《福建省福鼎市第二中學(xué)高三物理一輪復(fù)習(xí) 第2、3節(jié) 萬有引力定律的應(yīng)用 人類對太空的不懈追求課件》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《福建省福鼎市第二中學(xué)高三物理一輪復(fù)習(xí) 第2、3節(jié) 萬有引力定律的應(yīng)用 人類對太空的不懈追求課件（33頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
1、第第2 2、3 3節(jié)節(jié) 萬有引力定律的應(yīng)用萬有引力定律的應(yīng)用 人類對太空的不懈追求人類對太空的不懈追求 1 1. .了解人造衛(wèi)星的有關(guān)知識，知道三個宇宙速度的含了解人造衛(wèi)星的有關(guān)知識，知道三個宇宙速度的含義，會推導(dǎo)第一宇宙速度義，會推導(dǎo)第一宇宙速度 2.2.理解并掌握萬有引力定律處理人造衛(wèi)星的問題的理解并掌握萬有引力定律處理人造衛(wèi)星的問題的思路和方法思路和方法 3.3.知道地心說和日心說基本內(nèi)容知道地心說和日心說基本內(nèi)容, ,了解人類對天體運(yùn)了解人類對天體運(yùn)動的認(rèn)識過程是漫長和復(fù)雜的，真理是來之不易的動的認(rèn)識過程是漫長和復(fù)雜的，真理是來之不易的 4.4.了解人類探索太空的發(fā)展過程了解人類探索太
2、空的發(fā)展過程人造衛(wèi)星上天人造衛(wèi)星上天牛頓在牛頓在16871687年發(fā)表的年發(fā)表的自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理中描述的中描述的人造地球衛(wèi)星原理圖人造地球衛(wèi)星原理圖 各種各樣的衛(wèi)星各種各樣的衛(wèi)星 設(shè)地球的質(zhì)量為設(shè)地球的質(zhì)量為M M，繞地球做勻速圓周運(yùn)動的飛行器的，繞地球做勻速圓周運(yùn)動的飛行器的質(zhì)量為質(zhì)量為m m，飛行器的速度為，飛行器的速度為v v，它到地心的距離為，它到地心的距離為r r。飛行。飛行器運(yùn)動所需要的向心力由地球?qū)λ娜f有引力提供器運(yùn)動所需要的向心力由地球?qū)λ娜f有引力提供22MmvGmrrGMvR112466.67 105.98 10m/s6.38 107.9km/srRr
3、R推導(dǎo)：最小的發(fā)射速度推導(dǎo)：最小的發(fā)射速度69.8 6.4 10 m/s2GMgR2MmmgGRvgR7.9km/s如果不知道地球的質(zhì)量，知道地球表面的重力加速度，如果不知道地球的質(zhì)量，知道地球表面的重力加速度，如何求如何求v v？【解析解析】由：由：第一宇宙速度第一宇宙速度 物體在地面附近繞地球做勻速圓周運(yùn)動的速度，物體在地面附近繞地球做勻速圓周運(yùn)動的速度，叫第一宇宙速度，也叫地面附近的環(huán)繞速度。數(shù)值為叫第一宇宙速度，也叫地面附近的環(huán)繞速度。數(shù)值為7.9km/s7.9km/s 當(dāng)發(fā)射速度大于當(dāng)發(fā)射速度大于7.9km/s7.9km/s，小于，小于11.2km/s11.2km/s，它繞，它繞地球
4、運(yùn)行的軌道不是圓，而是橢圓。地球運(yùn)行的軌道不是圓，而是橢圓。第一宇宙速度是衛(wèi)星發(fā)射的最小速度第一宇宙速度是衛(wèi)星發(fā)射的最小速度第二宇宙速度第二宇宙速度當(dāng)物體的速度等于或大于當(dāng)物體的速度等于或大于11.2km/s11.2km/s時，它就會克服地球的時，它就會克服地球的引力，成為圍繞太陽運(yùn)動的人造行星，或飛到其他行星引力，成為圍繞太陽運(yùn)動的人造行星，或飛到其他行星上。我們把上。我們把11.2km/s11.2km/s叫做第二宇宙速度。叫做第二宇宙速度。第三宇宙速度第三宇宙速度 當(dāng)物體的速度等于或大于當(dāng)物體的速度等于或大于16.7km/s16.7km/s時，物體可以掙脫時，物體可以掙脫太陽引力的束縛，飛
5、到太陽太陽引力的束縛，飛到太陽系以外的宇宙空間。我們把系以外的宇宙空間。我們把16.7km/s16.7km/s叫做第三宇宙速度。叫做第三宇宙速度。人造衛(wèi)星人造衛(wèi)星( (普通普通) ) 設(shè)：地球質(zhì)量為設(shè)：地球質(zhì)量為M M，地球半徑為，地球半徑為R R，衛(wèi)星距地面高為，衛(wèi)星距地面高為h h，衛(wèi)星質(zhì)量為衛(wèi)星質(zhì)量為m,m,寫出下列物理量的表達(dá)式寫出下列物理量的表達(dá)式1.1.線速率：線速率： 由由 GMvRh22MmvGm(R h)R h2.2.角速度：角速度： 由由3GM(R h)22MmGm (R h)(R h) 3.3.周期：周期： 由由 3(R h)T2GM 2T人造衛(wèi)星運(yùn)動量與軌道半徑的關(guān)系人
6、造衛(wèi)星運(yùn)動量與軌道半徑的關(guān)系 物理量物理量 計算公式計算公式線速率線速率 角速度角速度3GM(R h)周期周期3(R h)T 2GM v v減小減小 減小減小T T增大增大GMvRhh h的增大（軌的增大（軌道半徑道半徑r r增大）增大）例例1 1：人造地球衛(wèi)星的軌道半徑越大，則：人造地球衛(wèi)星的軌道半徑越大，則( )( )A A、速度越小，周期越小、速度越小，周期越小B B、速度越小，加速度越小、速度越小，加速度越小C C、加速度越小、加速度越小, ,周期越大周期越大D D、角速度越小、角速度越小, ,加速度越大加速度越大BCBC練習(xí)：兩顆人造地球衛(wèi)星質(zhì)量之比練習(xí)：兩顆人造地球衛(wèi)星質(zhì)量之比m
7、m1 1m m2 2=12,=12,軌道半徑軌道半徑之比之比r r1 1r r2 2=31=31，下列有關(guān)數(shù)據(jù)之比正確的是，下列有關(guān)數(shù)據(jù)之比正確的是( )( )A A、周期之比、周期之比T T1 1T T2 2=31 =31 B B、線速度之比、線速度之比v v1 1v v2 2=31=31C C、向心力之比、向心力之比F F1 1F F2 2=19 =19 D D、向心加速度之比、向心加速度之比a a1 1a a2 2=19=19D D 預(yù)測并發(fā)現(xiàn)未知行星預(yù)測并發(fā)現(xiàn)未知行星, ,是萬有引力理論威力和價值的最生動是萬有引力理論威力和價值的最生動例證例證. . 在在17811781年發(fā)現(xiàn)的第七大
8、行星年發(fā)現(xiàn)的第七大行星天王星天王星的運(yùn)動軌道，總是同根據(jù)萬有引力定律的運(yùn)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計算出來的有一定偏離. .當(dāng)時有人預(yù)測，當(dāng)時有人預(yù)測，肯定在其軌道外還有一顆未發(fā)現(xiàn)的新星肯定在其軌道外還有一顆未發(fā)現(xiàn)的新星, ,這就是后來發(fā)現(xiàn)的第八大行星這就是后來發(fā)現(xiàn)的第八大行星海王星海王星. .海王星海王星 海王星的實際軌道是由英國劍橋大學(xué)海王星的實際軌道是由英國劍橋大學(xué)的學(xué)生亞當(dāng)斯和法國年輕的天文愛好者的學(xué)生亞當(dāng)斯和法國年輕的天文愛好者勒維耶根據(jù)天王星的觀測資料各自獨立勒維耶根據(jù)天王星的觀測資料各自獨立地利用萬有引力定律計算出來的地利用萬有引力定律計算出來的. .預(yù)測
9、未知天體預(yù)測未知天體法國的勒維耶法國的勒維耶英國的亞當(dāng)斯英國的亞當(dāng)斯18461846年年9 9月月2323日晚日晚, ,德國的德國的伽勒伽勒在柏林天在柏林天文臺用望遠(yuǎn)鏡文臺用望遠(yuǎn)鏡在勒維耶預(yù)言在勒維耶預(yù)言的位置附近發(fā)的位置附近發(fā)現(xiàn)了這顆行現(xiàn)了這顆行星星海王星海王星柏林天文臺柏林天文臺“海王星海王星”的的發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn) 海王星發(fā)現(xiàn)之后，人們海王星發(fā)現(xiàn)之后，人們發(fā)現(xiàn)它的軌道也與理論計算發(fā)現(xiàn)它的軌道也與理論計算的不一致。于是幾位學(xué)者用的不一致。于是幾位學(xué)者用亞當(dāng)斯和勒維耶的方法預(yù)言亞當(dāng)斯和勒維耶的方法預(yù)言另一顆新行星的存在另一顆新行星的存在 在預(yù)言提出之后，在預(yù)言提出之后，19301930年，湯博發(fā)現(xiàn)了太
10、陽系的后年，湯博發(fā)現(xiàn)了太陽系的后來曾被稱為第九大行星的冥來曾被稱為第九大行星的冥王星王星冥王星和它的衛(wèi)星冥王星和它的衛(wèi)星美國宇航局（美國宇航局（NASANASA）提供的）提供的冥王星（上者）與它的衛(wèi)星冥王星（上者）與它的衛(wèi)星的畫面的畫面 冥冥王王星星和和彗彗星星 盡管冥王星外面太盡管冥王星外面太陽光已經(jīng)非常的微弱，陽光已經(jīng)非常的微弱，但是，黑暗寒冷的太陽但是，黑暗寒冷的太陽系邊緣依然牽動著人們系邊緣依然牽動著人們的心，搜索工作從來沒的心，搜索工作從來沒有停止過。有停止過。 美國美國20012001年發(fā)射，并年發(fā)射，并于于20062006至至20082008年訪問冥年訪問冥王星的宇宙飛船王星的宇
11、宙飛船其實，從遠(yuǎn)古時代人們開始探究太空，而且不懈追求其實，從遠(yuǎn)古時代人們開始探究太空，而且不懈追求神秘的宇宙神秘的宇宙.不同的時期，偉大的科學(xué)家們提出自己的假說，著名不同的時期，偉大的科學(xué)家們提出自己的假說，著名的有地心說和日心說的有地心說和日心說“地心說地心說”模型模型代表人物：代表人物：亞里士多德；托勒密亞里士多德；托勒密地心說地心說托勒密于公元二世紀(jì)，提出了自己托勒密于公元二世紀(jì)，提出了自己的宇宙結(jié)構(gòu)學(xué)說，即的宇宙結(jié)構(gòu)學(xué)說，即“地心說地心說”. .地心說認(rèn)為地球是宇宙的中心，是地心說認(rèn)為地球是宇宙的中心，是靜止不動的，太陽、月亮及其他的靜止不動的，太陽、月亮及其他的行星都繞地球運(yùn)動行星都
12、繞地球運(yùn)動 地心說直到地心說直到1616世紀(jì)才被哥白尼推翻世紀(jì)才被哥白尼推翻. .托勒密托勒密太陽“日心說日心說”模型模型代表人物：代表人物：哥白尼哥白尼日心說日心說哥白尼哥白尼哥白尼在哥白尼在1616世紀(jì)提出了日心說世紀(jì)提出了日心說日心說認(rèn)為太陽是靜止不動的，地日心說認(rèn)為太陽是靜止不動的，地球和其他行星都繞太陽運(yùn)動球和其他行星都繞太陽運(yùn)動1543 1543 年哥白尼的年哥白尼的天體運(yùn)行論天體運(yùn)行論 出版，書中詳細(xì)描述了日心說理論出版，書中詳細(xì)描述了日心說理論. .1.1.兩顆人造衛(wèi)星兩顆人造衛(wèi)星A A、B B繞地球做圓周運(yùn)動，周期之比為繞地球做圓周運(yùn)動，周期之比為T TA A : T : T
13、B B = 1: 8 = 1: 8，則軌道半徑之比和運(yùn)動速率之比分別，則軌道半徑之比和運(yùn)動速率之比分別為（為（ ）A.A. R RA A : R : RB B = 4:1; V = 4:1; VA A : V : VB B = 1:2 = 1:2 B.B. R RA A : R : RB B = 4:1; V = 4:1; VA A : V : VB B = 2:1 = 2:1C. RC. RA A : R : RB B = 1:4; V = 1:4; VA A : V : VB B = 1:2 = 1:2 D. RD. RA A : R : RB B = 1:4; V = 1:4; VA A
14、 : V : VB B = 2:1 = 2:1D D2.2.關(guān)于地球的第一宇宙速度，下列表述正確的是關(guān)于地球的第一宇宙速度，下列表述正確的是( () )A A第一宇宙速度又叫環(huán)繞速度第一宇宙速度又叫環(huán)繞速度B B第一宇宙速度又叫脫離速度第一宇宙速度又叫脫離速度C C第一宇宙速度跟地球的質(zhì)量無關(guān)第一宇宙速度跟地球的質(zhì)量無關(guān)D D第一宇宙速度跟地球的半徑無關(guān)第一宇宙速度跟地球的半徑無關(guān)解析：解析：第一宇宙速度又叫環(huán)繞速度，第一宇宙速度又叫環(huán)繞速度，A A對，對，B B錯；萬錯；萬有引力提供向心力，由有引力提供向心力，由 可知第一宇宙可知第一宇宙速度與地球的質(zhì)量和半徑有關(guān)，速度與地球的質(zhì)量和半徑有關(guān)
15、，C C、D D錯錯答案：答案： A A3.20093.2009年年2 2月月1111日，俄羅斯的日，俄羅斯的“宇宙宇宙2251”2251”衛(wèi)星和美國的衛(wèi)星和美國的“銥銥33”33”衛(wèi)星在西伯利亞上空約衛(wèi)星在西伯利亞上空約805 km805 km處發(fā)生碰撞這處發(fā)生碰撞這是歷史上首次發(fā)生的完整在軌衛(wèi)星碰撞事件碰撞過程中是歷史上首次發(fā)生的完整在軌衛(wèi)星碰撞事件碰撞過程中產(chǎn)生的大量碎片可能會影響太空環(huán)境假定有甲、乙兩塊產(chǎn)生的大量碎片可能會影響太空環(huán)境假定有甲、乙兩塊碎片，繞地球運(yùn)動的軌道都是圓，甲的運(yùn)行速率比乙的大，碎片，繞地球運(yùn)動的軌道都是圓，甲的運(yùn)行速率比乙的大，則下列說法中不正確的是則下列說法中
16、不正確的是 ( () )A A甲的運(yùn)行周期一定比乙的長甲的運(yùn)行周期一定比乙的長B B甲距地面的高度一定比乙的高甲距地面的高度一定比乙的高C C甲的向心力一定比乙的小甲的向心力一定比乙的小D D甲的加速度一定比乙的大甲的加速度一定比乙的大解析：解析：萬有引力提供碎片做圓周運(yùn)動的向心力，萬有引力提供碎片做圓周運(yùn)動的向心力， 解得解得 因為甲的速率較大，所以甲的軌道半徑小，因為甲的速率較大，所以甲的軌道半徑小，B B錯誤根據(jù)周期公式錯誤根據(jù)周期公式 可知，甲的運(yùn)動周期較可知，甲的運(yùn)動周期較小，所以小，所以A A錯誤根據(jù)加速度公式錯誤根據(jù)加速度公式 可知甲的加速度可知甲的加速度較大，所以較大，所以D
17、D正確因甲、乙碎片質(zhì)量未知，不能確定正確因甲、乙碎片質(zhì)量未知，不能確定甲、乙向心力的大小關(guān)系，所以甲、乙向心力的大小關(guān)系，所以C C錯誤錯誤答案：答案： D D22MmvGmrrGMvr2 32 r4rTvGM2GMar4.4.據(jù)報道，我國數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星據(jù)報道，我國數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星“天鏈一號天鏈一號0101星星”于于20082008年年4 4月月2525日在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射升空，經(jīng)過日在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射升空，經(jīng)過4 4次變軌控制次變軌控制后，于后，于5 5月月1 1日成功定點在東經(jīng)日成功定點在東經(jīng)7777赤道上空的同步軌道赤道上空的同步軌道關(guān)于成功定點后的關(guān)于成功定點后的“天鏈一號天鏈一號0
18、101星星”，下列說法正確的，下列說法正確的是是( () )A A運(yùn)行速度大于運(yùn)行速度大于7.9 km7.9 kmB B離地面高度一定，相對地面靜止離地面高度一定，相對地面靜止C C繞地球運(yùn)行的角速度比月球繞地球運(yùn)行的角速度小繞地球運(yùn)行的角速度比月球繞地球運(yùn)行的角速度小D D向心加速度與靜止在赤道上物體的向心加速度大小相等向心加速度與靜止在赤道上物體的向心加速度大小相等 解析解析 由萬有引力提供向心力得：由萬有引力提供向心力得：可得：可得： 即線速度即線速度v v隨軌道半徑隨軌道半徑r r的增大而減小，的增大而減小，v v7.9 km/s7.9 km/s為第一宇宙速度即圍繞地球表面運(yùn)行的速為第
19、一宇宙速度即圍繞地球表面運(yùn)行的速度；因同步衛(wèi)星軌道半徑比地球半徑大很多，因此其線速度；因同步衛(wèi)星軌道半徑比地球半徑大很多，因此其線速度應(yīng)小于度應(yīng)小于7.9 km/s7.9 km/s，故，故A A錯；錯；22MmvGmrrGMvr因同步衛(wèi)星與地球自轉(zhuǎn)同步，即因同步衛(wèi)星與地球自轉(zhuǎn)同步，即T T、相同，因此其相對地相同，因此其相對地面靜止，由公式面靜止，由公式 得：得： 因因G G、M M、R R均為定值，因此均為定值，因此h h一定為定值，故一定為定值，故B B對；因同步衛(wèi)對；因同步衛(wèi)星周期星周期T T同同2424小時，月球繞地球轉(zhuǎn)動周期小時，月球繞地球轉(zhuǎn)動周期T T月月3030天，即天，即T T
20、同同T T月月，由公式，由公式 得，得，同同月月，故，故C C錯；錯；22MmGm(Rh)Rh（）32GMhR2T 同步衛(wèi)星與靜止在赤道上的物體具有共同的角速度，同步衛(wèi)星與靜止在赤道上的物體具有共同的角速度，由公式由公式a a向向rr2 2，可得：，可得： 因軌道半徑不同，因軌道半徑不同，故其向心加速度不同，故其向心加速度不同，D D錯誤錯誤答案：答案：B B一、三種宇宙速度一、三種宇宙速度1 1第一宇宙速度第一宇宙速度( (環(huán)繞速度環(huán)繞速度) )：v v1 1 ，是人造地球，是人造地球衛(wèi)星的最小發(fā)射速度，也是人造地球衛(wèi)星繞地球做圓周運(yùn)衛(wèi)星的最小發(fā)射速度，也是人造地球衛(wèi)星繞地球做圓周運(yùn)動的最大
21、的環(huán)繞速度動的最大的環(huán)繞速度7.9 km/s7.9 km/s2 2第二宇宙速度第二宇宙速度( (脫離速度脫離速度) )：v v2 2 ，是使物體，是使物體 掙脫掙脫 地球引力束縛的最小發(fā)射速度地球引力束縛的最小發(fā)射速度 11.2 km/s 11.2 km/s3 3第三宇宙速度第三宇宙速度( (逃逸速度逃逸速度) )：v v3 3 ，是使物體，是使物體掙脫太陽引力束縛的最小發(fā)射速度掙脫太陽引力束縛的最小發(fā)射速度16.7 km/s16.7 km/s二、人造衛(wèi)星運(yùn)動量與軌道半徑的關(guān)系二、人造衛(wèi)星運(yùn)動量與軌道半徑的關(guān)系1.1.線速度：線速度： 2.2.角速度：角速度：3GM(R h)3.3.周期：周期：3(R h)T2GM v v減小減小 減小減小T T增大增大GMvRhh h的增大，即軌道半徑的增大，即軌道半徑r r增大增大
福建省福鼎市第二中學(xué)高三物理一輪復(fù)習(xí) 第2、3節(jié) 萬有引力定律的應(yīng)用 人類對太空的不懈追求課件
