物理萬有引力復(fù)習(xí)市公開課一等獎(jiǎng)百校聯(lián)賽特等獎(jiǎng)?wù)n件

萬有引力與航天復(fù)習(xí)第1頁經(jīng)典力學(xué)不足萬有引力與航天人類對行星規(guī)律認(rèn)識“地心說“和”日心說”開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律軌道定律面積定律周期定律萬有引力定律推理、發(fā)覺過程內(nèi)容、公式、意義引力常數(shù)G測定及意義萬有引力成就稱量地球質(zhì)量計(jì)算中心天體質(zhì)量發(fā)覺未知天體宇宙航行宇宙速度人造衛(wèi)星地球同時(shí)衛(wèi)星宇宙航行成就宏觀物體、低速運(yùn)動(dòng)、若引力場本章知識結(jié)構(gòu)第2頁全部行星繞太陽運(yùn)動(dòng)軌道都是橢圓，太陽處于橢圓一個(gè)焦點(diǎn)上。開普勒第一定律（軌道定律）第3頁FF此定律推論開普勒第二定律（面積定律）對于每一個(gè)行星，太陽和行星連線在相等時(shí)間內(nèi)掃過面積相等。離太陽近時(shí)速度快，離太陽遠(yuǎn)時(shí)速度慢。第4頁開普勒第三定律（周期定律）

全部行星軌道半長軸三次方跟它公轉(zhuǎn)周期二次方比值都相等。太陽行星FaOa：半長軸T：公轉(zhuǎn)周期K由中心天體決定第5頁二、萬有引力定律內(nèi)容：自然界中任何兩個(gè)物體都相互吸引，引力大小與物體質(zhì)量m1m2乘積成正比，與它們之間距離r二次方成反比．公式表示：G是引力常量，適合用于任何兩個(gè)物體；它在數(shù)值上等于兩個(gè)質(zhì)量都是1kg物體相距1m時(shí)相互作用力．第6頁適用條件：

①萬有引力定律只適合用于質(zhì)點(diǎn)間引力大小計(jì)算．當(dāng)兩物體間距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于每個(gè)物體尺寸時(shí)，物體能夠看成質(zhì)點(diǎn)，直接使用萬有引力定律計(jì)算．②當(dāng)兩物體是質(zhì)量均勻分布球體時(shí)，它們間引力也可直接用公式計(jì)算，但式中r是指兩球心間距離．m1m2rhR1R2第7頁引力常量測定—卡文迪許扭秤試驗(yàn)兩次放大及等效思想：扭秤裝置把微小力轉(zhuǎn)變成力矩來反應(yīng)（一次放大），扭轉(zhuǎn)角度（微小形變）經(jīng)過光標(biāo)移動(dòng)來反應(yīng)（二次放大），從而確定物體間萬有引力。G=6.67×10-11N?m2/kg2引力常量測定使萬有引力定律有了實(shí)際意義引力常數(shù)普適性成為萬有引力定律正確性見證卡文迪許在室外用望遠(yuǎn)鏡觀察扭秤是自然界少數(shù)幾個(gè)最主要物理常數(shù)之一第8頁靜止在地球表面上物體：G=FN因?yàn)殡S地球自轉(zhuǎn)向心加速度很小，在地球表面物體，F(xiàn)萬≈FN，則F萬≈mg思索：伴隨地球自轉(zhuǎn)加緊,地面上物體會(huì)不會(huì)飛起來?在南北極F萬—FN=0在赤道F萬—FN=mT

24π2RT

24π2Ran==0.034m/s21.重力是萬有引力一個(gè)分力，重力與萬有引力不論大小還是方向都相差不多,不考慮地球自轉(zhuǎn),萬有引力等于重力.2.伴隨緯度而升高，重力加速度逐步增大﹡萬有引力與重力FGF向F萬GF萬GF向rGMm/R2=mg結(jié)論：第9頁

A．公式中G為引力常量，它是由試驗(yàn)測得，而不是人為要求B．當(dāng)r趨近于零時(shí)，萬有引力趨近于無窮大C．m1與m2受到引力總是大小相等，與m1、m2

是否相等無關(guān)D．m1與m2受到引力總是大小相等、方向相反，是一對平衡力1.對于萬有引力定律表示式下面說法中正確是（）F=GAC第10頁2.關(guān)于萬有引力，以下說法中正確得是（）A.萬有引力只有在天體之間才表達(dá)出來B.一個(gè)蘋果因?yàn)槠滟|(zhì)量很小，它受到地球萬有引力幾乎能夠忽略C.地球?qū)θ嗽煨l(wèi)星萬有引力遠(yuǎn)大于衛(wèi)星對地球萬有力D.地球表面大氣層是因?yàn)槿f有引力約束而存在于地球表面附近D第11頁一、天體質(zhì)量計(jì)算建立模型

行星近似做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，萬有引力提供向心力

已知某行星繞太陽公轉(zhuǎn)周期為T，設(shè)公轉(zhuǎn)軌道半徑為r由此能夠解出

m22()rTp=GgRM2=第12頁2.月亮繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)周期是T，軌道半徑為r，若地球半徑為R，則地球密度表示式為___________.

1.地球和物體之間萬有引力能夠認(rèn)為約等于物體重力，假如地球表面重力加速度為g，物體距地面高度約等于3倍地球半徑時(shí)重力加速度為g`，則g:g`=1/16課堂練習(xí)第13頁3.已知某行星繞太陽運(yùn)動(dòng)軌道半徑為r,公轉(zhuǎn)周期為T,萬有引力常量為G,則由此可求出(

)A、某行星質(zhì)量B、某行星線速度C、太陽質(zhì)量D、太陽密度4.已知引力常數(shù)G和以下各組數(shù)據(jù)，能計(jì)算出地球質(zhì)量是()A.地球繞太陽運(yùn)行周期及地球離太陽距離B.月球繞地球運(yùn)行周期及月球離地球距離C.人造地球衛(wèi)星在地面附近繞行速度及運(yùn)行周期D.人造地球衛(wèi)星在地面附近繞行運(yùn)行周期BC

BC第14頁

5、據(jù)報(bào)道，最近有太陽系外發(fā)覺了首顆“宜居”行星，其質(zhì)量約為地球質(zhì)量6.4倍，一個(gè)在地球表面重量為600N人在這個(gè)行星表面重量將變?yōu)?60N。由此可推知，該行星半徑與地球半徑之比約為（）A．0.5B．2C．3.2D．4

B

第15頁求中心天體質(zhì)量解題思緒:萬有引力提供向心力重力近似等于萬有引力用測定圍繞天體（如衛(wèi)星）軌道和周期方法測量天體質(zhì)量，不能測定圍繞天體質(zhì)量，只能求中心天體質(zhì)量mg=mr

22()Tp=小結(jié)第16頁

天文學(xué)家將相距較近，僅在彼此引力作用下運(yùn)行兩顆恒星稱為雙星。雙星系統(tǒng)在銀河系中很普遍，利用雙星系統(tǒng)中兩顆恒星運(yùn)動(dòng)特征可推算出它們總質(zhì)量。已知某雙星系統(tǒng)中兩顆恒星圍繞它們連線上某一固定點(diǎn)分別做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，周期均為T,兩顆恒星之間距離為r,試推算這個(gè)雙星系統(tǒng)總質(zhì)量。(引力常數(shù)為G)能力提升4p2r3

GT2第17頁發(fā)射速度v運(yùn)動(dòng)情況v﹤7.9km/sv=7.9km/s7.9km/s﹤v﹤11.2km/s11.2km/s≦v﹤16.7km/s16.7km/s≦v第二宇宙速度(脫離）第一宇宙速度(圍繞)第三宇宙速度（逃逸）物體落回地面物體在地面附近繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)物體繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)，運(yùn)動(dòng)軌跡是橢圓。物體繞太陽運(yùn)動(dòng)物體飛出太陽系一、宇宙速度第18頁求第一宇宙速度思緒例、地球半徑為R，質(zhì)量為M，地面附近重力加速度為g，萬有引力常量為G，則靠近地面運(yùn)轉(zhuǎn)人造地球衛(wèi)星圍繞速度?建立模型：衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)基本思緒2：重力提供向心力基本思緒1:萬有引力提供向心力近地衛(wèi)星在100-200km高度飛行，與地球半徑6400km相比完全能夠說是在地面附近飛行第19頁討論——不一樣天體第一宇宙速度相同嗎？是由中心天體質(zhì)量M、半徑R決定。例、已知地球是月球質(zhì)量81倍，地球半徑為月球半徑3.8倍，在地球表面上發(fā)射衛(wèi)星，最少需要7.9km/s速度，求在月球上發(fā)射一顆圍繞月球表面運(yùn)行飛行物最少需要多大速度？=1.74km/s第20頁問題1：衛(wèi)星軌道圓心在哪兒？二、人造地球衛(wèi)星全部衛(wèi)星軌道圓心都在地心上按軌道分類:極地衛(wèi)星;赤道衛(wèi)星;其它衛(wèi)星第21頁地球兩顆人造地球衛(wèi)星，都在圓形軌道上運(yùn)行，它們質(zhì)量相等，軌道半徑不一樣,比較它們向心加速度an、線速度v、角速度ω

、周期T。建立模型設(shè)地球質(zhì)量為M，地球半徑為R，衛(wèi)星距地面高為h，衛(wèi)星質(zhì)量為m，問題2：第22頁hRvmhRMmG+=+22)()()(22hRmhRMmG+=+wmanhRMmG=+2)(anhRMG=+2)(an減小

ω減小T增大v減小

結(jié)論：隨h增大若兩顆人造地球衛(wèi)星質(zhì)量不等相等，結(jié)論不變，向心加速度an、線速度v、角速度ω、周期T只由軌道半徑r

決定，只是向心力不能確定若衛(wèi)星在近地軌道上運(yùn)行，則有h=0（r≈R），周期最小=7.9km/s運(yùn)行速度最大

第一宇宙速度為在地面發(fā)射衛(wèi)星最小速度，也是圍繞地球運(yùn)行最大速度第23頁

例、.10.15.9時(shí)，“神舟五號”飛船成功發(fā)射，飛船在離地面高為343km高空軌道上運(yùn)行(近似勻速圓周運(yùn)動(dòng)）十四圈后于10.16.6時(shí)23分返回地面，期間進(jìn)行了多項(xiàng)科學(xué)試驗(yàn)。(已知地球半徑為6400km，地球表面重力加速度取10m/s2）則神舟五號在高空圓軌道上勻速運(yùn)行速度為多大？周期多少分鐘？建立模型——畫草圖——明確已知量——列方程求解hRvmhRMmG+=+22)(V=2π（R+h)/TT=90.6min

T=［24×60－（2×60+37）］/14min=91.64min,第24頁

若有一顆衛(wèi)星相對地球靜止，你能否形象描述它軌道？問題3：衛(wèi)星位于赤道正上方某一高度軌道與赤道重合第25頁全部同時(shí)衛(wèi)星都含有以下特點(diǎn)：只能分布在一個(gè)確定赤道軌道上。周期與地球自轉(zhuǎn)周期相同:T＝24h。角速度ω與地球自轉(zhuǎn)角速度相同。離地面高度:h=36000km。線速度:v=3.1km/s。第26頁第27頁資料2比較赤道上某一點(diǎn)、近地衛(wèi)星、同時(shí)衛(wèi)星T、ω、v、a向用學(xué)過知識解釋上述結(jié)果。第28頁問題4：怎樣發(fā)射同時(shí)衛(wèi)星？第29頁1、如圖所表示，a、b、c是在地球大氣層外圓形軌道上運(yùn)行三顆人造衛(wèi)星，a和b質(zhì)量相同而小于c質(zhì)量，以下說法中正確是（）A．b、c線速度大小相等，且小于a線速度B．b、c周期相等，且大于a周期C．b、c向心加速度大小相等，且大于a向心加速度D．b所需向心力最小ABD第30頁

2.通信衛(wèi)星又叫同時(shí)衛(wèi)星，下面關(guān)于同時(shí)衛(wèi)星說法中正確是()A.全部地球同時(shí)衛(wèi)星都位于地球赤道平面內(nèi)B.全部地球同時(shí)衛(wèi)星質(zhì)量都相等C.全部地球同時(shí)衛(wèi)星繞地球作勻速圓周運(yùn)動(dòng)角速度都相等D.全部地球同時(shí)衛(wèi)星離地球高度都相等ACD

第31頁3、據(jù)報(bào)道，我國首顆數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星——“天鏈一號01星”，于.4.25在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射，經(jīng)過四次變軌控制后，于5.1成功定點(diǎn)在東京770赤道上空同時(shí)軌道，關(guān)于成功定點(diǎn)“天鏈一號01星”說法正確是（）A.運(yùn)行速度大于7.9km/sB.離地面高度一定，相對地面靜止C.繞地球運(yùn)行角速度比月球運(yùn)行角速度大D.向心加速度比靜止在赤道上物體向心加速度小BC第32頁

5、

同時(shí)衛(wèi)星軌道半徑為r，運(yùn)行速率為v1，加速度為a1；地球赤道上物體隨地球自轉(zhuǎn)向心加速度為a2；第一宇宙速度為v2；地球半徑為R。則以下關(guān)系式正確是（）

A.B.

C.D.AD第33頁6、

(05北京)已知地球質(zhì)量大約是月球質(zhì)量81倍，地球半徑大約是月球半徑4倍。不考慮地球、月球自轉(zhuǎn)影響，由以上數(shù)據(jù)可推算出（）Ａ．地球平均密度與月球平均密度之比約為9∶8Ｂ．地球表面重力加速度與月球表面重力加速度之比約為9∶4C．靠近地球表面沿圓軌道運(yùn)行航天器周期與靠近月球表面沿圓軌道運(yùn)行航天器周期之比約為8∶9D．靠近地球表面沿圓軌道運(yùn)行航天器線速度與靠近月球表面沿圓軌道運(yùn)行航天器線速度之比約為81∶4C第34頁8、發(fā)射地球同時(shí)衛(wèi)星時(shí)，先將衛(wèi)星發(fā)射至近地圓軌道1，然后點(diǎn)火，使其沿橢圓軌道2運(yùn)行，最終再次點(diǎn)火。將衛(wèi)星送入同時(shí)圓軌道3。軌道1、2相切于Q點(diǎn)，軌道2、3相切于P點(diǎn)（如圖），則當(dāng)衛(wèi)星分別在1，2，3軌道上正常運(yùn)行時(shí)，以下說法正確是（）A．衛(wèi)星在軌道3上速率大于在軌道1速率B．衛(wèi)星在軌道3上角速度小于在軌道1上角速度C．衛(wèi)星在軌道1上經(jīng)過Q點(diǎn)時(shí)加速度大于它在軌道2上經(jīng)過Q點(diǎn)時(shí)加速度D．衛(wèi)星在軌道2上經(jīng)過P點(diǎn)加速度等于它在軌道3上經(jīng)過P點(diǎn)加速度BD第35頁6經(jīng)典力學(xué)不足第36頁經(jīng)典力學(xué)適用范圍—低速運(yùn)動(dòng)閱讀教材，回答為何說經(jīng)典力學(xué)只適用低速運(yùn)動(dòng)？怎樣區(qū)分高速、低速？物體靠近光速運(yùn)動(dòng)遵從規(guī)律稱之為何理論？牛頓時(shí)空觀與愛因斯坦時(shí)空觀比較？第37頁長度收縮與運(yùn)動(dòng)速度關(guān)系在當(dāng)代高能物理研究慣用粒子加速器中，粒子能夠被加速到0．9998c高速，從表6-2中還能夠看出，這時(shí)從加速器中高速運(yùn)動(dòng)粒子角度觀察，原長1m管道，沿它運(yùn)動(dòng)方向測量僅有約2cm了。高能加速器試驗(yàn)驗(yàn)證了相對論時(shí)空觀正確性第38頁經(jīng)典力學(xué)適用范圍—宏觀世界19世紀(jì)末和20世紀(jì)初，物理學(xué)研究深入到微觀世界，發(fā)覺電子