《萬有引力定律的應(yīng)用-人類對太空的不懈追求》參考課件

1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2

1.了解人造衛(wèi)星的有關(guān)知識，知道三個(gè)宇宙速度的含義，會推導(dǎo)第一宇宙速度

2.理解并掌握萬有引力定律處理人造衛(wèi)星的問題的思路和方法

3.知道地心說和日心說基本內(nèi)容,了解人類對天體運(yùn)動的認(rèn)識過程是漫長和復(fù)雜的，真理是來之不易的

4.了解人類探索太空的發(fā)展過程3人造衛(wèi)星上天牛頓在1687年發(fā)表的《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》中描述的人造地球衛(wèi)星原理圖4

各種各樣的衛(wèi)星……5

設(shè)地球的質(zhì)量為M，繞地球做勻速圓周運(yùn)動的飛行器的質(zhì)量為m，飛行器的速度為v，它到地心的距離為r。飛行器運(yùn)動所需要的向心力由地球?qū)λ娜f有引力提供r≈R推導(dǎo)：最小的發(fā)射速度6如果不知道地球的質(zhì)量，知道地球表面的重力加速度，如何求v？【解析】由：7第一宇宙速度

物體在地面附近繞地球做勻速圓周運(yùn)動的速度，叫第一宇宙速度，也叫地面附近的環(huán)繞速度。數(shù)值為7.9km/s

當(dāng)發(fā)射速度大于7.9km/s，小于11.2km/s，它繞地球運(yùn)行的軌道不是圓，而是橢圓。第一宇宙速度是衛(wèi)星發(fā)射的最小速度8第二宇宙速度當(dāng)物體的速度等于或大于11.2km/s時(shí)，它就會克服地球的引力，成為圍繞太陽運(yùn)動的人造行星，或飛到其他行星上。我們把11.2km/s叫做第二宇宙速度。9第三宇宙速度

當(dāng)物體的速度等于或大于16.7km/s時(shí)，物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16.7km/s叫做第三宇宙速度。10人造衛(wèi)星(普通)

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,寫出下列物理量的表達(dá)式1.線速率：由2.角速度：由3.周期：由11人造衛(wèi)星運(yùn)動量與軌道半徑的關(guān)系

物理量

計(jì)算公式線速率角速度周期v減小ω減小T增大h的增大（軌道半徑r增大）12例1：人造地球衛(wèi)星的軌道半徑越大，則()A、速度越小，周期越小

B、速度越小，加速度越小C、加速度越小,周期越大

D、角速度越小,加速度越大BC13練習(xí)：兩顆人造地球衛(wèi)星質(zhì)量之比m1∶m2=1∶2,軌道半徑之比r1∶r2=3∶1，下列有關(guān)數(shù)據(jù)之比正確的是()A、周期之比T1∶T2=3∶1

B、線速度之比v1∶v2=3∶1C、向心力之比F1∶F2=1∶9

D、向心加速度之比a1∶a2=1∶9D14

預(yù)測并發(fā)現(xiàn)未知行星,是萬有引力理論威力和價(jià)值的最生動例證.

在1781年發(fā)現(xiàn)的第七大行星—天王星的運(yùn)動軌道，總是同根據(jù)萬有引力定律計(jì)算出來的有一定偏離.當(dāng)時(shí)有人預(yù)測，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—海王星.海王星

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(jì)算出來的.預(yù)測未知天體15法國的勒維耶英國的亞當(dāng)斯1846年9月23日晚,德國的伽勒在柏林天文臺用望遠(yuǎn)鏡在勒維耶預(yù)言的位置附近發(fā)現(xiàn)了這顆行星——海王星柏林天文臺16“海王星”的發(fā)現(xiàn)17

海王星發(fā)現(xiàn)之后，人們發(fā)現(xiàn)它的軌道也與理論計(jì)算的不一致。于是幾位學(xué)者用亞當(dāng)斯和勒維耶的方法預(yù)言另一顆新行星的存在．在預(yù)言提出之后，1930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王星冥王星和它的衛(wèi)星美國宇航局（NASA）提供的冥王星（上者）與它的衛(wèi)星的畫面18冥王星和彗星19

盡管冥王星外面太陽光已經(jīng)非常的微弱，但是，黑暗寒冷的太陽系邊緣依然牽動著人們的心，搜索工作從來沒有停止過。美國2001年發(fā)射，并于2006至2008年訪問冥王星的宇宙飛船20其實(shí)，從遠(yuǎn)古時(shí)代人們開始探究太空，而且不懈追求神秘的宇宙…….不同的時(shí)期，偉大的科學(xué)家們提出自己的假說，著名的有地心說和日心說21“地心說”模型代表人物：亞里士多德；托勒密地心說托勒密于公元二世紀(jì)，提出了自己的宇宙結(jié)構(gòu)學(xué)說，即“地心說”.地心說認(rèn)為地球是宇宙的中心，是靜止不動的，太陽、月亮及其他的行星都繞地球運(yùn)動．地心說直到16世紀(jì)才被哥白尼推翻.托勒密22太陽“日心說”模型代表人物：哥白尼日心說哥白尼哥白尼在16世紀(jì)提出了日心說．日心說認(rèn)為太陽是靜止不動的，地球和其他行星都繞太陽運(yùn)動．1543年哥白尼的《天體運(yùn)行論》出版，書中詳細(xì)描述了日心說理論.231.兩顆人造衛(wèi)星A、B繞地球做圓周運(yùn)動，周期之比為TA:TB=1:8，則軌道半徑之比和運(yùn)動速率之比分別為（）RA:RB=4:1;VA:VB=1:2RA:RB=4:1;VA:VB=2:1C.RA:RB=1:4;VA:VB=1:2D.RA:RB=1:4;VA:VB=2:1D242.關(guān)于地球的第一宇宙速度，下列表述正確的是(

)A．第一宇宙速度又叫環(huán)繞速度B．第一宇宙速度又叫脫離速度C．第一宇宙速度跟地球的質(zhì)量無關(guān)D．第一宇宙速度跟地球的半徑無關(guān)25解析：第一宇宙速度又叫環(huán)繞速度，A對，B錯(cuò)；萬有引力提供向心力，由可知第一宇宙速度與地球的質(zhì)量和半徑有關(guān)，C、D錯(cuò)．答案：

A263.2009年2月11日，俄羅斯的“宇宙－2251”衛(wèi)星和美國的“銥－33”衛(wèi)星在西伯利亞上空約805km處發(fā)生碰撞．這是歷史上首次發(fā)生的完整在軌衛(wèi)星碰撞事件．碰撞過程中產(chǎn)生的大量碎片可能會影響太空環(huán)境．假定有甲、乙兩塊碎片，繞地球運(yùn)動的軌道都是圓，甲的運(yùn)行速率比乙的大，則下列說法中不正確的是(

)A．甲的運(yùn)行周期一定比乙的長B．甲距地面的高度一定比乙的高C．甲的向心力一定比乙的小D．甲的加速度一定比乙的大27解析：萬有引力提供碎片做圓周運(yùn)動的向心力，解得因?yàn)榧椎乃俾瘦^大，所以甲的軌道半徑小，B錯(cuò)誤．根據(jù)周期公式可知，甲的運(yùn)動周期較小，所以A錯(cuò)誤．根據(jù)加速度公式可知甲的加速度較大，所以D正確．因甲、乙碎片質(zhì)量未知，不能確定甲、乙向心力的大小關(guān)系，所以C錯(cuò)誤．答案：

D284.據(jù)報(bào)道，我國數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星“天鏈一號01星”于2008年4月25日在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射升空，經(jīng)過4次變軌控制后，于5月1日成功定點(diǎn)在東經(jīng)77°赤道上空的同步軌道．關(guān)于成功定點(diǎn)后的“天鏈一號01星”，下列說法正確的是(

)A．運(yùn)行速度大于7.9kmB．離地面高度一定，相對地面靜止C．繞地球運(yùn)行的角速度比月球繞地球運(yùn)行的角速度小D．向心加速度與靜止在赤道上物體的向心加速度大小相等29[解析]由萬有引力提供向心力得：可得：即線速度v隨軌道半徑r的增大而減小，v＝7.9km/s為第一宇宙速度即圍繞地球表面運(yùn)行的速度；因同步衛(wèi)星軌道半徑比地球半徑大很多，因此其線速度應(yīng)小于7.9km/s，故A錯(cuò)；30因同步衛(wèi)星與地球自轉(zhuǎn)同步，即T、ω相同，因此其相對地面靜止，由公式得：因G、M、ω、R均為定值，因此h一定為定值，故B對；因同步衛(wèi)星周期T同＝24小時(shí)，月球繞地球轉(zhuǎn)動周期T月＝30天，即T同＜T月，由公式得，ω同＞ω月，故C錯(cuò)；31

同步衛(wèi)星與靜止在赤道上的物體具有共同的角速度，由公式a向＝rω2，可得：因軌道半徑不同，故其向心加速度不同，D錯(cuò)誤．答案：B32一、三種宇宙速度1．第一宇宙速度(環(huán)繞速度)：v1＝，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)動的最大的環(huán)繞速度．7.9km/s2．第二宇宙速度(脫離速度)：v2＝，是使物體掙脫地球引力束縛的最小發(fā)射速度．11.2km/