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1、基础课10 万有引力定律与航天,-2-,知识点一,知识点二,知识点三,开普勒定律的认识,知识点四,椭圆,椭圆,面积,三次方,二次方,-3-,知识点一,知识点二,知识点三,知识点四,万有引力定律及其应用 1.内容 自然界中任何两个物体都相互吸引,引力的方向在它们的连线上,引力的大小与物体的质量m1和m2的乘积 ,与它们之间距离r的二次方 。 2.表达式 F= ,G为引力常量:G=6.6710-11 Nm2/kg2。 3.适用条件 (1)公式适用于 间的相互作用。当两个物体间的距离远远大于物体本身的大小时,物体可视为质点。 (2)质量分布均匀的球体可视为质点,r是 的距离。,成正比,成反比,质点,
2、两球心间,-4-,知识点一,知识点二,知识点三,知识点四,4.天体运动问题分析 (1)将天体或卫星的运动看成 运动,其所需向心力由 提供。 (2)基本公式:,匀速圆周,万有引力,-5-,知识点一,知识点二,知识点三,知识点四,宇宙速度 1.第一宇宙速度环绕速度 (1)第一宇宙速度又叫 。第一宇宙速度是人造地球卫星在 绕地球做匀速圆周运动时具有的速度。 (2)第一宇宙速度是人造卫星的 速度,也是人造地球卫星的 速度。 (3)第一宇宙速度的计算方法,环绕速度,地面附近,最大环绕,最小发射,-6-,知识点一,知识点二,知识点三,知识点四,2.第二宇宙速度和第三宇宙速度,11.2,地球,16.7,太阳
3、,-7-,知识点一,知识点二,知识点三,知识点四,经典时空观和相对论时空观 1.经典时空观 (1)在经典力学中,物体的质量是不随速度的改变而改变的。 (2)在经典力学中,同一物理过程发生的位移和对应时间的测量结果在不同的参考系中是相同的。 2.相对论时空观 同一过程的位移和时间的测量与参考系有关,在不同的参考系中结果不同。 3.经典力学的适用范围 只适用于低速运动,不适用于高速运动;只适用于宏观世界,不适用于微观世界。,-8-,考点一,考点二,考点三,考点四,开普勒定律(自主悟透),-9-,考点一,考点二,考点三,考点四,思维训练 如图所示,某行星沿椭圆轨道运行,远日点离太阳的距离为a,近日点
4、离太阳的距离为b,过远日点时行星的速率为va,则过近日点时的速率为( ),C,-10-,考点一,考点二,考点三,考点四,万有引力的理解与应用(师生共研) 1.万有引力与重力的关系 地球对物体的万有引力F表现为两个效果:一是重力mg,二是提供物体随地球自转的向心力F向,如图所示。,-11-,考点一,考点二,考点三,考点四,-12-,考点一,考点二,考点三,考点四,思维训练 (多选)宇航员在地球表面以一定初速度竖直上抛一小球,经过时间t小球落回原地。若他在某星球表面以相同的初速度竖直上抛同一小球,需经过时间5t小球落回原处。已知该星球的半径与地球半径之比为R星R地=14,地球表面重力加速度为g,设
5、该星球表面附近的重力加速度为g,空气阻力不计。则( ) A.gg=15 B.gg=52 C.M星M地=120 D.M星M地=180,AD,-13-,考点一,考点二,考点三,考点四,中心天体质量与密度的测量模型建构,-14-,考点一,考点二,考点三,考点四,-15-,考点一,考点二,考点三,考点四,例题(2017北京卷)利用引力常量G和下列某一组数据,不能计算出地球质量的是( ) A.地球的半径及重力加速度(不考虑地球自转) B.人造卫星在地面附近绕地球做圆周运动的速度及周期 C.月球绕地球做圆周运动的周期及月球与地球间的距离 D.地球绕太阳做圆周运动的周期及地球与太阳间的距离,答案,解析,-1
6、6-,考点一,考点二,考点三,考点四,易错提醒计算中心天体的质量、密度时的两点区别 (1)天体半径和卫星的轨道半径 通常把天体看成一个球体,天体的半径指的是球体的半径。卫星的轨道半径指的是卫星围绕天体做圆周运动的圆的半径。卫星的轨道半径大于等于天体的半径。 (2)自转周期和公转周期 自转周期是指天体绕自身某轴线运动一周所用的时间,公转周期是指卫星绕中心天体做圆周运动一周所用的时间。自转周期与公转周期一般不相等。,-17-,考点一,考点二,考点三,考点四,思维训练(多选)已知火星绕太阳做匀速圆周运动,由天文观测可得,火星绕太阳的运动周期为T,火星绕太阳的速度为v,引力常量为G,则下列说法正确的是
7、( ),ACD,-18-,考点一,考点二,考点三,考点四,卫星运行参量的比较与计算模型建构 1.卫星的各物理量随轨道半径变化的规律,-19-,考点一,考点二,考点三,考点四,2.卫星的运行轨道 (1)赤道轨道 (2)极地轨道 (3)其他轨道 注意:轨道平面一定通过地球的球心。,-20-,考点一,考点二,考点三,考点四,3.同步卫星的六个“一定”,-21-,考点一,考点二,考点三,考点四,例题(2019贵州遵义模拟)2018年1月13日15时10分,我国在酒泉卫星发射中心用长征二号丁运载火箭,成功将陆地勘查卫星三号发射升空,卫星进入预定轨道。这是我国第三颗低轨陆地勘查卫星。关于陆地勘查卫星三号,
8、下列说法正确的是( ) A.卫星的发射速度一定小于7.9 km/s B.卫星绕地球运行的角速度比月球绕地球运行的角速度大 C.卫星绕地球运行的向心加速度比月球绕地球运行的向心加速度小 D.卫星在预定轨道上没有加速度 思维点拨 万有引力提供向心力,可以分析线速度、角速度、向心加速度等。,答案,解析,-22-,考点一,考点二,考点三,考点四,规律方法利用万有引力定律解决卫星运动问题的技巧 1.一个模型 天体(包括卫星)的运动可简化为质点的匀速圆周运动模型。,3.a、v、T均与卫星的质量无关,只由轨道半径和中心天体质量共同决定,所有参量的比较,最终归结到半径的比较。,-23-,考点一,考点二,考点三,考点四,思维训练 (2018天津卷)(多选)2018年2月2日,我国成功将电磁监测试验卫星张衡一号发射升空,标志我国成为世界上少数拥有在轨运行高精度地球物理场探测卫星的国家之一。通过观测可以得到卫星绕地球运动的周期,并已知地球的半径和地球表面处的重力加速度。若将卫星绕地球的运动看作匀速圆周运动,且不考虑地球自转的影响,根据以上数据可以计算出卫星的( ) A.密度 B.向心力的大小 C.离地高度 D.线速度的大小,答案,解析,