2017高三二輪復(fù)習(xí)-天體運(yùn)動(dòng)(原創(chuàng))

萬有引力定律,關(guān)于行星運(yùn)動(dòng)的各種動(dòng)力學(xué)解釋,開普勒第一定律（幾何定律）,所有的行星圍繞太陽運(yùn)動(dòng)的軌道都是橢圓，太陽處在所有橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上。,開普勒定律回顧,開普勒第二定律（面積定律）,對(duì)于每一個(gè)行星而言，太陽和行星的聯(lián)線在相等的時(shí)間內(nèi)掃過相等的面積。,開普勒第三定律（周期定律）,所有行星的軌道的半長軸的三次方跟公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等。,牛頓對(duì)萬有引力的推倒：,把行星的運(yùn)動(dòng)看成是勻速圓周運(yùn)動(dòng),萬有引力定律的推導(dǎo),萬有引力定律,G為一個(gè)常數(shù)，叫做萬有引力恒量,G=6.6710-11Nm2/kg2,太陽與行星之間的引力，與它們質(zhì)量的乘積成正比，與它們距離的平方成反比。這就是牛頓的萬有引力定律,萬有引力常量：,G6.6710-11Nm2/kg2,應(yīng)用與所有的物體之間。,萬有引力定律的理解,(1)萬有引力存在于任何兩個(gè)物體之間。(2)萬有引力定律中的距離r，其含義是兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)間的距離。(3)萬有引力是因?yàn)槲矬w有質(zhì)量而產(chǎn)生的引力。,17世紀(jì)自然科學(xué)最偉大的成果之一，第一次揭示了自然界中的一種基本相互作用的規(guī)律，在人類認(rèn)識(shí)自然的歷史上樹立了一座里程碑。,在文化發(fā)展史上的重大意義：使人們建立了有能力理解天地間的各種事物的信心，解放了人們的思想，在科學(xué)文化的發(fā)展史上起了積極的推動(dòng)作用。,萬有引力定律的意義,萬有引力恒量的測(cè)定,100多年后，英國人卡文迪許利用扭秤才巧妙地測(cè)出了這個(gè)恒量,地球質(zhì)量的測(cè)量,6.01024kg,求距離地面H高處，重力加速度a是地面重力加速度g的幾倍？,練習(xí)1,據(jù)萬有引力定律，地面物體所受的重力與地球?qū)υ虑蜻\(yùn)行所提供的向心力是同種性質(zhì)的力，據(jù)此推斷月球繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)的向心加速度（a）與地面重力加速度（g）的關(guān)系。即：求a/g(已知地月距離r=60R),練習(xí)2,萬有引力定律在天文學(xué)上的應(yīng)用,復(fù)習(xí)提問：,1物體做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力公式是什么？分別寫出向心力與線速度、角速度、周期的關(guān)系式,2萬有引力定律公式：,3萬有引力和重力的關(guān)系是什么？重力加速度的決定式是什么？,一研究天體運(yùn)動(dòng)的基本方法,F引=F向,天體質(zhì)量的計(jì)算,二萬有引力定律在研究天體運(yùn)動(dòng)中的應(yīng)用,結(jié)論：要求一顆星體的質(zhì)量，可以在它的周圍找一顆衛(wèi)星(或行星)，只要知道衛(wèi)星(或行星)的周期和半徑，就可以求這顆星體的質(zhì)量,假設(shè)太陽的質(zhì)量為M，某個(gè)行星的質(zhì)量為m，r是它們之間的距離，T是行星公轉(zhuǎn)的周期。,如果行星是地球，則利用地日距離為1.501011m，公轉(zhuǎn)周期為3.16107s代入計(jì)算可得太陽的質(zhì)量：,M2.01030kg,能夠根據(jù)上面的題目計(jì)算地球的質(zhì)量嗎？,發(fā)現(xiàn)未知天體,海王星的發(fā)現(xiàn),冥王星的發(fā)現(xiàn),發(fā)現(xiàn)太陽系的第十大行星,太陽,太陽基本物理參數(shù)半徑:696295千米.質(zhì)量:1.9891030千克溫度:5800(表面)1560萬(核心)總輻射功率:3.831026焦耳/秒平均密度:1.409克/立方厘米日地平均距離:1億5千萬千米年齡:約50億年,水星,水星基本參數(shù)：軌道半長徑：5791萬千米公轉(zhuǎn)周期：87.70日平均軌道速度：47.89千米/每秒軌道傾角：7.0度行星赤道半徑：2440千米質(zhì)量(地球質(zhì)量1)：0.0553密度：5.43克/立方厘米自轉(zhuǎn)周期：58.65日衛(wèi)星數(shù)：無,金星,金星基本參數(shù)：軌道半長徑：1082萬千米公轉(zhuǎn)周期：224.70日平均軌道速度：35.03千米/每秒軌道傾角：3.4度行星赤道半徑：6052千米質(zhì)量(地球質(zhì)量1)：0.8150密度：5.24克/立方厘米自轉(zhuǎn)周期：243.01日衛(wèi)星數(shù)：無,地球的基本參數(shù)：平均赤道半徑:ae=6378136.49米平均極半徑:ap=6356755.00米平均半徑:a=6371001.00米赤道重力加速度:ge=9.780327米/秒2質(zhì)量:M=5.97421024公斤平均密度:e=5.515克/厘米3太陽與地球質(zhì)量比:S/E=332946.0回歸年長度:T=365.2422天離太陽平均距離:A=1.495978701011米逃逸速度:v=11.19公里/秒表面溫度:t=-30+45,火星,火星基本參數(shù)：軌道半長徑：22794萬千米公轉(zhuǎn)周期：686.98日平均軌道速度：24.13千米/每秒軌道傾角：1.8度行星赤道半徑：3398千米質(zhì)量(地球質(zhì)量1)：0.1074密度：3.94克/立方厘米自轉(zhuǎn)周期：1.026日衛(wèi)星數(shù)：2,木星,木星基本參數(shù)：軌道半長徑：77833萬千米公轉(zhuǎn)周期：4332.71日平均軌道速度：13.6千米/每秒軌道傾角：1.3度行星赤道半徑：71398千米質(zhì)量(地球質(zhì)量1)：317.833密度：1.33克/立方厘米自轉(zhuǎn)周期：0.41日衛(wèi)星數(shù)：16,土星,土星基本參數(shù)：軌道半長徑：1,429,40萬千米公轉(zhuǎn)周期：10759.5日平均軌道速度：9.64千米/每秒軌道傾角：2.5度行星赤道半徑：60330千米質(zhì)量(地球質(zhì)量1)：95.159密度：0.7克/立方厘米自轉(zhuǎn)周期：0.426日衛(wèi)星數(shù)：18,天王星,天王星基本參數(shù)：軌道半長徑：2,870,99萬千米公轉(zhuǎn)周期：30685日平均軌道速度：6.81千米/每秒軌道傾角：0.8度行星赤道半徑：25400千米質(zhì)量(地球質(zhì)量1)：14.5密度：1.3克/立方厘米自轉(zhuǎn)周期：0.426日衛(wèi)星數(shù)：20,海王星,海王星基本參數(shù)：軌道半長徑：4,504,00萬千米公轉(zhuǎn)周期：60190日平均軌道速度：5.43千米/每秒軌道傾角：1.6度行星赤道半徑：24600千米質(zhì)量(地球質(zhì)量1)：17.204密度：1.76克/立方厘米自轉(zhuǎn)周期：0.658日衛(wèi)星數(shù)：8,冥王星,冥王星基本參數(shù)：軌道半長徑：5,913,52萬千米公轉(zhuǎn)周期：90800日平均軌道速度：4.74千米/每秒軌道傾角：17.1度行星赤道半徑：1500千米質(zhì)量(地球質(zhì)量1)：0.0026密度：1.1克/立方厘米自轉(zhuǎn)周期：6.39日衛(wèi)星數(shù)：1,彗星,月球,月球的基本參數(shù)：平均赤道半徑:ae=1738000米平均半徑:a=1737400米赤道重力加速度:ge=1.618米/秒2平均自轉(zhuǎn)周期:T=27.32166天質(zhì)量:M=0.073481024公斤平均密度:e=3.34克/厘米3地月系質(zhì)量比E/M=81.30068離地球平均距離:R=384400公里逃逸速度:v=2.38公里/秒表面溫度:t=-120+150表面大氣壓:p=1.310-10帕,人造衛(wèi)星宇宙速度,人造地球衛(wèi)星：一個(gè)物體以足夠大的速度被拋出后，圍繞地球旋轉(zhuǎn)，不會(huì)落到地面上來，就成為一個(gè)衛(wèi)星。,人造地球衛(wèi)星的形成原理,宇宙速度,人造地球衛(wèi)星圍繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的速度：,設(shè)：地球質(zhì)量M，衛(wèi)星質(zhì)m，衛(wèi)星到地心距離為r，衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的速度為v，萬有引力提供向心力：,代入數(shù)據(jù)可得:V=7.9km/s,第一宇宙速度,1、第一宇宙速度：V1=7.9km/s（地面附近、勻速圓周運(yùn)動(dòng)）,如果人造地球衛(wèi)星進(jìn)入地面附近的軌道速度大于7.9km/s，而小于11.2km/s，它繞地球運(yùn)動(dòng)的軌跡是橢圓。,2、第二宇宙速度：當(dāng)物體的速度大于或等于11.2km/s時(shí)，衛(wèi)星就會(huì)脫離地球的引力，不在繞地球運(yùn)行。我們把這個(gè)速度叫第二宇宙速度。達(dá)到第二宇宙速度的物體還受到太陽的引力。,第一宇宙速度：7.9km/s第二宇宙速度：11.2km/s第三宇宙速度：16.7km/s,3、第三宇宙速度：如果物體的速度等于或大于16.7km/s，物體就擺脫了太陽引力的束縛，飛到太陽系以外的宇宙空間去。我們把這個(gè)速度叫第三宇宙速度。,衛(wèi)星的軌道：,赤道軌道極地軌道其他軌道,地球同步軌道太陽同步軌道,極地軌道,其他軌道,赤道軌道,1、科學(xué)衛(wèi)星,2、技術(shù)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星,3.應(yīng)用衛(wèi)星,按用途分,五、衛(wèi)星的超重和失重1衛(wèi)星進(jìn)入軌道前加速過程，衛(wèi)星上物體超重.2衛(wèi)星進(jìn)入軌道后正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，系統(tǒng)具有向下的加速度且等于軌道處的重力加速度g軌，衛(wèi)星上物體完全失重.,4天體的運(yùn)動(dòng)(1)運(yùn)動(dòng)模型：天體運(yùn)動(dòng)可看成是勻速圓周運(yùn)動(dòng)其引力全部提供向心力.(2)人造衛(wèi)星的繞行速度、角速度、周期、向心加速度與半徑的關(guān)系：,同步地球衛(wèi)星：(通信衛(wèi)星)運(yùn)動(dòng)周期T24h86400s角速度2/864007.2710-5rad/s運(yùn)動(dòng)半徑r=42000km離地高度H=36000km赤道軌道線速度V=3.08km/s向心加速度a=0.23m/s2,萬有引力單元習(xí)題,1、已知下列哪些數(shù)據(jù)，可以計(jì)算出地球質(zhì)量：（）A地球繞太陽運(yùn)動(dòng)的周期及地球離太陽的距離B月球繞地球運(yùn)行的周期及月球繞地球轉(zhuǎn)的軌道半徑C人造地球衛(wèi)星在地面附近繞行的速度和運(yùn)行周期D若不考慮地球自轉(zhuǎn)，已知地球半徑和重力加速度,BCD,例1登月飛行器關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)后在離月球表面112km的空中沿圓形軌道繞月球飛行，周期是120.5min，已知月球半徑是1740km，根據(jù)這些數(shù)據(jù)計(jì)算月球的平均密度（G=6.6710-11Nm2kg-2）。,某行星表面附近有一顆衛(wèi)星，其軌道半徑可認(rèn)為近似等于該行星的球體半徑。已測(cè)出此衛(wèi)星運(yùn)行的周期為80min，已知萬有引力常量為6.6710-11Nm2/kg2，據(jù)此求得該行星的平均密度約為_。（要求取兩位有效數(shù)字）,衛(wèi)星的變軌,問題1甲乙兩顆衛(wèi)星在不同軌道上繞地球作圓周運(yùn)動(dòng)，軌道半徑分別是R1、R2，且R1R2，確定兩顆衛(wèi)星的運(yùn)轉(zhuǎn)速度v1、v2、角速度1、2、周期T1、T2、向心加速度a1、a2、向心力F1、F2的大小關(guān)系。,V1v212T1T2a1a2F1F2不確定,例5、根據(jù)觀測(cè)，某行星外圍有一模糊不清的環(huán)，為了判斷該環(huán)是連續(xù)物還是衛(wèi)星群，測(cè)出了環(huán)中各層的線速度v的大小與該層至行星中心的距離R，則以下判斷中正確的是：（）A若v與R成正比，則環(huán)是連續(xù)物B若v與R成反比，則環(huán)是連續(xù)物C若v2與R反比，則環(huán)是衛(wèi)星群D若v2與R正比，則環(huán)是衛(wèi)星群,BCD,一顆衛(wèi)星在半徑為R1的軌道上正常運(yùn)轉(zhuǎn)，現(xiàn)在需要將它調(diào)整到較高的軌道上運(yùn)轉(zhuǎn)，應(yīng)該將它的速度調(diào)大還是調(diào)小？,星體質(zhì)量運(yùn)算,以圍繞這個(gè)星球做圓周運(yùn)動(dòng)的物體作為研究對(duì)象，確定物體的運(yùn)動(dòng)半徑和運(yùn)動(dòng)周期（角速度、線速度），根據(jù)萬有引力提供向心力進(jìn)行列式計(jì)算。,常用公式：,例1969年7月21日，美國宇航員阿姆斯特朗在月球上烙下了人類第一只腳印，邁出了人類征服宇宙的一大步。在月球上，如果阿姆斯特朗和同伴奧爾德林用彈簧秤測(cè)出質(zhì)量為m的儀器的重力為F；而另一位宇航員科林斯駕駛指令艙，在月球表面附近飛行一周，記下時(shí)間為T，試回答：只利用這些數(shù)據(jù)，能否估算出月球的質(zhì)量？為什么？,星球表面的重力加速度,在星體表面，一般認(rèn)為萬有引力等于重力。,例1甲、乙兩星球的平均密度相等，半徑之比為R甲R(shí)乙41，則同一物體在這兩個(gè)星球表面受到的重力之比為（）A11B41C16D164,2地球表面的重力加速度為g，物體在離地面高度為3R處，由地球引力作用產(chǎn)生的加速度為g，則g/g為（）A1B1/9CD1/16,3有一顆行星，它的質(zhì)量和半徑都是地球的一半，那么，同一物體在這顆行星上的重力是在地球上的重力的倍。在這顆行星表面上將此物以19.6m/s速度豎直上拋，物體上升到最大高度的時(shí)間為s，最大高度為m。,計(jì)算星球的密度,密度公式：,球體體積公式：,1登月飛行器關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)后在離月球表面112km的空中沿圓形軌道繞月球飛行,周期是120.5min,已知月球半徑是1740km.根據(jù)這些數(shù)據(jù)計(jì)算月球的平均密度多少（G=6.671011Nm2kg2）。,2某行星上一晝夜的時(shí)間為t=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6.6710-11Nm2/kg2）,3.一均勻球體以角速度繞自己的對(duì)稱軸自轉(zhuǎn)，若維持球體不被瓦解的惟一作用力是萬有引力，則該球的最小密度為多大？,衛(wèi)星運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)的計(jì)算,衛(wèi)星的運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)是指：速度v、角速度、周期T、運(yùn)轉(zhuǎn)半徑R、離地高度h。,設(shè)人造地球衛(wèi)星繞地心做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，今有編號(hào)為1和2的兩顆人造地球衛(wèi)星，它們的軌道半徑之比為：=1：3，則可知，它們運(yùn)動(dòng)的線速度大小之比:_，角速度大小之比_，向心加速度大小之比_，運(yùn)動(dòng)周期之比_。,一人造衛(wèi)星的軌道半徑