物理竞赛《天体运动和万有引力》
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万有引力和天体运动类型一、天体运动中一类应用开普勒定律的问题,解这类问题时一定要注意运动的轨道、面积、周期,但三者之间也是有关联的,正因为如此,解题时要特别注意“面积速度”。
例1.要发射一艘探测太阳的宇宙飞船,使其具有与地球相等的绕日运动周期,以便发射一年后又将与地球相遇而发回探测资料。
在地球发射这一艘飞船时,应使其具有多大的绕日速度?(地球绕日轨道近似为圆轨道)例2.一物体A由离地面很远处向地球下落,落至地面上时,其速度恰好等于第一宇宙速度.已知地球半径R=6400 km.若不计物体在运动中所受到的阻力,求此物体在空中运动的时间。
类型二、天体质量(密度)的计算问题往往是由万有引力定律和向心力公式建立天体计算的基本方程,解题时一般要注意中心天体与运动卫星关系的建立,同时还要注意忽略微小量(次要因数)的问题,这是解决这类问题的两个非常重要的因数。
例3.新发现一行星,其星球半径为6400 km,且由通常的水形成的海洋覆盖它所有的表面,海洋的深度为10 km,学者们对该行星进行探查时发现,当把试验样品浸入行星海洋的不同深度时,各处的自由落体加速度以相当高的精确度保持不变.试求此行星表面处的自由落体加速度.已知万有引力常量G=6. 67×10-11N m2/ kg2。
类型三、天体运动的能量问题要注意在轨运行的卫星的机械能,然后利用机械能的改变及功能原理来解题,这是因为卫星的运行轨道变化既要注意其变轨机理,又要符合能量原理。
例4.质量为m的人造地球卫星,在圆形轨道上运行.运行中受到大小恒为f的微弱阻力作用,以r表示卫星轨道的平均半径,M表示地球质量,求卫星在旋转一周的过程中:(1)轨道半径的改变量Δr=?(2)卫星动能的改变量ΔE k=?类型四、天体运动的宇宙速度问题实质上就是两个问题:一个是摆脱引力场所需要的能量的问题;一个是能量的来源问题。
而能量要么来源于燃料,要么来源于碰撞。
例5.宇宙飞行器和小行星都绕太阳在同一平面内做圆周运动,飞行器的质量比小行星的质量小很多,飞行器的速率为,小行星的0轨道半径为飞行器轨道半径的6倍。
高中物理竞赛——万有引力定律基础知识点一、考点内容1.万有引力;万有引力定律;万有引力定律的应用。
2.人造地球卫星;宇宙速度。
二、知识结构⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧⎩⎨⎧地球同步卫星地面卫星种类发射与运转三个宇宙速度人造天体(或卫星)开普勒三定律地卫星;自由落体或平抛;近天体质量计算:极地称:与纬度、高度的关系地球附近重力变化规律定律应用 三、复习思路建议分两条主线展开复习,一是万有引力=向心力;另一个是重力=向心力。
由于向心力的表达式有多种形式,表面看来本单元公式多,实际上则只有一个,那就是ma F =。
切实理解好加速度a 的含义至关重要。
复习时应注意做好以下几点:1.万有引力、人造卫星属于现代科技发展的重要领域,所以近年的高考对万有引力、人造卫星的考查是热点。
在学习中要多联系一些现代科技知识,扩大知识面,把这部分知识规律与实际应用联成一体去认识。
2.应用万有引力定律研究天体、人造地球卫星的运动是该部分的重点。
要熟练地应用r Tm r m r v m r Mm G 222224πω===及地球表面附近2r Mm G mg =等公式来求解天体及卫星问题,要熟练地运用比例法解题。
3.要知道卫星的运行速度、发射速度和环绕速度三者的区别,要知道卫星的轨道越高,其运动速度越小,但发射时所需的发射速度却越大。
4.要知道三种宇宙速度都是指发射速度,并了解火箭发射卫星的实际过程,了解一下现代科技。
四、牢固掌握基础知识1、万有引力定律的应用(1)、基本模型:匀速圆周运动(2)、基本方法:一切问题来源于向心力的提供(3)、一条线索:向心力=万有引力=所在位置处的重力(4)、一串公式:=2rMm G = = 以及地球表面附近2地R MmG mg =等公式。
上述式子适用于卫星围绕天体作匀速圆周运动时的情景。
由以上线索和公式可以:A 、估算天体质量B 、估算天体质量C 、求卫星的线速度、角速度、周期r GM v =;3rGM w =;GM r T 32π=。
万有引力与天体运动引言:在自然界中,存在着一种无所不在的力量,即万有引力。
万有引力是负责使得天体之间相互吸引的力量,它是牛顿力学的基本法则之一。
本文将探讨万有引力的定义、原理及其与天体运动的关系。
一、万有引力的定义与原理万有引力是指任意两个物体之间存在相互吸引的力量,这种力量与物体的质量和距离有关。
根据牛顿第三定律,相互作用的两个物体之间的引力大小相等,方向相反。
万有引力的存在与质量有关,质量越大的物体,其引力也越大。
而且,两个物体之间的引力与它们之间的距离的平方成反比,即距离越近,引力越强。
二、天体运动的基本规律根据万有引力的原理,天体运动遵循以下基本规律:1. 开普勒定律约翰内斯·开普勒是天体运动领域的重要科学家之一,他总结出三个著名的运动定律。
第一定律表明天体绕太阳运动的轨道是椭圆形,而不是圆形。
这就意味着天体在其轨道上的位置不是固定的,而是变化的。
2. 第二定律开普勒的第二定律,也称为面积定律,表明天体在相同时间内扫过的面积相等。
换句话说,当天体离太阳较远时,它的速度较慢;当它距离太阳较近时,速度较快。
这个定律说明了天体在椭圆轨道上的运动速度是不均匀的。
3. 第三定律开普勒的第三定律,也称为调和定律,阐述了天体轨道周期与半长轴的关系。
具体来说,天体运动的周期的平方与它的椭圆轨道的半长轴的立方成正比。
这个定律揭示了天体运动的规律性,使得科学家们可以通过研究地球运动来推导出其他天体的运动规律。
三、天体运动和万有引力的关系天体运动与万有引力有着密不可分的关系,万有引力是驱动天体运动的根本力量。
在太阳系中,太阳是最重要的引力中心,其他行星、卫星以及小行星等都围绕太阳进行运动。
1. 行星运动行星绕太阳运动的轨道是椭圆形,行星距离太阳越近,它们的速度越快;相反,距离越远,速度越慢。
这符合开普勒定律中的第二定律。
行星的运动速度与距离有关,而这种变化正是受到万有引力的影响。
2. 月球运动月球是地球的卫星,它也受到地球的引力影响,围绕地球进行运动。