第2、3節(jié) 萬有引力定律的應(yīng)用 人類對太空的不懈追求

1、1 第第2 2節(jié)節(jié) 萬有引力定律的應(yīng)用萬有引力定律的應(yīng)用 2 嫦娥一號發(fā)射嫦娥一號發(fā)射 3 2、衛(wèi)星繞地球旋轉(zhuǎn)是什么力提供向心力？、衛(wèi)星繞地球旋轉(zhuǎn)是什么力提供向心力？ 4、在圖示位置地球和月球?qū)πl(wèi)星的引力大小關(guān)系？、在圖示位置地球和月球?qū)πl(wèi)星的引力大小關(guān)系？ 1、衛(wèi)星發(fā)射升空是一級發(fā)射還是多級發(fā)射？、衛(wèi)星發(fā)射升空是一級發(fā)射還是多級發(fā)射？ 3、衛(wèi)星在什么時候加速？、衛(wèi)星在什么時候加速？ 4 例題例題1 1：若衛(wèi)星繞地球運(yùn)行的軌道可視為圓形，并且衛(wèi)星距地若衛(wèi)星繞地球運(yùn)行的軌道可視為圓形，并且衛(wèi)星距地 面的高度遠(yuǎn)小于地球半徑，已知地球半徑面的高度遠(yuǎn)小于地球半徑，已知地球半徑R=6400Km,地球質(zhì)量

2、地球質(zhì)量 M=5.981024，萬有引力常量，萬有引力常量G=6.6710-11， 1、求此衛(wèi)星在地面附近軌道繞地球勻速圓周所必須的運(yùn)行、求此衛(wèi)星在地面附近軌道繞地球勻速圓周所必須的運(yùn)行 速度速度V。 2、如果不知道地球的質(zhì)量，知道地球表面的重力加速度、如果不知道地球的質(zhì)量，知道地球表面的重力加速度g， 與地球半徑，如何求與地球半徑，如何求v？ 2 2 Mmv Gm rr GM v R 1124 6 6.67 105.98 10 m/s 6.38 10 7.9km/s rRrR 一、一、 宇宙速度宇宙速度 解：解： 5 2 GMgR 2 Mm mgG R 2 GMgR vgR RR 7.9km

3、/s （2 2）如果不知道地球的質(zhì)量，知道地球表面的重）如果不知道地球的質(zhì)量，知道地球表面的重 力加速度力加速度g g，如何求，如何求v v？ 【解析【解析】由：由： 思考：其它星球是否也存在第一宇宙速度？有的話如思考：其它星球是否也存在第一宇宙速度？有的話如 何去確定？何去確定？ 存在，只需將公式中的存在，只需將公式中的M與與R替換成求解替換成求解 星球的質(zhì)量與星球半徑。星球的質(zhì)量與星球半徑。 6 第一宇宙速度第一宇宙速度 1 1、物體在、物體在地面附近地面附近繞地球做勻速圓周運(yùn)動的速度，叫第繞地球做勻速圓周運(yùn)動的速度，叫第 一宇宙速度，也叫地面附近的一宇宙速度，也叫地面附近的環(huán)繞速度環(huán)繞速

4、度。數(shù)值為。數(shù)值為 7.9km/s7.9km/s 2 2、第一宇宙速度是衛(wèi)星、第一宇宙速度是衛(wèi)星發(fā)射的最小速度發(fā)射的最小速度. . 3、第一宇宙速度是衛(wèi)星、第一宇宙速度是衛(wèi)星最大的環(huán)繞速度最大的環(huán)繞速度. 7 第二宇宙速度第二宇宙速度 當(dāng)物體的速度等于或大于當(dāng)物體的速度等于或大于11.2km/s11.2km/s 時，它就會克服地球的引力，成為時，它就會克服地球的引力，成為 圍繞太陽運(yùn)動的人造行星，或飛到圍繞太陽運(yùn)動的人造行星，或飛到 其他行星上。我們其他行星上。我們11.2km/s11.2km/s叫做第叫做第 二宇宙速度。也稱脫離速度。二宇宙速度。也稱脫離速度。 V7.9km/s V=11.2

5、km/s 8 第三宇宙速度第三宇宙速度 當(dāng)物體的速度等于或大于當(dāng)物體的速度等于或大于16.7km/s16.7km/s時，物時，物 體可以掙脫太陽引力的束縛，飛到太陽系體可以掙脫太陽引力的束縛，飛到太陽系 以外的宇宙空間。我們把以外的宇宙空間。我們把16.7km/s16.7km/s叫做第叫做第 三宇宙速度。也稱逃逸速度。三宇宙速度。也稱逃逸速度。 9 二、人造衛(wèi)星二、人造衛(wèi)星( (普通普通) ) 地球質(zhì)量為地球質(zhì)量為M M，地球半徑為，地球半徑為R R，衛(wèi)星距地面高為，衛(wèi)星距地面高為 h h，衛(wèi)星質(zhì)量為，衛(wèi)星質(zhì)量為m,m,寫出下列物理量的表達(dá)式：寫出下列物理量的表達(dá)式： 1.1.線速率：線速率：

6、 由由 GM v Rh 2 2 Mmv Gm (R h)R h 2.2.角速度：角速度： 由由 3 GM (R h) 2 2 Mm Gm (R h) (R h) 3.3.周期：周期： 由由 3 (R h) T2 GM 2 T 特點(diǎn)：高軌低速大周期特點(diǎn)：高軌低速大周期 4.4.向心加速度：向心加速度： 由由 2 Mm Gma (R h) 2 M a G(R h) 10 同步衛(wèi)星 11 中國北斗導(dǎo)航衛(wèi)星 12 預(yù)測并發(fā)現(xiàn)未知行星預(yù)測并發(fā)現(xiàn)未知行星, ,是萬有引力理論威力和價值的最生動是萬有引力理論威力和價值的最生動 例證例證. . 在在17811781年發(fā)現(xiàn)的第七大行星年發(fā)現(xiàn)的第七大行星天王星天王

7、星 的運(yùn)動軌道，總是同根據(jù)萬有引力定律的運(yùn)動軌道，總是同根據(jù)萬有引力定律 計算出來的有一定偏離計算出來的有一定偏離. .當(dāng)時有人預(yù)測，當(dāng)時有人預(yù)測， 肯定在其軌道外還有一顆未發(fā)現(xiàn)的新星肯定在其軌道外還有一顆未發(fā)現(xiàn)的新星, , 這就是后來發(fā)現(xiàn)的第八大行星這就是后來發(fā)現(xiàn)的第八大行星海王星海王星. . 海王星海王星 海王星的實(shí)際軌道是由英國劍橋大學(xué)海王星的實(shí)際軌道是由英國劍橋大學(xué) 的學(xué)生亞當(dāng)斯和法國年輕的天文愛好者的學(xué)生亞當(dāng)斯和法國年輕的天文愛好者 勒維耶根據(jù)天王星的觀測資料各自獨(dú)立勒維耶根據(jù)天王星的觀測資料各自獨(dú)立 地利用萬有引力定律計算出來的地利用萬有引力定律計算出來的. . 三、預(yù)測未知天體三

8、、預(yù)測未知天體 13 “海海 王王 星星” 的的 發(fā)發(fā) 現(xiàn)現(xiàn) 14 海王星發(fā)現(xiàn)之后，人們海王星發(fā)現(xiàn)之后，人們 發(fā)現(xiàn)它的軌道也與理論計算發(fā)現(xiàn)它的軌道也與理論計算 的不一致。于是幾位學(xué)者用的不一致。于是幾位學(xué)者用 亞當(dāng)斯和勒維耶的方法預(yù)言亞當(dāng)斯和勒維耶的方法預(yù)言 另一顆新行星的存在另一顆新行星的存在 在預(yù)言提出之后，在預(yù)言提出之后，19301930 年，湯博發(fā)現(xiàn)了太陽系的后年，湯博發(fā)現(xiàn)了太陽系的后 來曾被稱為第九大行星的冥來曾被稱為第九大行星的冥 王星王星 冥王星和它的衛(wèi)星冥王星和它的衛(wèi)星 美國宇航局（美國宇航局（NASANASA）提供的）提供的 冥王星（上者）與它的衛(wèi)星冥王星（上者）與它的衛(wèi)星

9、的畫面的畫面 15 冥冥 王王 星星 和和 彗彗 星星 16 一、三種宇宙速度一、三種宇宙速度 1 1第一宇宙速度第一宇宙速度( (環(huán)繞速度環(huán)繞速度) )：v v1 1 ，是人造地球，是人造地球 衛(wèi)星的最小發(fā)射速度，也是人造地球衛(wèi)星繞地球做圓周運(yùn)衛(wèi)星的最小發(fā)射速度，也是人造地球衛(wèi)星繞地球做圓周運(yùn) 動的最大的環(huán)繞速度動的最大的環(huán)繞速度 7.9 km/s7.9 km/s 2 2第二宇宙速度第二宇宙速度( (脫離速度脫離速度) )：v v2 2 ，是使物體，是使物體 掙脫掙脫 地球引力束縛的最小發(fā)射速度地球引力束縛的最小發(fā)射速度 11.2 km/s 11.2 km/s 3 3第三宇宙速度第三宇宙速度( (逃逸速度逃逸速度) )：v v3 3 ，是使物體，是使物體 掙脫太陽引力束縛的最小發(fā)射速度掙脫太陽引力束縛的最小發(fā)射速度 16.7 km/s16.7 km/s 17 二、人造衛(wèi)星運(yùn)動量與軌道半徑的關(guān)系二、人造衛(wèi)星運(yùn)動量與軌道半徑的關(guān)系 物理量物理量 計算公式計算公式 向心加速度向心加速度 a減