高中物理 3.3萬有引力定律的應(yīng)用（課件）教科版 必修2

1、萬有引力定律的應(yīng)用,第3節(jié) 萬有引力定律的應(yīng)用,⑴將物體在行星表面所受到的萬有引力近似看作等于物體的重力。行星表面的加速度近似看作是由萬有引力產(chǎn)生的。,宇宙間一切物體都是相互吸引著的，通常兩個物體間的萬有引力非常微小，人們無法覺察到它，但在天體系統(tǒng)中，由于天體的質(zhì)量均很大，萬有引力就起著決定性的作用。,此作用集中體現(xiàn)在如下兩個方面：,⑵天體運動視為圓周運動，萬有引力充當(dāng)著向心力的作用。,應(yīng)用時根據(jù)實際情況選用相應(yīng)的公式進(jìn)行分析。,第3

2、節(jié) 萬有引力定律的應(yīng)用,【注意】 某一高度的重力加速度g與在此高度繞行的向心加速度a的值相同。,在中學(xué)階段，一般把天體的橢圓運動近似為勻速圓周運動。據(jù)此，無論是比例題（常以選擇題、填空題出現(xiàn)）還是計算題，均可用“萬有引力提供向心力”的動力學(xué)方程來解決。,第3節(jié) 萬有引力定律的應(yīng)用,一.天體質(zhì)量或密度的估算,二.預(yù)測未知天體——海王星、冥王星的發(fā)現(xiàn),三.人造地球衛(wèi)星和宇宙速度,應(yīng)用萬有引力定律應(yīng)特別掌握：“萬有引力提

3、供向心力”的動力學(xué)方程。,第3節(jié) 萬有引力定律的應(yīng)用,【例題】若月球圍繞地球做勻速圓周運動，其周期為T，又知月球到地心的距離為r，試求出地球的質(zhì)量和密度。,【解】萬有引力提供月球圓周運動向心力,第3節(jié) 萬有引力定律的應(yīng)用,——測出衛(wèi)星圍繞天體做勻速圓周運動的半徑r和周期T,一.天體質(zhì)量或密度的估算,（式中r——衛(wèi)星軌道半徑，R——天體半徑）（當(dāng)衛(wèi)星繞天體表面運動時，軌道半徑r與天體半徑R相等）,第3節(jié) 萬有引力定律的應(yīng)用,【例題

4、】把地球繞太陽公轉(zhuǎn)看作是勻速圓周運動，軌道半徑約為1.5×1011km，已知引力常量G=6.67×10－11 N·m2/kg2，則可估算出太陽的質(zhì)量約為 kg。,【解】地球繞太陽運轉(zhuǎn)周期:T=365×24×60×60=3.15×107s地球繞太陽做勻速圓周運動的向心力由萬有引力提供。,【提示】解題時經(jīng)常需要引用一些常數(shù)，如地球

5、自轉(zhuǎn)周期、月球公轉(zhuǎn)周期等。應(yīng)注意挖掘使用。,第3節(jié) 萬有引力定律的應(yīng)用,【例題】據(jù)美聯(lián)社2002年10月7日報道，天文學(xué)家在太陽系的9大行星之外，又發(fā)現(xiàn)了一顆比地球小得多的新行星，而且還測得它繞太陽公轉(zhuǎn)的周期約為288年。若把它和地球繞太陽公轉(zhuǎn)的軌道都看作圓，問它與太陽的距離約是地球與太陽距離的多少倍？,【答案】44倍,第3節(jié) 萬有引力定律的應(yīng)用,二.預(yù)測未知天體——海王星、冥王星的發(fā)現(xiàn),萬有引力對研究天體運動有著重要的意義。海王星

6、、冥王星就是根據(jù)萬有引力定律發(fā)現(xiàn)的。在18世紀(jì)發(fā)現(xiàn)的第七個行星——天王星的運動軌道，總是同根據(jù)萬有引力定律計算出來的有一定偏離。當(dāng)時有人預(yù)測，肯定在其軌道外還有一顆未發(fā)現(xiàn)的新星。后來，亞當(dāng)斯和勒維列在預(yù)言位置的附近找到了這顆新星(海王星)。后來，科學(xué)家利用這一原理還發(fā)現(xiàn)了太陽系的第9顆行星——冥王星，由此可見，萬有引力定律在天文學(xué)上的應(yīng)用，有極為重要的意義。,【問題】地面上的物體，怎樣才能成為人造地球衛(wèi)星呢？,三.人造地球衛(wèi)星和宇宙速度

7、,第3節(jié) 萬有引力定律的應(yīng)用,對于靠近地面的衛(wèi)星，可以認(rèn)為此時的 r 近似等于地球半徑R，把r用地球半徑R代入，可以求出：,這就是人造地球衛(wèi)星在地面附近繞地球做勻速圓周運動所必須具有的最低發(fā)射速度，也是最大的運行速度，也叫做第一宇宙速度。,【問題】近地面的衛(wèi)星的速度是多少呢？,第3節(jié) 萬有引力定律的應(yīng)用,第3節(jié) 萬有引力定律的應(yīng)用,三.人造地球衛(wèi)星和宇宙速度,1.衛(wèi)星繞行速度、角速度、周期與半徑的關(guān)系：,（r越大，T越大）,（r越

8、大，v越?。?（r越大，ω越?。?第3節(jié) 萬有引力定律的應(yīng)用,③第三宇宙速度（逃逸速度）：v=16.7千米/秒；（衛(wèi)星掙脫太陽束縛的最小發(fā)射速度）,2.宇宙速度,①第一宇宙速度（環(huán)繞速度）：v=7.9千米/秒；（地球衛(wèi)星的最小發(fā)射速度，地球衛(wèi)星最大的繞行速度）,②第二宇宙速度（脫離速度）：v=11.2千米/秒；（衛(wèi)星掙脫地球束縛變成小行星的最小發(fā)射速度）,【例題】人造衛(wèi)星的天線偶然折斷，天線將做： A.自由落體運動

9、 B.平拋運動 C.遠(yuǎn)離地球飛向太空 D.繼續(xù)和衛(wèi)星一起沿軌道運轉(zhuǎn),【答案】 D,第3節(jié) 萬有引力定律的應(yīng)用,【例題】人造衛(wèi)星以地心為圓心做勻速圓周運動，下列說法正確的是： A.半徑越大，速率越大，周期越小 B.半徑越大，速率越小，周期越大 C.所有衛(wèi)星的角速度相同，與半徑無關(guān) D.所有衛(wèi)星的速率均相同，與半徑無關(guān),【答案】B,第3節(jié) 萬有引力定律的應(yīng)用,設(shè)地球質(zhì)量為

10、m′，半徑為R。人造地球衛(wèi)星在圓軌道上運行，質(zhì)量為m，軌道半徑為r。那么，在該軌道上做勻速圓周運動的衛(wèi)星的速度v如何推算？,,從上式可以看出: ,衛(wèi)星離地心越遠(yuǎn)，它運行的速度越?。∪魐忽然增大，則r增大！！,第3節(jié) 萬有引力定律的應(yīng)用,【例題】金星的半徑是地球的0.95倍，質(zhì)量為地球的0.82倍，金星的第一宇宙速度是多大?,【解】設(shè)地球半徑為R，金星的半徑為r=0.95R，地球質(zhì)量為m，金

11、星質(zhì)量m’=0.82m，地球的第一宇宙速度為7.9km/s。金星的第一宇宙速度為v1，則：,第3節(jié) 萬有引力定律的應(yīng)用,同學(xué)們再算算，近地衛(wèi)星的周期又是多少呢？,我們能否發(fā)射一顆周期為50min的衛(wèi)星呢？,不能??！,第3節(jié) 萬有引力定律的應(yīng)用,第3節(jié) 萬有引力定律的應(yīng)用,⑴什么是地球同步衛(wèi)星？——所謂地球同步衛(wèi)星是指相對于地面靜止的人造衛(wèi)星，它的周期與地球自轉(zhuǎn)的周期相同。T＝24h。⑵地球同步衛(wèi)星滿足的條件①所有的同步衛(wèi)星只

12、能分布在赤道上方的一個確定軌道上。②所有的同步衛(wèi)星的軌道高度為一個定值。,第3節(jié) 萬有引力定律的應(yīng)用,代入數(shù)據(jù)得：h=3.6×107(m),3.同步衛(wèi)星,第3節(jié) 萬有引力定律的應(yīng)用,【說明】1.為了同步衛(wèi)星之間不互相干擾，大約3°左右才能放置1顆，這樣地球的同步衛(wèi)星只能有120顆。可見，空間位置也是一種資源。2.同步衛(wèi)星主要用于通訊。要實現(xiàn)全球通訊，只需三顆同步衛(wèi)星即可。,,中星6號 中星6

13、號衛(wèi)星(ChinaSat-6)是公司擁有的通信廣播衛(wèi)星，采用東方紅3號平臺，有中國空間技術(shù)研究院自行研制生產(chǎn)，于1997年5月12日由長征3號甲運載火箭在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射成功并定點于東經(jīng)125度地球同步軌道。星上擁有24個C頻段轉(zhuǎn)發(fā)器。波束覆蓋中國全境，主服務(wù)區(qū)覆蓋中國大陸及臺灣和海南島，第二服務(wù)區(qū)覆蓋東沙、中沙、西沙等島嶼。 中星6號衛(wèi)星現(xiàn)為郵電干線通信、專用衛(wèi)星通信、臨時電視節(jié)目、全國無線尋呼、會議電視、數(shù)據(jù)廣播