【高中物理】萬有引力定律及其應(yīng)用解讀課件

1、萬有引力定律及其應(yīng)用1存在的問題選擇題（1）沒有做到“刨根問底”，僅僅靠感覺判斷?。?）講過的題目不整理反思！計算題（1）不會審題，不能充分利用題干的信息，公式的選擇太隨意（2）懼怕和懶惰心理，不愿意和不敢動手。（3）講完的題只死記答案，不提取解題思路學(xué)習(xí)目標(biāo)： 1、做到知其然，知其所以然。多思考為什么 2、養(yǎng)成邊做、邊標(biāo)、邊改的習(xí)慣 3、熟悉掌握萬有引力常見問題的解決方法2一.萬有引力定律(1)內(nèi)容： 宇宙間的一切物體都是互相吸引的，兩個物體間的引力大小，跟它們的質(zhì)量的乘積成正比，跟它們的距離的平方成反比 (2)公式： (3)適用條件： 嚴(yán)格地說公式只適用于質(zhì)點間的相互作用，當(dāng)兩個物體間的距

2、離遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于物體本身的大小時，公式也可近似使用，但此時r應(yīng)為兩物體重心間的距離對于均勻的球體,r是兩球心間的距離 3例題.對于萬有引力定律的表達(dá)式F=Gm1m2/r，下列說法正確的是( )A.公式中G為引力常量，它是由實驗測得的，而不是人為規(guī)定的B.當(dāng)r趨近于0時，萬有引力趨近于無窮大C.m1、m2受到的引力總是大小相等、方向相反，是一對平衡力D.公式中的F應(yīng)理解為m1、m2所受引力之和A4二、萬有引力和重力 重力是萬有引力產(chǎn)生的，由于地球的自轉(zhuǎn)，因而地球表面的物體隨地球自轉(zhuǎn)時需要向心力重力實際上是萬有引力的一個分力另一個分力就是物體隨地球自轉(zhuǎn)時需要的向心力，如圖所示， 由于緯度的變化，物體做圓

3、周運動的向心力F向不斷變化，因而在地球表面的物體的重力隨緯度的變化而變化，即重力加速度g隨緯度變化而變化，從赤道到兩極逐漸增大通常的計算中因重力和萬有引力相差不大，而認(rèn)為兩者相等，即 mg=GMm/R25三.天體表面重力加速度問題設(shè)天體表面重力加速度為g,天體半徑為R，由mg= 得 由此推得兩個不同天體表面重力加速度的關(guān)系為 即 gR2 = GM（黃金代換式）6四關(guān)于天體運動規(guī)律的計算基本方法：把天體的運動看成是勻速圓周運動，其所需向心力由萬有引力提供。 物理模型：運動天體（看成質(zhì)點）圍繞中心天體（不能看成質(zhì)點）做勻速圓周運動。7萬有引力定律的應(yīng)用測天體的質(zhì)量、密度行星、衛(wèi)星的運動宇宙速度同步

4、衛(wèi)星思路一：天體表面重力近似等于萬有引力思路二：天體運動中，萬有引力提供物體圓周運動向心力重力加速度g8（一）、重力加速度g1、天體表面的重力加速度為2、離表面某一高度的物體的重力加速度（軌道重力加速度）93、近地人造衛(wèi)星1和2繞地球做勻速圓周運動的周期分別為T1和T2，設(shè)在衛(wèi)星1、衛(wèi)星2各自所在的高度上的重力加速度大小分別為g1、g2，則 ( )ABCDB10運動天體的線速度、角速度、周期、向心加速度的計算 =m2（r+h） = T= GMm/(R+h)2=maa=GM/(R+h)2天體的運動規(guī)律11五天體質(zhì)量和密度的計算12六、處理人造衛(wèi)星問題的基本思路 基本方法：人造衛(wèi)星繞地球做勻速圓周

5、運動，軌道圓心都在地心;萬有引力充當(dāng)向心力；注意：人造衛(wèi)星的軌道半徑與它的高度和中心天體的半徑都不相同離地面不同高度，重力加速度不同，根據(jù)已知條件選擇向心加速度的表達(dá)式便于計算；利用黃金代換式gR2=GM推導(dǎo)化簡運算過程。物理模型：地球是中心天體，衛(wèi)星是運動天體13（1）衛(wèi)星的軌道平面地球球心一定在衛(wèi)星的軌道平面內(nèi)。 （2）衛(wèi)星圓周運動的動力學(xué)方程常見有如下表達(dá)形式：，實際是牛頓第二定律的具體體現(xiàn)。 =ma向mg=注意：式中的r是衛(wèi)星的軌道半徑或衛(wèi)星離地球球心的距離，不是衛(wèi)星距離地面的高度。 14一、衛(wèi)星的繞行線速度、角速度、周期與高度的關(guān)系 （1）由 ，得 當(dāng)h，v （2）由 =m2（r+h

6、），得= 當(dāng)h， （3）由 ，得T= 當(dāng)h，T 15【例l】設(shè)人造地球衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動，衛(wèi)星離地面越高，則衛(wèi)星的（ ）A速度越大 B角速度越大 C向心加速度越大； D周期越長 D【例2】（多選）在空中飛行了十多年的“和平號”航天站已失去動力，由于受大氣阻力作用其繞地球轉(zhuǎn)動半徑將逐漸減小，最后在大氣層中墜毀，在此過程中下列說法正確的是A航天站的速度將加大 B航天站繞地球旋轉(zhuǎn)的周期加大C航天站的向心加速度加大 D航天站的角速度將增大 ACD16【例3】設(shè)地球的半徑為R0，質(zhì)量為m的衛(wèi)星在距地面R0高處做勻速圓周運動，地面的重力加速度為g0，則以下說法錯誤的是（ ）A.衛(wèi)星的線速度為 B.衛(wèi)

7、星的角速度為 C.衛(wèi)星的加速度為 D.衛(wèi)星的周期 解析： 在地面： ;在高空： 此重力加速度即為衛(wèi)星的向心加速度故C選項錯誤 g=g0； 17周期 故D選項正確 角速度 故B選項正確 衛(wèi)星的線速度 故A選項正確 18二、三種宇宙速度：第一宇宙速度（環(huán)繞速度）：v1=7.9km/s，是人造地球衛(wèi)星在地面的最小發(fā)射速度，是人造衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動的最大線速度，也是近地衛(wèi)星的線速度。第二宇宙速度（脫離速度）v2=11.2km/s，使衛(wèi)星掙脫地球引力束縛的最小發(fā)射速度。第三宇宙速度（逃逸速度）v3=16.7km/s，使衛(wèi)星掙脫太陽引力束縛的最小發(fā)射速度。19第一宇宙速度的計算方法一：地球?qū)πl(wèi)星的萬

8、有引力就是衛(wèi)星做圓周運動的向心力當(dāng)h，v 在地球表面附近衛(wèi)星的速度是它運行的最大速度，其大小為： =7.9103m/s 20方法二：地面附近物體的重力近似地等于地球?qū)λ娜f有引力，重力就是衛(wèi)星做圓周運動的向心力當(dāng)h0時v1 =7.9103m/s 21三、兩種最常見的衛(wèi)星1.近地衛(wèi)星。 近地衛(wèi)星的軌道半徑r可以近似地認(rèn)為等于地球半徑R，由式可得其線速度大小為v1=7.9103m/s；由式可得其周期為T=5.06103s=84min。由、式可知，它們分別是繞地球做勻速圓周運動的人造衛(wèi)星的最大線速度和最小周期。 神舟號飛船的運行軌道離地面的高度為340km，線速度約7.8km/s，周期約90min。

9、 222.同步衛(wèi)星 1)“同步”：就是和地球保持相對靜止，所以其周期等于地球自轉(zhuǎn)周期，即T=24h=86400s。2)高度：同步衛(wèi)星離地面高度為h= 3.6107m3)軌道位置：軌道半徑是唯一確定的離地面的高度h=3.6104 km，而且該軌道必須在地球赤道的正上方，運轉(zhuǎn)方向必須跟地球自轉(zhuǎn)方向一致即由西向東。如果僅與地球自轉(zhuǎn)周期相同而不定點于赤道上空，該衛(wèi)星就不能與地面保持相對靜止。 線速度：同步衛(wèi)星的線速度 v= 3.07km/s23五、天體運行中的追及問題例如圖所示，有A、B兩顆行星繞同一顆恒星M做圓周運動，旋轉(zhuǎn)方向相同，A行星的周期為T1，B行星的周期為T2，在某一時刻兩行星相距最近，則

10、 （ ） A經(jīng)過時間 t=T1+T2兩行星再次相距最近B 經(jīng)過時間 t=T1T2/(T2-T1)，兩行星再次相距最近C經(jīng)過時間 t=(T1+T2 )/2，兩行星相距最遠(yuǎn)D經(jīng)過時間 t=T1T2/2(T2-T1) ，兩行星相距最遠(yuǎn)MABB D241、兩顆衛(wèi)星在同一軌道平面內(nèi)繞地球做勻速圓周運動，地球半徑為R，A衛(wèi)星離地面的高度為R，B衛(wèi)星離地面的高度為3R，若某時刻兩衛(wèi)星正好同時通過地面同一點的正上方，則A衛(wèi)星至少通過多少個周期兩衛(wèi)星相距最遠(yuǎn)？五、天體運行中的追及問題25練習(xí)：1、太空被稱為是21世紀(jì)技術(shù)革命的搖籃。擺脫地球引力，在更“純凈”的環(huán)境中探求物質(zhì)的本質(zhì)，撥開大氣層的遮蓋，更直接地探索

11、宇宙的奧秘，一直是科學(xué)家們夢寐以求的機會?！吧裰萏枴?兩次載人飛船的成功發(fā)射與回收給我國航天界帶來足夠的信心，我國提出了載人飛船太空實驗室空間站的三部曲構(gòu)想。某宇航員要與軌道空間站對接，飛船為了追上軌道空間站（ ）A. 只能從較低軌道上加速B. 只能從較高軌道上加速C. 只能從空間站同一高度的軌道上加速D. 無論在什么軌道上，只要加速都行A26練習(xí)3、如圖所示，A為靜止于地球赤道上的物體，B 為繞地球做橢圓軌道運行的衛(wèi)星，C 為繞地球做圓周運動的衛(wèi)星，P為B、C 兩衛(wèi)星軌道的交點已知A、B、C繞地心運動的周期相同相對于地心，下列說法中正確的是 ( )A衛(wèi)星C 的運行速度大于物體A的速度B物體A

12、 和衛(wèi)星C 具有相同大小的加速度C可能出現(xiàn)：在每天的某一時刻衛(wèi)星B 在A 的正上方D衛(wèi)星B 在P 點的加速度大小與衛(wèi)星C 在該點加速度相等ACD CBAP27例.（全國理綜）中子星是恒星演化過程的一種可能結(jié)果。它的密度很大，現(xiàn)有一中子星，觀測到它的自轉(zhuǎn)周期為T=1/30s，問該中子星的最小密度應(yīng)是多少才能維持該星體的穩(wěn)定，不致因自轉(zhuǎn)而瓦解？計算時星體可視為均勻球體。（G=6.6710-11m3/Kgs2）28C3.下圖是“嫦娥一導(dǎo)奔月”示意圖，衛(wèi)星發(fā)射后通過自帶的小型火箭多次變軌，進入地月轉(zhuǎn)移軌道，最終被月球引力捕獲，成為繞月衛(wèi)星，并開展對月球的探測，下列說法正確的是（ ）A發(fā)射“嫦娥一號”的速度必須達(dá)到第三宇宙速度B在繞月圓軌道上，衛(wèi)星周期與衛(wèi)星質(zhì)量有關(guān)C衛(wèi)星受月球的引力與它到月球中心距離的平方成反比D在繞月軌道上，衛(wèi)星受地球的引力大于受月球的引力29赤道物體、同步衛(wèi)星、近地衛(wèi)星解題思路：三點：、在求解“同步衛(wèi)星”與“赤道上