《高中物理 第三章 萬有引力定律及其應(yīng)用 第2節(jié) 萬有引力定律的應(yīng)用課件 粵教版必修2》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《高中物理 第三章 萬有引力定律及其應(yīng)用 第2節(jié) 萬有引力定律的應(yīng)用課件 粵教版必修2（18頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、萬有引力定律的應(yīng)用萬有引力定律的應(yīng)用 萬有引力是天體間的主要作用力，萬萬有引力是天體間的主要作用力，萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)對天文學(xué)的發(fā)展起到了有引力定律的發(fā)現(xiàn)對天文學(xué)的發(fā)展起到了巨大的推動作用，巨大的推動作用，尤其在天體物理學(xué)計算、尤其在天體物理學(xué)計算、天文觀測、衛(wèi)星發(fā)射和回收等天文活動中，天文觀測、衛(wèi)星發(fā)射和回收等天文活動中，萬有引力定律可稱為最有力的工具。萬有引力定律可稱為最有力的工具。 基本方法：基本方法：1、萬有引力定律：、萬有引力定律：122m mFGr2、圓周運動規(guī)律和牛頓第二定律：、圓周運動規(guī)律和牛頓第二定律：萬有引力提供天體作圓周運動所需的向心力萬有引力提供天體作圓周運動所需的向心

2、力主線：主線：副線：副線：1 1、計算、計算中心中心天體的質(zhì)量天體的質(zhì)量 計算行星的質(zhì)量：計算行星的質(zhì)量：根據(jù)勻速圓周運動，根據(jù)勻速圓周運動，只要觀測某行星的一顆衛(wèi)星圍繞行星做勻只要觀測某行星的一顆衛(wèi)星圍繞行星做勻速圓周運動的軌道半徑和周期，就能測出速圓周運動的軌道半徑和周期，就能測出該中心天體（行星）的質(zhì)量該中心天體（行星）的質(zhì)量請同學(xué)們計算出地球的質(zhì)量。請同學(xué)們計算出地球的質(zhì)量。關(guān)鍵詞：勻關(guān)鍵詞：勻速圓周運動，周期速圓周運動，周期T、月球到地心距離、月球到地心距離r，求：地球質(zhì)量求：地球質(zhì)量M .思考：思考：你能否計算出不帶衛(wèi)星的行星的你能否計算出不帶衛(wèi)星的行星的質(zhì)量？質(zhì)量？演示演示1計算

3、恒星的質(zhì)量：計算恒星的質(zhì)量：觀測行星圍繞恒星做觀測行星圍繞恒星做勻速圓周運動的軌道半徑（勻速圓周運動的軌道半徑（r）和運轉(zhuǎn)周期）和運轉(zhuǎn)周期（T），則可以根據(jù)萬有引力為向心力的道），則可以根據(jù)萬有引力為向心力的道理計算出中心天體（恒星）的質(zhì)量理計算出中心天體（恒星）的質(zhì)量（M） 計算天體的密度：計算天體的密度：如果圍繞中心天體運如果圍繞中心天體運動的軌道半徑（動的軌道半徑（r）很小、與中心天體自身）很小、與中心天體自身的半徑（的半徑（R）相差無幾，即，則可以進一步）相差無幾，即，則可以進一步估算出中心天體的平均密度：估算出中心天體的平均密度： .32GT 例題例題1 1： 已知繞中心天體做勻速圓

4、周運動的星已知繞中心天體做勻速圓周運動的星體的軌道半徑為體的軌道半徑為r r，運行周期為，運行周期為T T。（。（1 1）中）中心天體的質(zhì)量心天體的質(zhì)量M=_M=_；（；（2 2）若中心天體的半徑為若中心天體的半徑為R R，則其平均密度，則其平均密度=_=_；（；（3 3）若星體是在中心）若星體是在中心天體的表面附近做勻速圓周運動，則其平天體的表面附近做勻速圓周運動，則其平均密度的表達式為均密度的表達式為 =_=_。解析：解析：（1 1）設(shè)中心天體的質(zhì)量為）設(shè)中心天體的質(zhì)量為M，密度為，密度為，星體的質(zhì)量為星體的質(zhì)量為m，星體圍繞中心天體做勻，星體圍繞中心天體做勻速圓周運動，由牛頓第二定律得速

5、圓周運動，由牛頓第二定律得 求解得：求解得：（2）因中心天體的體積為：）因中心天體的體積為： 由密度公式得：由密度公式得：（3）星體是在中心天體的表面附近做星體是在中心天體的表面附近做勻速圓周運動，則有：勻速圓周運動，則有：例題例題2： 宇航員站在一星球表面上的某高處，宇航員站在一星球表面上的某高處，沿水平方向拋出一個小球。經(jīng)過時間沿水平方向拋出一個小球。經(jīng)過時間t，小球落到星球表面，測得拋出點與落地點小球落到星球表面，測得拋出點與落地點之間的距離為之間的距離為L。若拋出時的初速度增大。若拋出時的初速度增大到到2倍，則拋出點與落地點之間的距離倍，則拋出點與落地點之間的距離為為 。已知兩落地點在

6、同一水平面上，。已知兩落地點在同一水平面上，該星球的半徑為該星球的半徑為R，萬有引力常數(shù)為，萬有引力常數(shù)為G。求該星球的質(zhì)量求該星球的質(zhì)量M。解析：設(shè)該星球表面的重力加速度解析：設(shè)該星球表面的重力加速度g，質(zhì)量，質(zhì)量為為m的物體在該星球表面受到的重力（的物體在該星球表面受到的重力（mg）等于星球?qū)λ囊Φ扔谛乔驅(qū)λ囊?即即可見只要求得星球表面的重力加速度即可見只要求得星球表面的重力加速度即求得該星球的質(zhì)量。設(shè)物體拋出時高度求得該星球的質(zhì)量。設(shè)物體拋出時高度為為h，初速度為，初速度為V0，則有，則有 （1）（2）（3）當(dāng)速度增為當(dāng)速度增為2v0 時，則有：時，則有：由（由（2）（）（3）（

7、）（4）式得出）式得出 ：（4）（5）將（將（5）代入（）代入（1）得：）得：2、預(yù)測未知天體、預(yù)測未知天體演示演示2未知行星未知行星海王星、冥王星的先后被海王星、冥王星的先后被發(fā)現(xiàn)，是天文學(xué)上應(yīng)用萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)，是天文學(xué)上應(yīng)用萬有引力定律的成功范例成功范例美國天文學(xué)家在美國天文學(xué)家在2004年年3月月15日宣布，在日宣布，在距地球距地球130億千米的地方新觀測到一個繞億千米的地方新觀測到一個繞太陽運行的紅色天體，并命名為賽德娜。太陽運行的紅色天體，并命名為賽德娜。目前尚未確定它是太陽系的一顆行星，一目前尚未確定它是太陽系的一顆行星，一旦確認它的行星身份，它就將稱為太陽系旦確認它的行星身份

8、，它就將稱為太陽系的第十大行星。的第十大行星。 同學(xué)們了解衛(wèi)星發(fā)射速度、衛(wèi)星軌道形同學(xué)們了解衛(wèi)星發(fā)射速度、衛(wèi)星軌道形狀、衛(wèi)星運行速度是什么嗎？狀、衛(wèi)星運行速度是什么嗎？3、人造衛(wèi)星和宇宙速度、人造衛(wèi)星和宇宙速度(1)衛(wèi)星的發(fā)射與運行衛(wèi)星的發(fā)射與運行 最早研究人造衛(wèi)星問題的是牛頓，他最早研究人造衛(wèi)星問題的是牛頓，他設(shè)想了這樣一個問題：在地面某一高處平設(shè)想了這樣一個問題：在地面某一高處平拋一個物體，物體將走一條拋物線落回地拋一個物體，物體將走一條拋物線落回地面。物體初速度越大，飛行距離越遠?？济妗Ｎ矬w初速度越大，飛行距離越遠?？紤]到地球是圓形的，應(yīng)該是這樣的圖景：慮到地球是圓形的，應(yīng)該是這樣的圖景

9、： 演示演示3 當(dāng)拋出物體沿曲線軌道下落時，地面也沿球當(dāng)拋出物體沿曲線軌道下落時，地面也沿球面向下彎曲，物體所受重力的方向也改變了。當(dāng)面向下彎曲，物體所受重力的方向也改變了。當(dāng)物體初速度足夠大時，物體總要落向地面，總也物體初速度足夠大時，物體總要落向地面，總也落不到地面，就成為地球的衛(wèi)星了。落不到地面，就成為地球的衛(wèi)星了。 要想使物體成為地球的衛(wèi)星，物體需要一個要想使物體成為地球的衛(wèi)星，物體需要一個最小的發(fā)射速度，物體以這個速度發(fā)射時，能夠最小的發(fā)射速度，物體以這個速度發(fā)射時，能夠剛好貼著地面繞地球飛行，此時其重力提供了向剛好貼著地面繞地球飛行，此時其重力提供了向心力。心力。 其中，其中，g為

10、地球表面的重力加速度，約為地球表面的重力加速度，約9.8m/s2。R為地球的半徑，約為為地球的半徑，約為6.4106m。代入數(shù)據(jù)我們可以算出速度為代入數(shù)據(jù)我們可以算出速度為7.9103m/s，也就是也就是7.9km/s。這個速度稱為第一宇宙速。這個速度稱為第一宇宙速度。度。 第一宇宙速度第一宇宙速度v=7.9km/s 第一宇宙速度是發(fā)射一個物體，使其成為第一宇宙速度是發(fā)射一個物體，使其成為地球衛(wèi)星的最小速度。若以第一宇宙速度發(fā)射一地球衛(wèi)星的最小速度。若以第一宇宙速度發(fā)射一個物體，物體將在貼著地球表面的軌道上做勻速個物體，物體將在貼著地球表面的軌道上做勻速圓周運動。若發(fā)射速度大于第一宇宙速度，物

11、體圓周運動。若發(fā)射速度大于第一宇宙速度，物體將在離地面遠些的軌道上做圓周運動。將在離地面遠些的軌道上做圓周運動。 （2）宇宙速度）宇宙速度第二宇宙速度第二宇宙速度v=11.2km/s 物體發(fā)射的速度達到或超過物體發(fā)射的速度達到或超過11.2km/s時，物時，物體將能夠擺脫地球引力的束縛，成為繞太陽運動體將能夠擺脫地球引力的束縛，成為繞太陽運動的行星或飛到其他行星上去。的行星或飛到其他行星上去。11.2km/s這個速度這個速度稱為第二宇宙速度。稱為第二宇宙速度。 第三宇宙速度第三宇宙速度v=16.7km/s 如果物體的發(fā)射速度再大，達到或超過如果物體的發(fā)射速度再大，達到或超過16.7km/s時，

12、物體將能夠擺脫太陽引力的束縛，時，物體將能夠擺脫太陽引力的束縛，飛到太陽系外。飛到太陽系外。16.7km/s這個速度稱為第三宇這個速度稱為第三宇宙速度。宙速度。注意：注意：第一宇宙速度是發(fā)射地球衛(wèi)星的最第一宇宙速度是發(fā)射地球衛(wèi)星的最小速度，是衛(wèi)星繞地球運行的最大速度。小速度，是衛(wèi)星繞地球運行的最大速度。 演示演示33、同步通訊衛(wèi)星、同步通訊衛(wèi)星 這種衛(wèi)星繞地球運動的角速度與地球這種衛(wèi)星繞地球運動的角速度與地球自轉(zhuǎn)的速度相同，所以從地面上看，它總自轉(zhuǎn)的速度相同，所以從地面上看，它總在某地的正上方，因此叫同步衛(wèi)星。這種在某地的正上方，因此叫同步衛(wèi)星。這種衛(wèi)星一般用于通訊，又叫同步通訊衛(wèi)星。衛(wèi)星一般用于通訊，又叫同步通訊衛(wèi)星。 定點：定點：在赤道上空在赤道上空定高度：定高度：離地面高度為離地面高度為3.6104km定運行速度：定運行速度：同學(xué)們自己計算同學(xué)們自己計算例題例題3 3 兩顆人造地球衛(wèi)星兩顆人造地球衛(wèi)星A A、B B繞地球做圓周繞地球做圓周運動，周期之比為運動，周期之比為 ，則軌道，則軌道半徑之比和運動速率之比分別為（半徑之比和運動速率之比分別為（ ）A、B、C、D、解析：解析：地球?qū)πl(wèi)星的引力提供了衛(wèi)星繞地球?qū)πl(wèi)星的引力提供了衛(wèi)星繞地球作圓周運動的向心力，則地球作圓周運動的向心力，則故選正確答案為（故選正確答案為（D）