萬(wàn)有引力定律的應(yīng)用3課件

第2節(jié)萬(wàn)有引力定律的應(yīng)用第2節(jié)萬(wàn)有引力定律的應(yīng)用人造地球衛(wèi)星的設(shè)想圖v平拋洲際導(dǎo)彈人造衛(wèi)星增大思考人造地球衛(wèi)星的設(shè)想圖v平拋洲際導(dǎo)彈人造衛(wèi)星增大思考1、第一宇宙速度（環(huán)繞速度）衛(wèi)星做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由萬(wàn)有引力提供，萬(wàn)有引力近似等于重力mg，衛(wèi)星運(yùn)行半徑近似看作地球半徑，根據(jù)牛頓第二定律得:mg=GMm/R2=mv2/R最小的近地發(fā)射速度,近地發(fā)射時(shí)速度等于這個(gè)速度衛(wèi)星，剛好能在地球表面附近作勻速圓周運(yùn)動(dòng)v1=7.9km/sv>7.9km/s第一宇宙速度是最小發(fā)射速度1、第一宇宙速度（環(huán)繞速度）衛(wèi)星做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由萬(wàn)有引v2=11.2km/s２、第二宇宙速度

（脫離速度）11.2km/s<v<16.7km/s3、第三宇宙速度（逃逸速度）v3=16.7km/sv2=11.2km/s２、第二宇宙速度

（脫離速度）例題1：關(guān)于地球的第一宇宙速度，下列表述正確的是()A．第一宇宙速度又叫環(huán)繞速度B．第一宇宙速度又叫脫離速度C．第一宇宙速度跟地球的質(zhì)量無(wú)關(guān)D．第一宇宙速度跟地球的半徑無(wú)關(guān)A例題1：關(guān)于地球的第一宇宙速度，下列表述正確的是()A繞地球作勻速圓周運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星，其所需向心力由萬(wàn)有引力提供二、衛(wèi)星的運(yùn)行(圓周軌道)ABCv1=7.9km/s正在思考繞同一天體運(yùn)動(dòng)的不同軌道做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，r越大，則a、v、ω越小，T越大。結(jié)論:衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)與m無(wú)關(guān)；a、v、ω、T由r唯一決定繞地球作勻速圓周運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星，二、衛(wèi)星的運(yùn)行(圓周軌道)ABC例：人造地球衛(wèi)星的軌道半徑越大，則()A、速度越小，周期越小

B、速度越大，加速度越小C、加速度越小,周期越大

D、角速度越小,加速度越大C例：人造地球衛(wèi)星的軌道半徑越大，則()CABCv1=7.9km/sv1是最小近地發(fā)射速度，也是最大運(yùn)行速度?(無(wú)能量補(bǔ)充)(軌道速度)進(jìn)一步理解：第一宇宙速度ABCv1=7.9km/sv1是最小近地發(fā)射速度，(無(wú)能量補(bǔ)飛船發(fā)射衛(wèi)星發(fā)射的軌跡三、人造地球衛(wèi)星的變軌道飛船發(fā)射衛(wèi)星發(fā)射的軌跡三、人造地球衛(wèi)星的變軌道v1v2v3v4v2>v1v4>v3v1>v4v2>v1>v4>v3衛(wèi)星的變軌AB比較下列速度大小v1v2v3v4v2>v1v4>v3v1>v4v2>v1>v一、發(fā)射原理第2節(jié)萬(wàn)有引力定律的應(yīng)用1、牛頓的設(shè)想圖2、近地發(fā)射速度：二、衛(wèi)星的運(yùn)行(圓周軌道)原理：結(jié)論:衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)與m無(wú)關(guān)；v、ω、T由r唯一決定三、衛(wèi)星的發(fā)射和變軌mg=GMm/r2=ma=mv2/r=mrω2=mr4π2/T2V1=7.9Km/sV2=11.2Km/sV3=16.7Km/s(三種宇宙速度)v1是最小近地發(fā)射速度，也是最大運(yùn)行速度一、發(fā)射原理第2節(jié)萬(wàn)有引力定律的應(yīng)用1、牛頓的設(shè)想圖2、近四、同步通訊衛(wèi)星2、同步衛(wèi)星的軌道如何確定?1、地球同步衛(wèi)星相對(duì)于地面靜止，周期與地球相同。同步衛(wèi)星必須位于赤道平面上空。F向=F引GmM/r2=mr4π2/T2F向F2F引hrR同步衛(wèi)星離地面高度36000公里3、同步衛(wèi)星的個(gè)數(shù)：大約3度角左右才能放置一顆衛(wèi)星，地球的同步通訊衛(wèi)星只能有120顆?？梢?jiàn)，空間位置也是一種資源。四、同步通訊衛(wèi)星2、同步衛(wèi)星的軌道如何確定?1、地球同步例1:有兩顆人造地球衛(wèi)星質(zhì)量之比m1∶m2=1∶2,它們運(yùn)行線速度之比v1∶v2=1∶2，則不正確的是()A.向心力之比F1∶F2=1∶32B.向心加速度之比a1∶a2=16∶1C.軌道半徑之比r1∶r2=4∶1D.周期之比T1∶T2=8∶1B比例法例1:有兩顆人造地球衛(wèi)星質(zhì)量之比m1∶m2=1∶2,它們運(yùn)行例1:在圓軌道上運(yùn)動(dòng)的質(zhì)量為m的人造衛(wèi)星，它到地面的距離等于地球半徑R，地面上的重力加速度為g，則()A衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的速度為B衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的周期為C衛(wèi)星的加速度為g/2D衛(wèi)星的動(dòng)能為mgR/4知一求其他mg=GMm/R2GM=gR2r=R+h=2RBD例1:在圓軌道上運(yùn)動(dòng)的質(zhì)量為m的人造衛(wèi)星，它到地面的距離等于自轉(zhuǎn)1近地2同步3月球4自轉(zhuǎn)近地同步月球T1=1天T2=85分T3=1天T4=1月r1=Rr2=Rr3≈7Rr4=60R比較下列4顆衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)物理量(r、T、v、a)大小自轉(zhuǎn)近地同步月球v3=3.1km/sv2=7.9km/sa=GM/r2比較物理量大小自轉(zhuǎn)1近地2同步3月球4自轉(zhuǎn)近地同步月球T1=1天T2=85衛(wèi)星的超重與失重我國(guó)的衛(wèi)星事業(yè)衛(wèi)星的應(yīng)用衛(wèi)星的超重與失重我國(guó)的衛(wèi)星事業(yè)衛(wèi)星的應(yīng)用例1:一顆人造地球衛(wèi)星距地面的高度為h,設(shè)地球半徑為R，衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)周期為T(mén)，地球表面處的重力加速度為g,則該同步，衛(wèi)星的線速度的大小應(yīng)該為()BCA

B2π(h+R)/T

C

D

一題多解例2:用m表示地球通訊衛(wèi)星（同步衛(wèi)星）的質(zhì)量，h表示它離開(kāi)地面的高度，R表示地球的半徑，g表示地面處的重力加速度，ω表示地球自轉(zhuǎn)的角速度，則通訊衛(wèi)星所受的地球?qū)λ娜f(wàn)有引力的大小為()BCGMm/r2=mrω2(GM=gR2)F=GMm/r2=mgR2/(R+h)2例1:一顆人造地球衛(wèi)星距地面的高度為h,設(shè)地球半徑為R，衛(wèi)星解：設(shè)“光子”的質(zhì)量為m，由于光不能從太陽(yáng)射出,設(shè)“光子”恰好繞太陽(yáng)(黑洞)作近地勻速圓周運(yùn)動(dòng),向心力由萬(wàn)有引力提供，由牛頓第二定律得:黑洞例:已知太陽(yáng)的質(zhì)量M=2.0×1030kg，光的速度c=3.0×108m/s，試估算太陽(yáng)如果演變成了黑洞，它的半徑將變成多少？解：設(shè)“光子”的質(zhì)量為m，由于光不能從太陽(yáng)射出,雙星例:在天體運(yùn)動(dòng)中，把兩顆相距很近的恒星稱為雙星，這兩顆星必須各自以一定的速率繞某一中心轉(zhuǎn)動(dòng)才不至于由于萬(wàn)有引力而吸在一起。已知兩恒星的質(zhì)量分別為M1和M2兩恒星距離為L(zhǎng)。求：(1)兩恒星轉(zhuǎn)動(dòng)中心的位置；(2)轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度。LM1M2r1L-r1解：如圖所示，兩顆恒星分別以轉(zhuǎn)動(dòng)中心O作勻速圓周運(yùn)動(dòng)，角速度ω相同，設(shè)M1的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑為r1，M2的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑為r2=L-r1；它們之間的萬(wàn)有引力是各自的向心力。由后兩式相等解得得由前兩式相等解得得雙星例:在天體運(yùn)動(dòng)中，把兩顆相距很近的恒星稱為雙星，這兩顆例、某行星上一晝夜的時(shí)間為T(mén)=6h，在該行星赤道處用彈簧秤測(cè)得一物體的重力大小比在該行星兩極處小10%，則該行星的平均密度是多大？（G取6.67×10－11N·m2/kg2）例、設(shè)某種原因地球自轉(zhuǎn)的加快，當(dāng)角速度等于多少時(shí)，赤道上物體的重力為零？解：萬(wàn)有引力全部提供自轉(zhuǎn)向心力重力的變化例、某行星上一晝夜的時(shí)間為T(mén)=6h，在該行星赤道處用彈簧秤測(cè)例：如圖所示，有A、B兩個(gè)衛(wèi)星繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)方向相同，A衛(wèi)星的周期為T(mén)1，B衛(wèi)星的周期為T(mén)2，在某一時(shí)刻兩衛(wèi)星第一次相遇（即兩衛(wèi)星距離最近），求：1、多少時(shí)間后兩衛(wèi)星第二次相遇？2、多少時(shí)間后兩衛(wèi)星第一次相距最遠(yuǎn)？oΔt/2解：A星轉(zhuǎn)得快，設(shè)相遇時(shí)B轉(zhuǎn)過(guò)角度為θ，則A轉(zhuǎn)過(guò)角度為(θ+2π)，設(shè)經(jīng)過(guò)的時(shí)間為Δt衛(wèi)星的相遇例：如圖所示，有A、B兩個(gè)衛(wèi)星繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)方向相同【例1】2000年1月26日我國(guó)發(fā)射了一顆同步衛(wèi)星，其定點(diǎn)位置與東經(jīng)98°的經(jīng)線在同一平面內(nèi).若把甘肅省嘉峪關(guān)處的經(jīng)度和緯度近似為東經(jīng)98°和北緯a=40°已知地球半徑R、地球自轉(zhuǎn)周期T、地球表面重力加速度