第一课物理课件万有引力与天体运动

要点· 疑点· 考点
4.三种宇宙速度 (1)第一宇宙速度(环绕速度)：v1=7.9km/s，是人造 地球卫星的最小发射速度，是绕地球做匀速圆周运 动中的最大速度. (2)第二宇宙速度(脱离速度)：v2=11.2km/s，使物 体挣脱地球引力束缚的最小发射速度. (3)第三宇宙速度(逃逸速度)：v3=16.7km/s，使物 体挣脱太阳引力束缚的最小发射速度.
万有引力定律
要点· 疑点· 考点 课 前 热 身 能力· 思维· 方法 延伸· 拓展
天体运动
要点· 疑点· 考点
一、万有引力定律 1.万有引力定律的内容和公式 宇宙间的一切物体都是互相吸引的.两 个物体间的引力的大小，跟它们的质量的 乘积成正比，跟它们的距离的平方成反比. 公式：F=Gm1m2/r2,其中G=6.67×１０11N· m２/kg２，叫引力常量.
应用时可根据实际情况，选用适当的公式 进行分析或计算.
要点· 疑点· 考点
2.天体质量M、密度ρ 的估算 测出卫星绕天体做匀速圆周运动的半径R和周期T，
由
GMm/R２=m(2/T)２R得此天体质量:M=4２R３/(GT ２)， =M/V=M/（4/3R0３)=3R３/(GT２Ｒ0３ ) (R0为天体半径).
是(
)
A.运行的轨道半径越大，线速度越大
B.卫星绕地球运行的环绕速率可能等于8km/s
C.卫星的轨道半径越大，周期也越大
D.运行的周期可能等于80分钟
能力· 思维· 方法
【解析】A错误，由GMm/R２=mv２/R得环绕速度 v2=GM/R,R越大，v越小.
B错误：由v=7.9km/s，这是最大的环绕速度.
能力· 思维· 方法
【解析】月球绕地球的运动可近似看成匀速圆周运 动，月球绕地球一周大约是30天，其周期

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(1)行星绕太阳的运动不是匀速圆周运动，所以 行星的速度方向并不总是垂直于行星和太阳的连线，但行星 绕太阳运动一周的时间仍为一个周期，此周期不能用匀速圆 周运动求解，而应根据开普勒定律对不同运动应用其相应的 运动规律去判断和求解．例如做椭圆运动的卫星可用此规律 求解． (2)在同一天体系统中，如果已知某一“行星”的公转周期而 求其轨道半径时，可通过另一已知轨道半径和周期的“行星” 利用开普勒第三定律解答．
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表达式Tr32＝k 中的常数 k 只与中心天体的质量有 关．如研究行星绕太阳运动时，常数 k 只与太阳的质量有关， 研究卫星绕地球运动时，常数 k 只与地球的质量有关．对绕 不同天体的圆周运动，常数 k 不同．
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飞船沿半径为 R 的圆周轨道绕地球运 动，其周期为 T．如果飞船要返回地面，可在 轨道上的某一点 A 处，将速率降低到适当数 值，从而使飞船沿着以地心为焦点的椭圆轨道 运动，椭圆和地球表面在 B 点相切，如图所示． 如果地球半 径为 R0，求飞船由 A 点到 B 点所需要的时间．
律
行星轨道__半__长__轴__的三次方 与__公__转__周__期__的二次方的比
值是一个常量
r3 公式：___T__2 ___＝k，
k 是一个与行星
_无__关___的常量
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行星绕太阳在椭圆轨道上运行，行星距太阳较近处与距太阳 较远处相比较，运动速率何处较大？ 提示：由开普勒第二定律可知，由于在相等的时间内，行星 与太阳的连线扫过相等的面积，显然相距较近时相等时间内 经过的弧长必须较长，因此运动速率较大．

2．开普勒第二定律：对于每一个行星而言，太阳和行星 的连线在相等的时间内扫过的___面__积_____相等．
3．开普勒第三定律：所有行星的轨道的__半__长__轴____的三 次方跟_公__转__周__期___的二次方的比值都相等．
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► 知识点三 天体运动问题的分析
1．运动学分析：将天体或卫星的运动看成 __匀__速__圆__周_______运动．
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• ► 探究考向二 中心天体质
量和密度的计算 计算天体的质量和密度问题的关键就是明确中心天体对它
的卫星(或行星)的引力就是卫星(或行星)绕中心天体做匀速圆周
运动的向心力．由 GMr2m＝m4Tπ22r，解得 M＝4GπT2r23；ρ＝MV ＝43πMR3＝
2．动力学分析：(1)万有引力提供__向__心__力____，即 F 向＝ GMr2m＝ma＝mvr2＝mω2r＝m2Tπ2r.(2)在星球表面附近物体所 受万有引力近似等于_物__体__的__重__力___，即 GMr2m＝mg(g 为星球 表面物体的重力加速度)．
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考向互动探究
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3．万有引力的一般应用：万有引力的一般应用问题主要涉及 万有引力的基本计算、天体质量和密度的计算等．在这类问题的
分析中应注意：(1)万有引力公式 F＝Gmr1m2 2中的 应为两物体球心
间距，如果某一物体内部存在球形空腔，则宜采取“割补法”分 析；(2)万有引力提供向心力情景下的天体运动，根据万有引力定
► 探究考向一 关于万有引力的计算和应用
【方法概述】
1．万有引力定律的适用条件：万有引力不仅存在于星球 之间，宇宙中任意客观存在的有质量的物体之间都存在这种 相互吸引力．万有引力定律公式适用于质点之间，也适用于 均匀球体之间．

行星轨道偏心率
行星轨道的偏心率表示轨 道形状的离心率，偏心率 为0表示轨道为圆形，偏心 率为1表示轨道为椭圆形。
04
万有引力与生活
万有引力对地球的影响
维持地球自转
万有引力提供向心力，使地球能 够保持稳定的自转。
维持地球轨道
万有引力使地球能够沿椭圆轨道绕 太阳运行，保持稳定。
形成气候
万有引力影响大气层的分布和运动 ，形成不同气候带和天气系统。
03
万有引力与天体运动
天体运动的规律
01
02
03
地球自转
地球绕自身轴线旋转一周 ，周期为24小时，形成昼 夜交替现象。
地球公转
地球绕太阳旋转一周，周 期为一年，形成四季交替 现象。
天体轨道
天体按照椭圆、抛物线或 双曲线等轨道运动，遵循 开普勒三定律。
月球与地球的相互作用
月球引潮力
月球引潮力引起地球潮汐现象，对地 球上的海洋、湖泊、河流等产生周期 性涨落。
VS
万有引力
万有引力是指任何两个物体之间相互吸引 的力。根据牛顿的万有引力定律，这个力 与两个物体的质量成正比，与它们之间的 距离的平方成反比。万有引力是宇宙中最 重要的力之一，它对天体运动和宇宙演化 起着重要作用。
探索宇宙的未知领域
宇宙微波背景辐射
宇宙微波背景辐射是指充溢于整个宇宙的微 波辐射，它是宇宙大爆炸后留下的余辉。通 过对宇宙微波背景辐射的研究，科学家们可 以了解宇宙早期的状态和演化过程。
暗能量
暗能量是一种充溢于空间的能量，它占据了宇宙中大部分的能量密度。暗能量的作用机制也尚不清楚 ，但它对宇宙的加速膨胀起着关键作用。科学家们正在研究暗能量的性质和作用机制，以揭示宇宙加 速膨胀的奥秘。