第三課時(shí)萬有引力定律

1、第三課時(shí)第三課時(shí) 萬有引力定律及應(yīng)用萬有引力定律及應(yīng)用一、萬有引力定律一、萬有引力定律1、內(nèi)容：自然界中任何兩個(gè)物體都是相互吸引的，引力的、內(nèi)容：自然界中任何兩個(gè)物體都是相互吸引的，引力的大小跟這兩個(gè)物體的質(zhì)量的乘積成正比，跟它們的距離的二大小跟這兩個(gè)物體的質(zhì)量的乘積成正比，跟它們的距離的二次方成反比次方成反比2、公式、公式3、適用條件：只適用于質(zhì)點(diǎn)間的相互作用、適用條件：只適用于質(zhì)點(diǎn)間的相互作用5、萬有引力和重力、萬有引力和重力（1）地面上的物體的重力和萬有引力的關(guān)系）地面上的物體的重力和萬有引力的關(guān)系在兩極：重力等于萬有引力在兩極：重力等于萬有引力除兩極外除兩極外重力是萬有引力的分力重力是

2、萬有引力的分力，在處理問題時(shí)可認(rèn)為，在處理問題時(shí)可認(rèn)為重力約等于萬有引力重力約等于萬有引力2MmGrF引引=4、萬有引力的性質(zhì)：、萬有引力的性質(zhì)：普遍性普遍性 相互性相互性 客觀性客觀性（2）在空中的物體的重力和萬有引力的關(guān)系）在空中的物體的重力和萬有引力的關(guān)系重力等于萬有引力重力等于萬有引力= mg0 2MmGR2MmGr= mg 20()RgR hg =GM=R2gGM=r2g黃金代換黃金代換6、應(yīng)用、應(yīng)用（1）計(jì)算中心天體的質(zhì)量及密度）計(jì)算中心天體的質(zhì)量及密度（2）發(fā)現(xiàn)未知天體）發(fā)現(xiàn)未知天體（3）雙星問題）雙星問題例例1:(08寧夏寧夏23)天文學(xué)家將相距較近、僅在彼此的引天文學(xué)家將相距

3、較近、僅在彼此的引力作用下運(yùn)行的兩顆恒星稱為雙星。雙星系統(tǒng)在銀河力作用下運(yùn)行的兩顆恒星稱為雙星。雙星系統(tǒng)在銀河系中很普遍。利用雙星系統(tǒng)中兩顆恒星的運(yùn)動(dòng)特征可系中很普遍。利用雙星系統(tǒng)中兩顆恒星的運(yùn)動(dòng)特征可推算出它們的總質(zhì)量。已知某雙星系統(tǒng)中兩顆恒星圍推算出它們的總質(zhì)量。已知某雙星系統(tǒng)中兩顆恒星圍繞它們連線上的某一固定點(diǎn)分別做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，周繞它們連線上的某一固定點(diǎn)分別做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，周期均為期均為T，兩顆恒星之間的距離為，兩顆恒星之間的距離為r，試推算這個(gè)雙星，試推算這個(gè)雙星系統(tǒng)的總質(zhì)量。（引力常量為系統(tǒng)的總質(zhì)量。（引力常量為G） m1m2o7.處理天體運(yùn)動(dòng)問題的基本方法處理天體運(yùn)動(dòng)問題的基本方

4、法思路思路.一般情況下一般情況下,可以認(rèn)為物體的重力與物體所可以認(rèn)為物體的重力與物體所受的萬有引力大小相等受的萬有引力大小相等,即即mgrMmG2思路思路.萬有引力提供物體做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力萬有引力提供物體做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力.即即mvfmrTmrmrrvmmarMmG222222244向、抓住兩條思路、抓住兩條思路二二. 人造衛(wèi)星人造衛(wèi)星1、人造衛(wèi)星工作原理、人造衛(wèi)星工作原理把衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)看作勻速圓周運(yùn)動(dòng)，地球?qū)πl(wèi)星的萬有引把衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)看作勻速圓周運(yùn)動(dòng)，地球?qū)πl(wèi)星的萬有引力提供向心力，則所有人造地球衛(wèi)星的軌道圓心都必定力提供向心力，則所有人造地球衛(wèi)星的軌道圓心都必定在地心，即滿足在地心，即滿足“

5、二心重合二心重合”222222244MmvGmmrmrmrfrrTGMvr3G Mr234rTG MVmax= 7.9km/sTmin= 85min例例2： 可以發(fā)射一顆這樣的人造地球衛(wèi)星，使其可以發(fā)射一顆這樣的人造地球衛(wèi)星，使其圓軌道圓軌道( )（2000年，安徽）年，安徽） A. 與地球表面上某一緯度線與地球表面上某一緯度線(非赤道非赤道)是共面同心是共面同心圓圓B. 與地球表面上某一經(jīng)度線所決定的圓是共面同與地球表面上某一經(jīng)度線所決定的圓是共面同心圓心圓C. 與地球表面上的赤道線是共面同心圓，且衛(wèi)星與地球表面上的赤道線是共面同心圓，且衛(wèi)星相對(duì)于地球表面是靜止的相對(duì)于地球表面是靜止的D.

6、與地球表面上的赤道線是共面同心圓，但衛(wèi)星與地球表面上的赤道線是共面同心圓，但衛(wèi)星相對(duì)于地球表面是運(yùn)動(dòng)的相對(duì)于地球表面是運(yùn)動(dòng)的 CD2、衛(wèi)星的分類、衛(wèi)星的分類（1）按軌道分類：）按軌道分類： 順行軌道順行軌道：特點(diǎn)是軌道傾角即軌道平面與地球赤道平面：特點(diǎn)是軌道傾角即軌道平面與地球赤道平面的夾角小于的夾角小于90度。度。逆行軌道：逆行軌道：特征是軌道傾角大于特征是軌道傾角大于90度。度。 赤道軌道赤道軌道：特點(diǎn)是軌道傾角為：特點(diǎn)是軌道傾角為0度，衛(wèi)星在赤道上空運(yùn)度，衛(wèi)星在赤道上空運(yùn)行。這種軌道有無數(shù)條，但其中的一條地球靜止軌道（同行。這種軌道有無數(shù)條，但其中的一條地球靜止軌道（同步衛(wèi)星軌道）具有特

7、殊的重要地位。步衛(wèi)星軌道）具有特殊的重要地位。地球同步衛(wèi)星：又叫通訊衛(wèi)星地球同步衛(wèi)星：又叫通訊衛(wèi)星,是相對(duì)地球表面靜止的穩(wěn)定運(yùn)行是相對(duì)地球表面靜止的穩(wěn)定運(yùn)行的衛(wèi)星。的衛(wèi)星。思考：同步衛(wèi)星要實(shí)現(xiàn)與地球同步，其軌道面的位置如何？思考：同步衛(wèi)星要實(shí)現(xiàn)與地球同步，其軌道面的位置如何？同步衛(wèi)星的特點(diǎn)：同步衛(wèi)星的特點(diǎn)：位置一定位置一定 周期一定周期一定速度一定速度一定高度一定高度一定極地軌道極地軌道：就衛(wèi)星軌道類型來說，還有一種軌道傾角為：就衛(wèi)星軌道類型來說，還有一種軌道傾角為90度的。它是因軌道平通過地球南北兩極而得名。度的。它是因軌道平通過地球南北兩極而得名。3、衛(wèi)星變軌問題、衛(wèi)星變軌問題做勻速圓周運(yùn)

8、動(dòng)的物體地球?qū)πl(wèi)星的萬有引力提供向心力做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體地球?qū)πl(wèi)星的萬有引力提供向心力當(dāng)線速度當(dāng)線速度v減小時(shí)，減小時(shí)， F供供F需需 衛(wèi)星做向心運(yùn)動(dòng)，即軌道半衛(wèi)星做向心運(yùn)動(dòng)，即軌道半徑徑r減小減小當(dāng)線速度當(dāng)線速度v增大時(shí)，增大時(shí)， F供供R任意值任意值rn=n2r1特定值特定值例例3:發(fā)射地球同步衛(wèi)星時(shí)，先將衛(wèi)星發(fā)射至近地圓軌道發(fā)射地球同步衛(wèi)星時(shí)，先將衛(wèi)星發(fā)射至近地圓軌道1，然，然后經(jīng)點(diǎn)火，使其沿橢圓軌道后經(jīng)點(diǎn)火，使其沿橢圓軌道2運(yùn)行，最后再次點(diǎn)火，將衛(wèi)運(yùn)行，最后再次點(diǎn)火，將衛(wèi)星送入同步圓軌道星送入同步圓軌道3軌道軌道1、2相切于相切于Q點(diǎn)，軌道點(diǎn)，軌道2、3相相切于切于P點(diǎn)點(diǎn)(如圖如圖)

9、則當(dāng)衛(wèi)星分別在則當(dāng)衛(wèi)星分別在1、2、3軌道上正常運(yùn)行時(shí)，軌道上正常運(yùn)行時(shí)，以下說法正確的是以下說法正確的是( )A衛(wèi)星在軌道衛(wèi)星在軌道3上的速率大于在軌道上的速率大于在軌道1上的速率上的速率B衛(wèi)星在軌道衛(wèi)星在軌道3上的角速度小于在軌道上的角速度小于在軌道1上的角速度上的角速度C衛(wèi)星在軌道衛(wèi)星在軌道1上經(jīng)過上經(jīng)過Q點(diǎn)時(shí)的速度等于它在軌道點(diǎn)時(shí)的速度等于它在軌道2上經(jīng)過上經(jīng)過Q點(diǎn)時(shí)的速度點(diǎn)時(shí)的速度D衛(wèi)星在軌道衛(wèi)星在軌道2上經(jīng)過上經(jīng)過P點(diǎn)時(shí)的加速度等于它在軌道點(diǎn)時(shí)的加速度等于它在軌道3上經(jīng)過上經(jīng)過P點(diǎn)的加速度點(diǎn)的加速度BD例例4:(05江蘇江蘇5)某人造衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的軌道可近似看作是某人造衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的軌道可

10、近似看作是以地心為中心的圓以地心為中心的圓,由于阻力作用由于阻力作用,人造衛(wèi)星到地心的人造衛(wèi)星到地心的距離從距離從r1慢慢變到慢慢變到r2,用用EK1、EK2分別表示衛(wèi)星在這兩分別表示衛(wèi)星在這兩個(gè)軌道上的動(dòng)能，則（個(gè)軌道上的動(dòng)能，則（ ）A.r1r2 EK1r2 EK1EK2 C.r1EK2 D.r1r2 EK1EK2 B4、衛(wèi)星的超重和失重、衛(wèi)星的超重和失重衛(wèi)星進(jìn)入軌道前的加速過程中，衛(wèi)星上的物體處于超重狀態(tài)衛(wèi)星進(jìn)入軌道前的加速過程中，衛(wèi)星上的物體處于超重狀態(tài)衛(wèi)星進(jìn)入軌道正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，系統(tǒng)具有向下的加速度且等于衛(wèi)星進(jìn)入軌道正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，系統(tǒng)具有向下的加速度且等于軌道處的重力加速度軌道處的重力加速

11、度g軌軌，衛(wèi)星上的物體處于完全失重狀態(tài)，衛(wèi)星上的物體處于完全失重狀態(tài)衛(wèi)星在回收進(jìn)入大氣層后做減速運(yùn)動(dòng)，衛(wèi)星上的物體處于超衛(wèi)星在回收進(jìn)入大氣層后做減速運(yùn)動(dòng)，衛(wèi)星上的物體處于超重狀態(tài)重狀態(tài)5、宇宙速度、宇宙速度(1) 第一宇宙速度第一宇宙速度是人造地球衛(wèi)星環(huán)繞地球表面運(yùn)行的最大速度是人造地球衛(wèi)星環(huán)繞地球表面運(yùn)行的最大速度.設(shè)地球的質(zhì)量為設(shè)地球的質(zhì)量為M，衛(wèi)星的質(zhì)量為，衛(wèi)星的質(zhì)量為m，衛(wèi)星以速度，衛(wèi)星以速度v繞地球在繞地球在半徑為半徑為r的圓形軌道上飛行，萬有引力提供衛(wèi)星飛行時(shí)的向心的圓形軌道上飛行，萬有引力提供衛(wèi)星飛行時(shí)的向心力，力，從式中可以看出，衛(wèi)星的軌道半徑從式中可以看出，衛(wèi)星的軌道半徑r越

12、大，即距離地面越遠(yuǎn)，越大，即距離地面越遠(yuǎn)，衛(wèi)星的環(huán)繞速度越小衛(wèi)星的環(huán)繞速度越小. 當(dāng)人造地球衛(wèi)星在近地軌道上運(yùn)行時(shí)，當(dāng)人造地球衛(wèi)星在近地軌道上運(yùn)行時(shí)，軌道半徑軌道半徑r近似等于地球的半徑近似等于地球的半徑R，即，即這一速度是人造地球衛(wèi)星環(huán)繞地球表面運(yùn)行的速度，這一速度是人造地球衛(wèi)星環(huán)繞地球表面運(yùn)行的速度， 是在是在圓形軌道上的最大速度圓形軌道上的最大速度，稱為第一宇宙速度，稱為第一宇宙速度. 也是也是人造地球人造地球衛(wèi)星的最小發(fā)射速度衛(wèi)星的最小發(fā)射速度。軌道半徑越大，即離地面越遠(yuǎn)的衛(wèi)星，。軌道半徑越大，即離地面越遠(yuǎn)的衛(wèi)星，從地面的發(fā)射速度應(yīng)該越大從地面的發(fā)射速度應(yīng)該越大. 實(shí)際發(fā)射時(shí)表現(xiàn)為運(yùn)載

13、火箭所實(shí)際發(fā)射時(shí)表現(xiàn)為運(yùn)載火箭所需燃料應(yīng)該越多需燃料應(yīng)該越多. (2) 第二宇宙速度第二宇宙速度是人造物體掙脫地球束縛而成為一顆太陽的是人造物體掙脫地球束縛而成為一顆太陽的人造小行星在地面上的最小發(fā)射速度人造小行星在地面上的最小發(fā)射速度.理論計(jì)算表明，當(dāng)物體以理論計(jì)算表明，當(dāng)物體以v=11.2km/s的速度在地面被發(fā)射的速度在地面被發(fā)射出去，物體就可以掙脫地球的引力，出去，物體就可以掙脫地球的引力， 成為一顆繞太陽運(yùn)行的小成為一顆繞太陽運(yùn)行的小行星行星. 這一速度稱為第二宇宙速度這一速度稱為第二宇宙速度. (3)第三宇宙速度第三宇宙速度是人造物體掙脫太陽的束縛而成為一顆繞銀河是人造物體掙脫太陽的束縛而成為一顆繞銀河系中心運(yùn)行的