離R R地日地日 B B、月球繞地球運(yùn)行的周期、月球繞地球運(yùn)行的周期T T月月及月球離地球中心及月球離地球中心的距離的距離R R月地月地 C C、人造地球衛(wèi)星在地面附近繞行時(shí)的速度、人造地球衛(wèi)星在地面附近繞行時(shí)的速度v v和運(yùn)和運(yùn)行周期行周期T T衛(wèi)衛(wèi) D D、若不考慮地球的自轉(zhuǎn)，已知地球的半徑及重、若不考慮地球的自轉(zhuǎn)，已知地球的半徑及重力加速度力加速度 說明說明：根據(jù)地球衛(wèi)星繞地球運(yùn)行的參數(shù)（如周根據(jù)地球衛(wèi)星繞地球運(yùn)行的參數(shù)（如周期、軌

41、道半徑），能推算出地球的質(zhì)量，但不能推期、軌道半徑），能推算出地球的質(zhì)量，但不能推算衛(wèi)星的質(zhì)量；根據(jù)行星繞太陽運(yùn)行的參數(shù)，能推算衛(wèi)星的質(zhì)量；根據(jù)行星繞太陽運(yùn)行的參數(shù)，能推算太陽的質(zhì)量，但不能推算行星的質(zhì)量。算太陽的質(zhì)量，但不能推算行星的質(zhì)量。BCD二、天體密度的計(jì)算二、天體密度的計(jì)算334RV 。 【例二】一艘宇宙飛船飛到月球的表面附近，繞一艘宇宙飛船飛到月球的表面附近，繞月球做月球做近表面近表面勻速圓周運(yùn)動(dòng)。若宇航員用一只機(jī)械勻速圓周運(yùn)動(dòng)。若宇航員用一只機(jī)械表測(cè)得繞得一周所用時(shí)間為表測(cè)得繞得一周所用時(shí)間為T T，則月球的平均密度，則月球的平均密度是多大？是多大？23GT 【例一】天文觀察得某

42、行星線速度為天文觀察得某行星線速度為v v，離太陽，離太陽距離距離r r，則可知太陽質(zhì)量為，則可知太陽質(zhì)量為 ；若從太陽；若從太陽發(fā)出的光射到地面需要約發(fā)出的光射到地面需要約8 8分分2020秒，試估算太陽質(zhì)秒，試估算太陽質(zhì)量。量。2rVMG30=2.0 10Mkg日 【例三】 （0404高考第高考第2323題，題，1616分）分）在“勇氣號(hào)”火星探測(cè)器著陸的最后階段，著陸器降落到火星表面上，再經(jīng)過多次彈跳才停下來。假設(shè)著陸器第一次落到火星表面彈起后，到達(dá)最高點(diǎn)時(shí)高度為h，速度方向是水平的，速度大小為v0，求它第二次落到火星表面時(shí)速度的大小，計(jì)算時(shí)不計(jì)火星大氣阻力。已知火星的一個(gè)衛(wèi)星的圓軌道的

43、半徑為r，周期為T?；鹦强梢暈榘霃綖閞0的均勻球體。HV冥王星冥王星海王星海王星 諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者，物理學(xué)諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者，物理學(xué)家馮家馮勞厄說：勞厄說： “沒有任何東西像牛頓引力理論沒有任何東西像牛頓引力理論對(duì)行星軌道的計(jì)算那樣，如此有力地對(duì)行星軌道的計(jì)算那樣，如此有力地樹立起人們對(duì)年輕的物理學(xué)的尊敬。樹立起人們對(duì)年輕的物理學(xué)的尊敬。從此以后，這門自然科學(xué)成了巨大的從此以后，這門自然科學(xué)成了巨大的精神王國(guó)精神王國(guó) ”小結(jié)本課：小結(jié)本課：（當(dāng)衛(wèi)星在天體表面（當(dāng)衛(wèi)星在天體表面做近地飛行呢？）做近地飛行呢？）2324GTrM3233RGTrVMRGgVM43（1 1）某星體）某星體m m圍

44、繞圍繞中心天體中心天體M M做圓周做圓周運(yùn)動(dòng)的周期為運(yùn)動(dòng)的周期為T T，半徑為半徑為r r （3）中心中心天體密度天體密度2MmmgGRGgRM2（2 2）已知中）已知中心天體的半徑心天體的半徑R R和表面和表面g gGM=gR2黃金代換式黃金代換式22MmGmrr23G T萬萬有有引引力力定定律律的的應(yīng)應(yīng)用用測(cè)天體的質(zhì)量、密度行星、衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)宇宙速度同步衛(wèi)星思路一：天體表面重力近似等于萬有引力思路二：天體運(yùn)動(dòng)中，萬有引力提供物體圓周運(yùn)動(dòng)向心力重力加速度重力加速度g方法歸納： 【例四】（20002000北京春招）北京春招）地核的體積約為整個(gè)地球體積的16，地核的質(zhì)量約為地球質(zhì)量的34，經(jīng)估算，

45、地核的平均密度為(結(jié)果取兩位有效數(shù)字)。(已知地球表面g=9.8m/s2 ， ) 66.4 10Rm地11226.7 10/GNmkg【例五】(2001年上海年上海)組成星球的物質(zhì)是靠組成星球的物質(zhì)是靠引力吸引在一起的，這樣的星球有一個(gè)最引力吸引在一起的，這樣的星球有一個(gè)最大的自轉(zhuǎn)速率。由此能得到半徑為大的自轉(zhuǎn)速率。由此能得到半徑為R、密度、密度為為、質(zhì)量為、質(zhì)量為M且均勻分布的星球的最小自且均勻分布的星球的最小自轉(zhuǎn)周期轉(zhuǎn)周期T，下列表達(dá)式中正確的是，下列表達(dá)式中正確的是( ) A、T= B、T= C、T= D、T=GMR32GMR332GG3AD 【例六】中子星是恒星演化過程的一種可能結(jié)果，

46、它的密度很大。現(xiàn)有一中子星，觀測(cè)到它的自轉(zhuǎn)周期為T=1/30s。問該中子星的最小密度應(yīng)是多少才能維持該星的穩(wěn)定，不致因自轉(zhuǎn)而瓦解。計(jì)算時(shí)星體可視為均勻球體。(引力常數(shù)G=6.6710-11m3/kg2.s)314/1027. 1mkg 【例七】（1998年全國(guó)卷）宇航員站在某一星球表面上的某高處，沿水平方向拋出一小球。經(jīng)過時(shí)間t，小球落到星球表面，測(cè)得拋出點(diǎn)與落地點(diǎn)之間的距離為L(zhǎng)。若拋出時(shí)的初速度增大到2倍，則拋出點(diǎn)與落地點(diǎn)之間的距離為 。已知兩落地點(diǎn)在同一水平面上，該星球的半徑為R，萬有引力常數(shù)為G。求該星球的質(zhì)量M。3L3LLV 【例八例八(2001(2001春季春季) ) 】?jī)蓚€(gè)星球組成

47、雙星，它們?cè)谙嗷ブg的萬有引力作用下，繞連線上某點(diǎn)做周期相同的勻速圓周運(yùn)動(dòng)。現(xiàn)測(cè)得兩星中心距離為R，其運(yùn)動(dòng)周期為T，求兩星的總質(zhì)量。雙雙 星星 問問 題題 【練習(xí)練習(xí)】 在天體運(yùn)動(dòng)中，把兩顆相距在天體運(yùn)動(dòng)中，把兩顆相距較近的恒星稱為雙星，已知較近的恒星稱為雙星，已知A A、B B兩恒星質(zhì)兩恒星質(zhì)量分別為量分別為M M1 1和和M M2 2，兩恒星相距為，兩恒星相距為L(zhǎng) L，兩恒星，兩恒星分別繞共同的圓心做圓周運(yùn)動(dòng)，如圖，求分別繞共同的圓心做圓周運(yùn)動(dòng)，如圖，求兩恒星的軌道半徑和角速度大小。兩恒星的軌道半徑和角速度大小。B BA Ao知道了行星的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，學(xué)習(xí)了萬有引力定律為什么宇宙飛船為什么宇宙

48、飛船能登上月球？能登上月球？我們將要討論的問題：為什么飛船能像月亮那樣圍繞地球旋轉(zhuǎn)？飛船在什么條件下能掙脫地球的束縛？ 時(shí)至今日，數(shù)千顆人造衛(wèi)星正在按照萬有引力定律為它們“設(shè)定”的軌道繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)著。牛頓發(fā)現(xiàn)的萬有引力定律取得了如此輝煌的成就，以至于阿波羅8號(hào)從月球返航的途中，當(dāng)?shù)孛婵刂浦行膯柤啊笆钦l在駕駛”的時(shí)候，指令長(zhǎng)這樣回答：“我想現(xiàn)在是牛頓在駕駛?！币?、牛頓的設(shè)想一、牛頓的設(shè)想 牛頓就曾設(shè)想, 從高山上用不同的水平速度拋出物體,速度一次比一次大,則落點(diǎn)一次比一次遠(yuǎn),如不計(jì)空氣的阻力,當(dāng)速度足夠大時(shí), 物體就永遠(yuǎn)不會(huì)落到地面上來,而圍繞地球旋轉(zhuǎn),成為一顆人造地球衛(wèi)星了。1、牛頓對(duì)人造衛(wèi)星原

49、理的描繪、牛頓對(duì)人造衛(wèi)星原理的描繪:一、牛頓的設(shè)想一、牛頓的設(shè)想 1、牛頓對(duì)人造衛(wèi)星原理的描繪、牛頓對(duì)人造衛(wèi)星原理的描繪2、人造衛(wèi)星繞地球運(yùn)行的動(dòng)力學(xué)原因。、人造衛(wèi)星繞地球運(yùn)行的動(dòng)力學(xué)原因。人造衛(wèi)星在繞地球運(yùn)行時(shí)，只受到地球?qū)λ娜f有引力作用，人造衛(wèi)星作勻速圓周運(yùn)動(dòng)的人造衛(wèi)星作勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由萬有引力提供。向心力由萬有引力提供。 3、人造衛(wèi)星的運(yùn)行速度。設(shè)地球質(zhì)量為M，衛(wèi)星質(zhì)量為m，軌道半徑為r，由于萬有引力提供向心力，則22MmvGmrr=GMvr=高軌道上運(yùn)行的衛(wèi)星，線速度小、角速度小，周期長(zhǎng)。高軌道上運(yùn)行的衛(wèi)星，線速度小、角速度小，周期長(zhǎng)。討論討論線速度、角速度和周期與軌道半徑的關(guān)

50、系呢？ G Mvr=3GMrw=GMrT32二、宇宙速度二、宇宙速度討論討論 高軌道上運(yùn)行的衛(wèi)星速度小，是否發(fā)射也容易呢？這就需要看衛(wèi)星的發(fā)射速度發(fā)射速度，而不是運(yùn)行速度運(yùn)行速度。分析分析 當(dāng)在地面附近繞地球運(yùn)行，軌道半徑r即為地球半徑R 22MmVGmRR=GMvR=二、宇宙速度二、宇宙速度1、第一宇宙速度、第一宇宙速度地球半徑R=6400km，地球質(zhì)量M=5.981024kg7.9km/GMvsR=衛(wèi)星在地面衛(wèi)星在地面附近附近環(huán)繞地球作勻速圓周運(yùn)動(dòng)所必須具有的速度環(huán)繞地球作勻速圓周運(yùn)動(dòng)所必須具有的速度第一宇宙速度第一宇宙速度 。最小的發(fā)射速度最小的發(fā)射速度 ， 最大的環(huán)繞速度。（半徑最小）

51、最大的環(huán)繞速度。（半徑最?。┮l(fā)射一顆半徑大于地球半徑的人造衛(wèi)星，發(fā)射速度必須要發(fā)射一顆半徑大于地球半徑的人造衛(wèi)星，發(fā)射速度必須大于大于7.9km/s 。但所有衛(wèi)星。但所有衛(wèi)星的環(huán)繞速度（在軌道上的速度）都必須的環(huán)繞速度（在軌道上的速度）都必須小于小于7.9Km/s。所以。所以第一宇宙速度第一宇宙速度是：是：計(jì)算計(jì)算二、宇宙速度二、宇宙速度1、第一宇宙速度、第一宇宙速度計(jì)算計(jì)算 人造衛(wèi)星在地球表面做圓周運(yùn)動(dòng)的周期T.2224MmGmRRT=2MmmgGR=2gRT = =84.6min最小周期最小周期問題：?jiǎn)栴}：能否發(fā)射一顆周期為能否發(fā)射一顆周期為分鐘分鐘的人造衛(wèi)星？的人造衛(wèi)星？二、宇宙速度二

52、、宇宙速度2、第二宇宙速度、第二宇宙速度 大?。捍笮。簐=11.2km/s意義：以這個(gè)速度發(fā)射，物體剛好能克服地球意義：以這個(gè)速度發(fā)射，物體剛好能克服地球的引力作用，永遠(yuǎn)的離開地球而繞太陽運(yùn)動(dòng)。的引力作用，永遠(yuǎn)的離開地球而繞太陽運(yùn)動(dòng)。也叫也叫脫離速度脫離速度。注意：注意：發(fā)射速度大于7.9km/s，而小于11.2km/s，衛(wèi)星繞地球運(yùn)動(dòng)的軌跡不是圓不是圓，而是橢圓橢圓；等于或大于等于或大于11.2km/s時(shí)，時(shí)，衛(wèi)星就會(huì)脫離地球的引力，不再繞地球運(yùn)行。衛(wèi)星就會(huì)脫離地球的引力，不再繞地球運(yùn)行。二、宇宙速度二、宇宙速度3、第三宇宙速度、第三宇宙速度 大小：大?。簐=16.7km/s意義：以這個(gè)速度

53、發(fā)射，物體剛好能擺脫太意義：以這個(gè)速度發(fā)射，物體剛好能擺脫太陽引力的束縛而飛到太陽系以外，也叫陽引力的束縛而飛到太陽系以外，也叫逃逸逃逸速度速度。注意：注意：發(fā)射速度大于發(fā)射速度大于11.2km/s，而小于，而小于16.7km/s，衛(wèi)星繞太陽作橢圓運(yùn)動(dòng)，成為一顆，衛(wèi)星繞太陽作橢圓運(yùn)動(dòng)，成為一顆人造行星。如果發(fā)射速度大于等于人造行星。如果發(fā)射速度大于等于16.7km/s，衛(wèi)星將掙脫太陽引力的束縛，飛到太陽系，衛(wèi)星將掙脫太陽引力的束縛，飛到太陽系以外的空間。以外的空間。三、三、夢(mèng)想成真夢(mèng)想成真 1957年10月，原蘇聯(lián)發(fā)射第一顆人造地球衛(wèi)星衛(wèi)星重83.6kg，每96min繞地球飛行一圈請(qǐng)同學(xué)們根據(jù)

54、所學(xué)知識(shí)計(jì)算這顆衛(wèi)星的軌道半徑是多少？衛(wèi)星距地面的高度是多少？衛(wèi)星的線速度是多少？世界航天世界航天mgTRrmgRGMmrTrGMm632226322222221094. 614. 34)6096(8 . 9)1037. 6(4,4所以，又kmmRrh570)1037. 61094. 6(66sKmsmTrv/6.7/60961094.614.3226三、三、夢(mèng)想成真夢(mèng)想成真 幾年之后，1961年4月12日蘇聯(lián)空軍少校加加林進(jìn)入了東方一號(hào)載人飛船。實(shí)現(xiàn)了人類第一次進(jìn)入太空。他的非凡勇氣，鼓舞了更多人為航天事業(yè)奮斗。 火箭點(diǎn)火起飛，飛船繞地球飛行一圈，歷時(shí)108分，然后重返大氣層，安全降落在地面

55、，鑄就了人類進(jìn)入太空的豐碑。世界航天世界航天三、三、夢(mèng)想成真夢(mèng)想成真 1969年7月20日，阿波羅11號(hào)將人類送上了月球。當(dāng)時(shí)，上億人通過電視注視著走出登月艙的阿姆斯特朗，他在月球上邁出了一小步，確是人類邁出的一大步。世界航天世界航天三、三、夢(mèng)想成真夢(mèng)想成真 航天飛機(jī)資料：可重復(fù)使用的用運(yùn)載火箭發(fā)射的飛行器，用于進(jìn)入地球軌道，在地球與軌道航天器之間運(yùn)送人員和物資，并滑翔降落于地面。 1984年4月12日，第一架航天飛機(jī)哥倫比亞號(hào)發(fā)射成功。世界航天世界航天2003年年2月月1日，哥倫比亞號(hào)日，哥倫比亞號(hào)航天飛機(jī)在重返地面的過程中航天飛機(jī)在重返地面的過程中突然發(fā)生解體燃燒，航天飛機(jī)突然發(fā)生解體燃燒

56、，航天飛機(jī)上的七名宇航員，包括六名美上的七名宇航員，包括六名美國(guó)人及一名以色列人全部遇難。國(guó)人及一名以色列人全部遇難。 三、三、夢(mèng)想成真夢(mèng)想成真 無數(shù)探索者用自己的汗水和生命鋪設(shè)了人類通往宇宙的道路。無數(shù)探索者用自己的汗水和生命鋪設(shè)了人類通往宇宙的道路。世界航天世界航天“哈勃哈勃”太空望遠(yuǎn)鏡太空望遠(yuǎn)鏡哈勃望遠(yuǎn)鏡長(zhǎng)哈勃望遠(yuǎn)鏡長(zhǎng)13.3米，米，直徑直徑4.3米，重米，重11.6噸，噸，造價(jià)近造價(jià)近30億美元，于億美元，于1990年年4月月25日由美國(guó)日由美國(guó)航天飛機(jī)送上高航天飛機(jī)送上高590千千米的太空軌道。米的太空軌道。 哈勃望遠(yuǎn)鏡是有史以來最大、最精確的天文望遠(yuǎn)鏡。它上面哈勃望遠(yuǎn)鏡是有史以來最

57、大、最精確的天文望遠(yuǎn)鏡。它上面的廣角行星相機(jī)可拍攝到幾十到上百個(gè)恒星照片，其清晰度是的廣角行星相機(jī)可拍攝到幾十到上百個(gè)恒星照片，其清晰度是地面天文望遠(yuǎn)鏡的地面天文望遠(yuǎn)鏡的10倍以上，其觀測(cè)能力等于從華盛頓看到倍以上，其觀測(cè)能力等于從華盛頓看到1.6萬千米外悉尼的一只螢火蟲。萬千米外悉尼的一只螢火蟲。 三、三、夢(mèng)想成真夢(mèng)想成真 世界航天世界航天 19751975年，返回式遙感衛(wèi)星，中國(guó)年，返回式遙感衛(wèi)星，中國(guó)第一顆返回式衛(wèi)星，用于對(duì)地觀測(cè)，第一顆返回式衛(wèi)星，用于對(duì)地觀測(cè)，運(yùn)行三天后按計(jì)劃返回地面；中國(guó)是運(yùn)行三天后按計(jì)劃返回地面；中國(guó)是第三個(gè)掌握衛(wèi)星回收技術(shù)的國(guó)家第三個(gè)掌握衛(wèi)星回收技術(shù)的國(guó)家。 1

58、9701970年，年， “東方東方紅紅”1號(hào)，中國(guó)第一號(hào)，中國(guó)第一顆人造衛(wèi)星。中國(guó)顆人造衛(wèi)星。中國(guó)是第五個(gè)能自行發(fā)是第五個(gè)能自行發(fā)射衛(wèi)星的國(guó)家射衛(wèi)星的國(guó)家。三、三、夢(mèng)想成真夢(mèng)想成真 中國(guó)航天中國(guó)航天風(fēng)云一號(hào)風(fēng)云二號(hào)中國(guó)首顆氣象衛(wèi)星；中國(guó)是第三個(gè)獨(dú)立研中國(guó)首顆氣象衛(wèi)星；中國(guó)是第三個(gè)獨(dú)立研制并發(fā)射太陽同步軌道衛(wèi)星的國(guó)家。制并發(fā)射太陽同步軌道衛(wèi)星的國(guó)家。三、三、夢(mèng)想成真夢(mèng)想成真 中國(guó)航天中國(guó)航天1984年，試驗(yàn)通信衛(wèi)星：“東方紅”2號(hào)，標(biāo)志著中國(guó)是世界上第5個(gè)能發(fā)射地球靜止軌道衛(wèi)星的國(guó)家。通信衛(wèi)星三、三、夢(mèng)想成真夢(mèng)想成真 中國(guó)航天中國(guó)航天三、三、夢(mèng)想成真夢(mèng)想成真 中國(guó)航天中國(guó)航天地球同步衛(wèi)星：相對(duì)于

59、地面靜止且與地球自轉(zhuǎn)具有相同周期的衛(wèi)星叫地球同步衛(wèi)星，又叫通訊衛(wèi)星。三、三、夢(mèng)想成真夢(mèng)想成真 同步衛(wèi)星同步衛(wèi)星中國(guó)航天中國(guó)航天同步衛(wèi)星有以下幾個(gè)特點(diǎn)：1、同步衛(wèi)星的運(yùn)行方向與地球自轉(zhuǎn)方向一致。2、同步衛(wèi)星的運(yùn)轉(zhuǎn)周期與地球自轉(zhuǎn)周期相同。T=24h3、同步衛(wèi)星的運(yùn)行角速度等于地球自轉(zhuǎn)的角速度。(=0)4、同步衛(wèi)星的軌道平面均在赤道平面上，即所有的同步衛(wèi)星都在赤道的正上方。（不可能定點(diǎn)在我國(guó)某地上空，為什么？ ） 要與地球同步，衛(wèi)星的軌道平面必須與赤道平面平行，又由于向心力是萬有引力提供的，衛(wèi)星軌道的圓心必須是地心。三、三、夢(mèng)想成真夢(mèng)想成真 同步衛(wèi)星同步衛(wèi)星中國(guó)航天中國(guó)航天同步衛(wèi)星有以下幾個(gè)特點(diǎn)：5

60、、同步衛(wèi)星高度固定不變（） 解得高度解得高度 ： km -線速度：skmsmTrv/1 . 3/36002410237. 414. 3227角速度：sradsradT/103 . 7/36002414. 3225三、三、夢(mèng)想成真夢(mèng)想成真 中國(guó)航天中國(guó)航天同步衛(wèi)星有以下幾個(gè)特點(diǎn)：三顆同步衛(wèi)星作為三顆同步衛(wèi)星作為通訊衛(wèi)星，則可覆通訊衛(wèi)星，則可覆蓋全球。（兩級(jí)有蓋全球。（兩級(jí)有部分盲區(qū)）部分盲區(qū)） 飛船繞地球飛行14圈后，于10月16日6時(shí)23分安全降落在內(nèi)蒙古主著陸場(chǎng)這次成功發(fā)射實(shí)現(xiàn)了中華民族千年的飛天夢(mèng)想，標(biāo)志著中國(guó)成為世界上第三個(gè)能夠獨(dú)立開展載人航天活動(dòng)的國(guó)家，為進(jìn)一步的空間科學(xué)研究奠定了堅(jiān)實(shí)