高中物理万有引力复习新人教必修PPT课件

1、一、一、行星的运动行星的运动二、二、万有引力定律内容万有引力定律内容及应用及应用三、三、人造卫星及宇宙速度人造卫星及宇宙速度本章知识结构本章知识结构第1页/共39页开普勒第一定律（轨道定律）开普勒第一定律（轨道定律）开普勒第二定律（面积定律）开普勒第二定律（面积定律）开普勒第三定律（周期定律）开普勒第三定律（周期定律）2.2.开普勒三定律开普勒三定律一、行星的运动一、行星的运动1.1.地心说和日心说地心说和日心说第2页/共39页一、行星的运动一、行星的运动1.地心说和日心说 开普勒第一定律开普勒第一定律 （轨道定律）（轨道定律） 所有的行星围绕太阳运所有的行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处

2、动的轨道都是椭圆，太阳处在所有椭圆的一个焦点上。在所有椭圆的一个焦点上。2.开普勒三定律第3页/共39页一、行星的运动一、行星的运动1.1.地心说和日心说地心说和日心说开普勒第一定律开普勒第一定律 （轨道定律）（轨道定律）开普勒第二定律开普勒第二定律 （面积定律）（面积定律） 对于每一个行星对于每一个行星而言，太阳和行星的而言，太阳和行星的联线在相等的时间内联线在相等的时间内扫过相等的面积。扫过相等的面积。2.2.开普勒三定律开普勒三定律第4页/共39页一、行星的运动一、行星的运动1.1.地心说和日心说地心说和日心说开普勒第一定律开普勒第一定律 （轨道定律）（轨道定律）开普勒第二定律开普勒第二

3、定律 （面积定律）（面积定律）2.2.开普勒三定律开普勒三定律开普勒第三定律开普勒第三定律 （周期定律）（周期定律） 所有行星的轨道的半所有行星的轨道的半长轴的三次方跟公转周期长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等。的二次方的比值都相等。kTa23第5页/共39页例例. .有两个人造地球卫星，有两个人造地球卫星，它们绕地球运转的轨道半它们绕地球运转的轨道半径之比是径之比是1 1：2 2，则它们绕，则它们绕地球运转的周期之比为地球运转的周期之比为 。22:1第6页/共39页二、万有引力定律内容二、万有引力定律内容1.1.内容：内容：宇宙间的一切物体宇宙间的一切物体都是相互吸引的，两个物体都是

4、相互吸引的，两个物体间的引力大小与它们的质量间的引力大小与它们的质量的乘积成正比，跟它们距离的乘积成正比，跟它们距离的平方成反比。的平方成反比。第7页/共39页3.3.引力常量：引力常量：G=6.67G=6.6710101111NmNm2 2/kg/kg2 2，数值上等于两，数值上等于两个质量均为个质量均为1kg1kg的物体相距的物体相距1 1米时它们之间的相互吸引米时它们之间的相互吸引力。力。2.2.公式公式: :F=GmF=Gm1 1m m2 2/r/r2 2 二、万有引力定律内容二、万有引力定律内容第8页/共39页4.4.万有引力的适用条件：万有引力的适用条件： (3)(3)若物体不能视

5、为质点若物体不能视为质点, ,则可把则可把每一个物体视为若干个质点的集每一个物体视为若干个质点的集合合, ,然后按定律求出各质点间的引然后按定律求出各质点间的引力力, ,再按矢量法求它们的合力。再按矢量法求它们的合力。(1)(1)适用于质点适用于质点(2)(2)当两物体是质量分布均匀的当两物体是质量分布均匀的球体时球体时, ,式中式中r r指两球心间的距离指两球心间的距离. .第9页/共39页5.5.万有引力的特征万有引力的特征: :(1)(1)普遍性普遍性: :普遍存在于宇宙普遍存在于宇宙中的任何有质量的物体间的中的任何有质量的物体间的吸引力吸引力. .是自然界的基本相是自然界的基本相互作用

6、之一互作用之一. .第10页/共39页5.5.万有引力的特征万有引力的特征: :(2)(2)相互性相互性: :两个物体相互两个物体相互作用的引力是一对作用力作用的引力是一对作用力和反作用力和反作用力, ,符合牛顿第符合牛顿第三定律三定律. .第11页/共39页5.5.万有引力的特征万有引力的特征: :(3)(3)宏观性宏观性: :通常情况下，通常情况下，万有引力非常小万有引力非常小, ,只有在只有在质量巨大的天体间或天体质量巨大的天体间或天体与物体间它的存在才有宏与物体间它的存在才有宏观的实际意义观的实际意义. .第12页/共39页6.6.引力常量引力常量G G的测定方法及意义：的测定方法及意

7、义： 卡文迪许扭称实验。卡文迪许扭称实验。 其意义是用实验证明了万有其意义是用实验证明了万有引力的存在，使得万有引力引力的存在，使得万有引力定律有了真正的使用价值定律有了真正的使用价值。 推动了天文学的发展推动了天文学的发展. .第13页/共39页O O1F万GF向忽略地球自转可得： GMm/RGMm/R2 2=mg=mgg g= =GMGMR R2 2第14页/共39页例例. .设地球的质量为设地球的质量为M M，赤道，赤道半径半径R R，自转周期，自转周期T T，则地球，则地球赤道上质量为赤道上质量为m m的物体所受的物体所受重力的大小为？（式中重力的大小为？（式中G G为为万有引力恒量）

8、万有引力恒量）GMm/RGMm/R2 2-4-4 2 2mR/TmR/T2 2第15页/共39页2GMgR黄代换：金2Mma=mmFGr222v2=mr=mrrT一条龙：(1)(1)“天上天上”：万有引力提供向心力万有引力提供向心力（2 2）“地上地上”：万有引力近似等于重万有引力近似等于重力力应 用第16页/共39页332T=2.GMGMGMrMvaGrrr ， ， ，210g重要的近似：重要的近似：（3 3）有用结论：）有用结论：注意：注意：在本章的公式运用上，在本章的公式运用上，应特别注意字母的规范、大小写应特别注意字母的规范、大小写问题；应区分中心天体、环绕天问题；应区分中心天体、环绕

9、天体；球体半径、轨道半径等问题。体；球体半径、轨道半径等问题。第17页/共39页（4 4）估算天体的质量和密度）估算天体的质量和密度解题思路：解题思路：1.1.一般只能求出中心天体质量及一般只能求出中心天体质量及密度。密度。2.2.应知道球体体积公式及密度公应知道球体体积公式及密度公式。式。3.3.注意黄金代换式的运用。注意黄金代换式的运用。4.4.注意隐含条件的使用，比如近注意隐含条件的使用，比如近地飞行等。没有环绕天体可假设。地飞行等。没有环绕天体可假设。第18页/共39页例例. . 地球的半径为地球的半径为6400km6400km，在贴近地，在贴近地表附近环绕地球做匀速圆周运动的卫表附近

10、环绕地球做匀速圆周运动的卫星速度为星速度为7.9103m/s，则周期为多大？是估算地球的平均密度？第19页/共39页例例. . 已知地球半径约已知地球半径约6.46.410106 6m m，又知月球绕地球的运动可近似看又知月球绕地球的运动可近似看作匀速圆周运动，则可估算出月作匀速圆周运动，则可估算出月球到地心的距离约为球到地心的距离约为_m_m。（结果保留一位有效数字）（结果保留一位有效数字）（提示：（提示：T T月月=30=30天）天）r=4 r=4 10 108 8m m第20页/共39页例. 两个星球组成双星，它两个星球组成双星，它们在相互之间的万有引力作们在相互之间的万有引力作用下，绕

11、连线上某点作周期用下，绕连线上某点作周期相同的匀速圆周运动，现测相同的匀速圆周运动，现测得两星中心距离为得两星中心距离为R R，其运，其运动周期为动周期为T T，求两星的总质，求两星的总质量。量。第21页/共39页例例. . 中子星是恒星演化过程的一中子星是恒星演化过程的一种可能结果。它的密度很大，现种可能结果。它的密度很大，现有一中子星，观测到它的自转周有一中子星，观测到它的自转周期为期为T=1/30sT=1/30s，问该中子星的最小，问该中子星的最小密度应是多少才能维持该星体的密度应是多少才能维持该星体的稳定，不致因自转而瓦解？计算稳定，不致因自转而瓦解？计算时星体可视为均匀球体。时星体可

12、视为均匀球体。（G=6.67G=6.671010-11-11m m3 3/Kg/Kgs s2 2）第22页/共39页例. .宇航员站在一星球表面上的某高处，宇航员站在一星球表面上的某高处，以初速度以初速度V V0 0沿水平方向抛出一个小球，经沿水平方向抛出一个小球，经过时间过时间t t，球落到星球表面，小球落地时，球落到星球表面，小球落地时的速度大小为的速度大小为V. V. 已知该星球的半径为已知该星球的半径为R R，引力常量为引力常量为G G ，求该星球的质量，求该星球的质量M M。 v vv vo ogtgt解：小球做平抛运动如图，则有：解：小球做平抛运动如图，则有：220vvgt设该星球

13、某近地卫星质量设该星球某近地卫星质量为为m m，其重力近似等于万，其重力近似等于万有引力：有引力：2MmmgGR由以上两式得该星球的质量：由以上两式得该星球的质量：2220vv RMG t 1 12 2第23页/共39页例例. . 宇航员站在一星球表面上的某宇航员站在一星球表面上的某高处，沿水平方向抛出一小球经时高处，沿水平方向抛出一小球经时间间t t，小球落到星球表面，测得抛，小球落到星球表面，测得抛出点与落地点的距离为出点与落地点的距离为L L，若抛出，若抛出时的初速度增大到时的初速度增大到2 2倍，则抛出点倍，则抛出点与落地点之间的距离为与落地点之间的距离为3L3L，已知，已知两落地点在

14、同一平面上，该星球的两落地点在同一平面上，该星球的半径为半径为R R，万有引力常量为，万有引力常量为G G，求该，求该星球的质量星球的质量M M。第24页/共39页人造卫星三、人造卫星及宇宙速度三、人造卫星及宇宙速度 在地球上抛在地球上抛出的物体，当出的物体，当它的速度足够它的速度足够大时，物体就大时，物体就永远不会落到地面上，它将围绕地球旋转，永远不会落到地面上，它将围绕地球旋转，成为一颗绕地球运动的人造地球卫星。简成为一颗绕地球运动的人造地球卫星。简称人造卫星。称人造卫星。第25页/共39页三、人造卫星及宇宙速度三、人造卫星及宇宙速度第26页/共39页三、人造卫星及宇宙速度三、人造卫星及宇

15、宙速度rTmrmrvmrGMm2222)2(由由332T=2.GMGMGMrMvaGrrr ， ， ，第27页/共39页4.4.半径与线速度、角速度、周半径与线速度、角速度、周期期 、向心加速度的关系、向心加速度的关系R R增大增大V V减小减小R R增大增大 减小减小R R增大增大T T增大增大R R增大增大a a减小减小第28页/共39页例例. .两颗人造卫星两颗人造卫星A A、B B绕绕地球作圆周运动，周期之地球作圆周运动，周期之比为比为T TA A：T TB B=1=1：8 8，则轨，则轨道半径之比和运动速率之道半径之比和运动速率之比分别为（比分别为（ ）（RA：RB=1：4；VA：V

16、B=2：1）第29页/共39页5.5.宇宙速度宇宙速度(1)(1)第一宇宙速度第一宇宙速度：V=7.9km/sV=7.9km/s(2)(2)推导：推导：./9 .7:,:,222skmvgRvmgRGMmRGMvRmvRGMm计算的结果是可以解得则若考虑到地球表面解得 所以所以第一宇第一宇宙速度宙速度又又叫最小发射速度，最大环绕速度叫最小发射速度，最大环绕速度。第30页/共39页第一宇宙速度第一宇宙速度( (环绕速度）环绕速度）： V V1 1=7.9km/s =7.9km/s （地面附近、匀速（地面附近、匀速圆周运动）圆周运动）V V1 1=7.9km/s=7.9km/s第31页/共39页

17、如果人造地球卫星进入地面附近如果人造地球卫星进入地面附近的轨道速度的轨道速度大于大于7.9km/s7.9km/s，而小于，而小于11.2km/s11.2km/s，它绕地球运动的轨迹是它绕地球运动的轨迹是椭圆。椭圆。第32页/共39页(3)(3)第二宇宙速度（脱离速度）第二宇宙速度（脱离速度）：当当物体的速度物体的速度大于或等于大于或等于11.2km/s11.2km/s时时，卫星就会脱离地球的引力，不在绕地卫星就会脱离地球的引力，不在绕地球运行。我们把这个速度叫第二宇宙球运行。我们把这个速度叫第二宇宙速度。达到第二宇宙速度的物体还受速度。达到第二宇宙速度的物体还受到太阳的引力。到太阳的引力。第3

18、3页/共39页(4)(4)第三宇宙速度（逃逸速度）第三宇宙速度（逃逸速度）：如果如果物体的速度物体的速度等于或大于等于或大于16.7km/s16.7km/s，物体物体就摆脱了太阳引力的束缚，飞到太阳系就摆脱了太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的宇宙空间去。我们把这个速度叫以外的宇宙空间去。我们把这个速度叫第三宇宙速度。第三宇宙速度。 V1=7.9km/s 地球V V2 2=11.2km/s=11.2km/sV V3 3=16.7km/s=16.7km/s11.2km/sv7.9km/s第34页/共39页三、同步卫星（通讯卫星）三、同步卫星（通讯卫星）1.特点：特点：第35页/共39页四、同步卫星（通讯卫星）四、同步卫星（通讯卫星）定周期（频率、转速）定周期（频率、转速）（与地球自转的周期相同，（与地球自转的周期相同，即即T=24h）定高度定高度