《行星的運動》ppt.ppt

1、第六章 萬有引力與航天,仰望星空 我仰望星空， 我仰望星空 它是那樣寥廓而深邃； 它是那樣自由而寧靜； 那無窮的真理， 那博大的胸懷， 讓我苦苦地求索、追隨。 讓我的心靈棲息、依偎。 我仰望星空， 我仰望星空， 它是那樣莊嚴而圣潔； 它是那樣壯麗而光輝； 那凜然的正義， 那永恒的熾熱， 讓我充滿熱愛、 讓我心中燃起希望的烈 感到敬畏。 焰、響起春雷。 。 溫家寶,閱讀&思考閱讀提綱：,1.古代人們對天體運動存在那些觀點及它們的發(fā)展過程是怎樣的？ 2.什么是“地心說”，什么是“日心說”？ 3.哪種學說占統(tǒng)治的時間較長？ 4.兩種學說爭論的結果是什么？,托 勒 密,地 心 說,地球是世界的中心,并

2、且靜止不動,一切行星圍繞地球做圓周運動,一、行星的運動,日 心 說,太陽是世界的中心,并且靜止不動,一切行星都圍繞太陽做圓周運。,哥白尼,一、行星的運動,表一：各年四節(jié)氣具體日期統(tǒng)計表,分析數(shù)據(jù)，你得到了什么？ 春天：92天 夏天：94天 秋天：84天 冬天：90天 四季的時間是不相等的 地球繞太陽的運動并不是完美的勻速圓周運動,一、行星的運動,開普勒,開普勒第一定律,所有的行星圍繞太陽運動的軌道都是橢圓，太陽處在所有橢圓的一個焦點上,一、行星的運動,仔細觀察地球繞太陽轉動模型圖，你得了到什么？ 快慢：近日點運行快 遠日點運行慢,開普勒,開普勒第二定律,對于每一個行星而言，太陽和行星的聯(lián)線在相

3、等的時間內掃過相等的面積,一、行星的運動,開普勒,開普勒第三定律,所有行星的軌道的半長軸的三次方跟公轉周期的二次方的比值（k）都相等,一、行星的運動,3.361018 3.361018 3.361018 3.361018 3.361018 3.361018 3.371018 3.371018 1.031013 1.031013,動手算一算,動手計算后，你得到了什么？,所有行星的半長軸的三次方與周期的平方的比值都相等，月球、衛(wèi)星的比值也相等,K值與環(huán)繞天體無關，與中心天體有關,練習：關于開普勒行星運動的公式 以下理解正確的是：（AD） A、k是一個與行星無關的常量 B、若地球繞太陽運轉軌道的半長

4、軸為R地，周期為T地；月球繞地球運轉軌道的長半軸為R月，周期為T月，則 C、T表示行星運動的自轉周期 D、T表示行星運動的公轉周期,在中學階段，我們將橢圓軌道按照圓形軌道處理，則開普勒定律描述為：,1.行星繞太陽運動的軌道十分接近圓，太陽處在圓心,1.所有的行星圍繞太陽運動的軌道都是橢圓，太陽處在所有橢圓的一個焦點上,2. 對于每一個行星而言，太陽和行星的聯(lián)線在相等的時間內掃過相等的面積,3.所有行星的軌道的半長軸的三次方跟公轉周期的二次方的比值都相等,2.對于某一行星來說，它繞太陽做圓周運動的角速度（或線速度）不變，即行星做勻速圓周運動,3.所有行星的軌道的半長軸的三次方跟公轉周期的二次方的

5、比值都相等 即R/T=k,例.有兩個人造地球衛(wèi)星，它們繞地球運轉的軌道半徑之比是1：2，則它們繞地球運轉的周期之比為 。,1.內容：宇宙間的一切物體都是相互吸引的，兩個物體間的引力大小與它們的質量的乘積成正比，跟它們距離的平方成反比。,二、萬有引力定律,二、萬有引力定律,3.引力常量：G=6.671011Nm2/kg2，數(shù)值上等于兩個質量均為1kg的物體相距1米時它們之間的相互吸引力。,2.公式:,F=Gm1m2/r2,能稱出地球質量的人,卡文迪許(法國) 1731-1810,T形架,金屬絲,平面鏡,光源,刻度尺,4.萬有引力的適用條件：,(1)適用于質點,(2)當兩物體是質量分布均勻的球體時

6、,式中r指兩球心間的距離.,二、萬有引力定律,(3)若物體不能視為質點,則可把每一個物體視為若干個質點的集合,然后按定律求出各質點間的引力,再按矢量法求它們的合力。,4.萬有引力的適用條件：,二、萬有引力定律,5.萬有引力的特征:,(1)普遍性:普遍存在于宇宙中的任何有質量的物體間的吸引力.是自然界的基本相互作用之一.,二、萬有引力定律,(2)相互性:兩個物體相互作用的引力是一對作用力和反作用力,符合牛頓第三定律.,5.萬有引力的特征:,二、萬有引力定律,(3)宏觀性:通常情況下，萬有引力非常小,只有在質量巨大的天體間或天體與物體間它的存在才有宏觀的實際意義.,5.萬有引力的特征:,二、萬有引

7、力定律,O,O1,忽略地球自轉可得： GMm/R2=mg,6.萬有引力與重力,卡文迪許扭稱實驗。 其意義是用實驗證明了萬有引力的存在，使得萬有引力定律有了真正的使用價值。 推動了天文學的發(fā)展.,7.引力常量G的測定方法及意義,例.設地球的質量為M，赤道半徑R，自轉周期T，則地球赤道上質量為m的物體所受重力的大小為？（式中G為萬有引力恒量）,GMm/R2-42mR/T2,1、理解并熟練應用萬有引力定律求解天體質量和密度 2、了解同步衛(wèi)星、“雙星”天體的特點 3、知道三種宇宙速度 4、掌握衛(wèi)星變軌問題的特點,考綱要求,目標定位,隨著中國及世界上空間技術的飛速發(fā)展，近幾年高考以天體問題為背景的信息給

8、予題，備受命題者的青睞，主要考查學生從材料中獲取“有效信息”的能力。 應用萬有引力定律解決實際問題，雖然考點不多，但需要利用這個定律解決的習題題型多，綜合性強，涉及到的題型： 估算天體質量或平均密度問題、變軌問題、能量問題，核心是萬有引力提供向心力和常用的黃金代換：GM=gR2。,考綱解讀,1、內容：自然界中任何兩個物體都是 的，引力的方向沿 ，引力的大小F與這兩個物體 成正比，與這兩個物體間 成反比,3、適用條件：適用于 間的相互作用。,2、公式： 。 其中G6.671011 Nm2/kg2，稱為引力常量,萬有引力定律,相互吸引,兩物體的連線,質量的乘積m1m2,距離r的平方,質點, 物體在

9、天體（如地球）表面時受到的 重力 。,行星（或衛(wèi)星）做勻速圓周運動所需的向心力都由 提供。,解決天體運動問題的兩條基本思路,近似等于萬有引力,萬有引力,1.衛(wèi)星繞行速度、角速度、周期與半徑的關系：,（r 越大，T 越大）,（r 越大，v 越?。?（r 越大，越小）,人造地球衛(wèi)星,（R為地球的半徑，h為衛(wèi)星距地面的高度）,天體運動應緊緊抓住萬有引力提供向心力,、,（2012 山東）15.2011年11月3日，“神州八號”飛船與“天宮一號”目標飛行器成功實施了首次交會對接。任務完成后“天宮一號”經(jīng)變軌升到更高的軌道，等待與“神州九號”交會對接。變軌前和變軌完成后“天宮一號”的運行軌道均可視為圓軌道

10、，對應的軌道半徑分別為R1、R2，線速度大小分別為v1、v2。則 等于 A B C D,B,例與練,（09年重慶卷）據(jù)報道，“嫦娥一號”和“嫦娥二號”繞月飛行器的圓形軌道距月球表面分別約為200Km和100Km，運動速率分別為v1和v2，那么v1和v2的比值為（月球半徑取1700Km） （ ） A、 B、 C、 D、,C,例與練,（2012 廣東）21.如圖所示，飛船從軌道1變軌至軌道2。若飛船在兩軌道上都做勻速圓周運動，不考慮質量變化，相對于在軌道1上，飛船在軌道2上的,A.動能大 B.向心加速度大 C.運行周期長 D.角速度小,CD,例與練,天體質量M、密度的估算,若已知衛(wèi)星繞地球運行的周

11、期T 和半徑 r,若已知衛(wèi)星繞地球運行的線速度v 和半徑 r,若已知衛(wèi)星繞地球運行的線速度v 和周期T（或角速度）,若已知地球半徑R和地球表面的重力加速度g,若已知衛(wèi)星繞地球運行的周期T 和半徑 r,若已知衛(wèi)星繞地球運行的線速度v 和半徑 r,地球的質量：,地球的密度（設地球半徑R已知）：,地球的質量：,地球的密度（設地球半徑R已知）：,天體質量M、密度的估算,若已知衛(wèi)星繞地球運行的線速度v 和周期T（或角速度）,若已知地球半徑R和地球表面的重力加速度g,地球的質量：,地球的密度（設地球半徑R已知）：,地球的質量：,地球的密度（設地球半徑R已知）：,某衛(wèi)星在月球上空繞月球做勻速圓周運動，若已知

12、該衛(wèi)星繞月球的周期和軌道半徑及引力常量，則由已知物理量可以求出（ ） A月球的質量 B月球的密度 C月球對衛(wèi)星的引力 D衛(wèi)星的向心加速度,AD,例與練,（2011浙江）為了探測X星球，載著登陸艙的探測飛船在該星球中心為圓心，半徑為r1的圓軌道上運動，周期為T1，總質量為m1。隨后登陸艙脫離飛船，變軌到離星球更近的半徑為r2 的圓軌道上運動，此時登陸艙的質量為m2則 A. X星球的質量為 B. X星球表面的重力加速度為 C. 登陸艙在r1與r2軌道上運動時的速度大小之比 D. 登陸艙在半徑為r2軌 道上做圓周運動的周期為,D,例與練,（2012 福建）16一衛(wèi)星繞某一行星表面附近做勻速圓周運動，

13、其線速度大小為 假設宇航員在該行星表面上用彈簧測力計測量一質量為m的物體重力，物體靜止時，彈簧測力計的示數(shù)為 ，已知引力常量為G,則這顆行星的質量為 A. B. C. D.,例與練,B,同步衛(wèi)星繞地球的運動與地球自轉同步，它的運動周期就等于地球自轉的周期，T24 h.,同步衛(wèi)星繞地球運動的角速度等于地球自轉的角速度,所有同步衛(wèi)星的軌道必在赤道平面內,所有同步衛(wèi)星必須位于赤道正上方，且距離地面的高度是一定的（軌道半徑都相同，即在同一軌道上運動），其確定的高度約為h=3.6104 km.,所有同步衛(wèi)星繞地球運動的線速度的大小是一定的，都是3.08 km/s，環(huán)繞方向與地球自轉方向相同,地球同步衛(wèi)星

14、,周期一定：,角速度一定：,軌道一定：,高度一定：,環(huán)繞速度大小一定：,(2011北京)由于通訊和廣播等方面的需要，許多國家發(fā)射了地球同步軌道衛(wèi)星，這些衛(wèi)星的 A質量可以不同 B軌道半徑可以不同 C軌道平面可以不同 D速率可以不同,A,例與練,（2011山東）.甲、乙為兩顆地球衛(wèi)星，其中甲為地球同步衛(wèi)星，乙的運行高度低于甲的運行高度，兩衛(wèi)星軌道均可視為圓軌道。以下判斷正確的是 A.甲的周期大于乙的周期 B.乙的速度大于第一宇宙速度 C.甲的加速度小于乙的加速度 D.甲在運行時能經(jīng)過北極的正上方,AC,例與練,(2011廣東).已知地球質量為M，半徑為R，自轉周期為T，地球同步衛(wèi)星質量為m，引力

15、常量為G。有關同步衛(wèi)星，下列表述正確的是 A.衛(wèi)星距離地面的高度為,B.衛(wèi)星的運行速度小于第一宇宙速度 C.衛(wèi)星運行時受到的向心力大小為,D.衛(wèi)星運行的向心加速度小于地球表面的重力加速度,BD,例與練,宇宙速度,7.9km/sv11.2km/s（橢圓）,11.2km/sv16.7km/s （成為太陽的人造行星）,v16.7km/s（飛出太陽系）,我國發(fā)射了繞月球運行的探月衛(wèi)星“嫦娥一號”。設該衛(wèi)星的軌道是圓形的，且貼近月球表面。已知月球的質量約為地球質量的1/81，月球的半徑約為地球半徑的 1/4，地球上的第一宇宙速度約為7.9 km/s，則該探月衛(wèi)星繞月運行的速度約為( )A、0.4 km/

16、s B、1.8 km/sC、11 km/s D、36 km/s,例與練,B,同步衛(wèi)星離地心距離r，運行速率為v1，加速度為a1，地球赤道上的物體隨地球自轉的向心加速度為a2，第一宇宙速度為v2，地球半徑為R，則下列比值正確的是（ ） A、 B、 C、 D、,AD,例與練,衛(wèi)星變軌和衛(wèi)星的能量問題,人造衛(wèi)星在圓軌道變換時，總是主動或由于其他原因使速度發(fā)生變化，導致萬有引力與向心力相等的關系被破壞，繼而發(fā)生近心運動或者離心運動，發(fā)生變軌。在變軌過程中，由于動能和勢能的相互轉化，可能出現(xiàn)萬有引力與向心力再次相等，衛(wèi)星即定位于新的圓軌道。,軌道半徑越大，速度越小，動能越小，重力勢能越大，但機械能并不守

17、恒，且總機械能也越大。也就是軌道半徑越大的衛(wèi)星，運行速度雖小，但發(fā)射速度越大。,解衛(wèi)星變軌問題，可根據(jù)其向心力的供求平衡關系進行分析求解,若 F供F 求，供求平衡物體做勻速圓周運動,若 F 供F 求，供不應求物體做離心運動,若 F 供F 求，供過于求物體做近心運動,衛(wèi)星要達到由圓軌道變成橢圓軌道或由橢圓軌道變成圓軌道的目的，可以通過加速(離心)或減速(近心)實現(xiàn),速率比較：同一點上，外軌道速率大；同一軌道上，離恒星(或行星)越近速率越大,加速度與向心加速度比較：同一點上加速度相同，外軌道向心加速度大；同一軌道上，近地點的向心加速度大于遠地點的向心加速度。,一顆正在繞地球轉動的人造衛(wèi)星，由于受到

18、阻力作用則將會出現(xiàn)( ) A速度變小 B動能增大 C角速度變小 D半徑變大,B,例與練,（2009年山東理綜卷18）2008 年 9 月 25 日至 28 日我國成功實施了“神舟”七號載人航天飛行并實現(xiàn)了航天員首次出艙飛船先沿橢圓軌道飛行，后在遠地點 343 千米處點火加速，由橢圓軌道變成高度為 343 千米的圓軌道，在此圓軌道上飛船運行周期約為 90 分鐘如圖所示，下列判斷正確的是（ ） A. 飛船變軌前后的機械能相等 B. 飛船在圓軌道上時航天員出艙前后都處于失重狀態(tài) C. 飛船在此圓軌道上運動的角速度大于 同步衛(wèi)星運動的角速度 D. 飛船變軌前通過橢圓軌道遠地點 時的加速度大于變軌后沿圓軌道運動 的加速度,BC,例與練,(2012 天津）一個人造地球衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動，假如該衛(wèi)星變軌后仍做勻速圓周運動，動能減小為原來的1/4，不考慮衛(wèi)星質量的變化，則變軌前后衛(wèi)星的 A 向心加速度大小之比為4:1 B 角速度大小之比為2:1 C 周期之比為1:8 D 軌道半徑之比為1