万有引力定律学习秘籍
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高中物理万有引力知识点总结1. 牛顿的万有引力定律:任何两个物体间都存在引力,这个引力与它们的质量成正比,与它们之间距离的平方成反比。
这就是牛顿的万有引力定律。
公式表示为:F=G(m1m2)/r^2,其中F是两个物体间的引力,m1和m2分别是两个物体的质量,r是它们之间的距离,G是万有引力常量。
2. 万有引力定律的应用:天体运动:万有引力定律为解释和预测天体运动提供了基础。
例如,行星绕太阳的运动,卫星绕地球的运动等。
重力加速度:在地球表面,万有引力定律可以用来解释重力加速度的存在。
重力加速度是由地球的质量产生的万有引力引起的。
3. 开普勒三定律:第一定律(轨道定律):所有行星绕太阳的轨道都是椭圆,太阳在其中一个焦点上。
第二定律(面积定律):对于任何行星,它与太阳的连线在相同的时间内扫过的面积相等。
第三定律(周期定律):所有行星绕太阳一周的周期的平方与它们轨道半长轴的立方之比是一个常数。
4. 万有引力定律与天体运动的关系:通过万有引力定律和牛顿第二定律(F=ma),我们可以推导出天体运动的规律。
例如,行星的轨道周期与其轨道半径的三次方和质量的二次方之间的关系,这就是开普勒第三定律的来源。
5. 人造卫星:人造卫星是利用万有引力定律进行设计和操作的。
通过调整卫星的轨道和速度,可以实现各种任务,如通信、气象观测、导航等。
6. 逃逸速度:逃逸速度是指一个物体从某天体表面发射出去,要逃离该天体的引力束缚所需要的最小速度。
逃逸速度的计算涉及到万有引力定律和动能定理。
以上就是高中物理中万有引力知识点的主要内容。
掌握这些知识,可以帮助我们更好地理解和预测天体运动,以及设计和操作人造卫星等任务。
物理万有引力知识点物理万有引力知识点8篇在日复一日的学习中,不管我们学什么,都需要掌握一些知识点,知识点就是一些常考的内容,或者考试经常出题的地方。
相信很多人都在为知识点发愁,以下是店铺为大家收集的物理万有引力知识点,仅供参考,欢迎大家阅读。
物理万有引力知识点11.万有引力定律:引力常量G=6.67×N?m2/kg22.适用条件:可作质点的两个物体间的相互作用;若是两个均匀的球体,r应是两球心间距.(物体的尺寸比两物体的距离r小得多时,可以看成质点)3.万有引力定律的应用:(中心天体质量M,天体半径R,天体表面重力加速度g)(1)万有引力=向心力(一个天体绕另一个天体作圆周运动时)(2)重力=万有引力地面物体的重力加速度:mg=Gg=G≈9.8m/s2高空物体的重力加速度:mg=Gg=G<9.8m/s24.第一宇宙速度----在地球表面附近(轨道半径可视为地球半径)绕地球作圆周运动的卫星的线速度,在所有圆周运动的卫星中线速度是最大的。
由mg=mv2/R或由==7.9km/s5.开普勒三大定律6.利用万有引力定律计算天体质量7.通过万有引力定律和向心力公式计算环绕速度8.大于环绕速度的两个特殊发射速度:第二宇宙速度、第三宇宙速度(含义)物理万有引力知识点21.开普勒第三定律:T2/R3=K(=4π2/GM){R:轨道半径,T:周期,K:常量(与行星质量无关,取决于中心天体的质量)}2.万有引力定律:F=Gm1m2/r2 (G=6.67×10-11Nm2/kg2,方向在它们的连线上)3.天体上的重力和重力加速度:GMm/R2=mg;g=GM/R2 {R:天体半径(m),M:天体质量(kg)}4.卫星绕行速度、角速度、周期:V=(GM/r)1/2;ω=(GM/r3)1/2;T=2π(r3/GM)1/2{M:中心天体质量}5.第一(二、三)宇宙速度V1=(g地r地)1/2=(GM/r 地)1/2=7.9km/s;V2=11.2km/s;V3=16.7km/s6.地球同步卫星GMm/(r地+h)2=m4π2(r地+h)/T2{h≈36000km,h:距地球表面的高度,r地:地球的半径}注:(1)天体运动所需的向心力由万有引力提供,F向=F万;(2)应用万有引力定律可估算天体的质量密度等;(3)地球同步卫星只能运行于赤道上空,运行周期和地球自转周期相同;(4)卫星轨道半径变小时,势能变小、动能变大、速度变大、周期变小(一同三反);(5)地球卫星的最大环绕速度和最小发射速度均为7.9km/s。
万有引力知识点总结大一万有引力是物理学中的基本概念之一,它描述了质量间相互作用的力量。
下面是对万有引力知识点的总结,帮助大一学生们更好地理解这一概念。
一、什么是万有引力?万有引力是指所有物体之间都存在的相互吸引的力。
根据万有引力定律,任何两个物体之间的引力大小与它们的质量成正比,与它们之间的距离的平方成反比。
二、万有引力公式万有引力公式描述了两个物体之间的引力大小,公式如下:F =G * (m1 * m2) / r^2其中,F表示引力大小,m1和m2分别表示两个物体的质量,r 表示两个物体之间的距离,G为万有引力常数。
三、万有引力的特点1. 引力大小与物体质量成正比:质量越大的物体,它所产生的引力就越大。
2. 引力大小与距离的平方成反比:物体之间的距离越近,它们之间的引力越大;距离越远,引力越小。
3. 引力是吸引力:万有引力是一种吸引力,它使物体朝着彼此靠近。
四、万有引力与行星运动万有引力对行星运动有重要影响。
根据开普勒定律,行星围绕太阳运动的轨道是椭圆形的,太阳位于椭圆的一个焦点上。
这是由于太阳对行星的万有引力所致。
五、地球上的重力地球上的重力是由地球对物体的吸引力所造成的。
地球的质量远远大于人类和物体的质量,因此我们感受到的地球引力非常强大。
地球上的重力可用公式 F = m * g 表示,其中 m 表示物体的质量,g 表示重力加速度。
六、常见应用1. 宇宙探索:万有引力对宇宙探索有着重要的影响,它帮助科学家们解释行星、恒星和其他天体之间的相互作用。
2. 人造卫星:人造卫星的轨道和运行都是基于万有引力的原理计算得出的,它们绕行地球的轨道受到地球引力的影响。
3. 天体运动预测:万有引力定律可以用来预测天体的运动轨迹,帮助我们了解天体运动的规律。
七、总结万有引力是物理学中重要的概念,它描述了质量间相互作用的力量。
通过理解万有引力原理和公式,我们可以更好地解释行星运动、地球上的重力以及其他天体现象。
万有引力定律知识点万有引力定律(Universal Law of Gravitation)是牛顿在1687年发表的《自然哲学的数学原理》(Principia Mathematica Philosophiae Naturalis)中提出的重要物理定律之一、该定律描述了任何两个物体之间存在的引力。
1.引力的定义2.引力公式根据万有引力定律,两个物体之间的引力可以用以下的公式来表示:F=G*(m1*m2)/r^2其中,F是两个物体之间的引力,G是一个常量,被称为万有引力常量,m1和m2分别表示两个物体的质量,r表示两个物体之间的距离。
3.万有引力常量4.引力的力学效应根据牛顿的第三定律,两个物体之间的引力大小相等,方向相反。
这意味着,一个物体对另一个物体施加的引力与另一个物体对第一个物体施加的引力大小相等。
根据万有引力定律,如果其中一个物体的质量增加,或者两个物体之间的距离缩小,引力将增大。
相反,如果其中一个物体的质量减小,或者两个物体之间的距离增加,引力将减小。
5.引力的运动效应根据万有引力定律,任何两个物体之间的引力不仅存在于静止状态下,还会影响它们的运动。
根据万有引力定律,如果两个物体之间存在引力,它们将相互吸引并朝向彼此移动。
这就是为什么我们在地球上可以感受到重力,因为地球对我们施加引力,将我们拉向地面。
6.引力的应用万有引力定律在多个领域都有广泛的应用。
在天文学和宇宙物理学中,它被用来解释天体之间的运动和行星、卫星轨道的形成。
在生物学和运动力学中,它被用来研究运动物体之间的相互作用和力的平衡。
在工程学中,它被用来计算和设计建筑物结构的稳定性和地震活动的影响。
7.万有引力定律的限制万有引力定律是牛顿提出的近似定律,适用于中等大小的物体和相对较小的距离。
当涉及到极端条件,如黑洞或超大质量天体时,它的适用性会受到限制。
在这些极端条件下,需要使用更复杂的理论,如爱因斯坦的广义相对论来描述引力。
万有引力定律复习要点1.开普勒行星运动三定律简介第一定律:所有行星都在椭圆轨道上运动,太阳则处在这些椭圆轨道的一个焦点上; 第二定律:行星沿椭圆轨道运动的过程中,与太阳的连线在单位时间内扫过的面积相等;第三定律:行星轨道半长轴的立方与其周期的平方成正比,即23Tr =k 开普勒行星运动的定律是在丹麦天文学家弟答的大量观测数据的基础上概括出的,给出了行星运动的规律。
2.万有引力定律及其应用(1)定律的表述:宇宙间的一切物体都是相互吸引的两个物体间的引力大小跟它们的质量成积成正比,跟它们的距离平方成反比,引力方向沿两个物体的连线方向。
(2)公式:F =G221r m m ,其中2211/1067.6kg m N G ⋅⨯=-,称为为有引力恒量。
(3)适用条件:严格地说公式只适用于质点间的相互作用,当两个物体间的距离远远大于物体本身的大小时,公式也可近似使用,但此时r 应为两物体重心间的距离.对于均匀的球体,r 是两球心间的距离.可将其视为质量集中于球心的质点。
注意:万有引力定律把地面上的运动与天体运动统一起来,是自然界中最普遍的规律之一,式中引力恒量G 的物理意义是:G 在数值上等于质量均为1千克的两个质点相距1米时相互作用的万有引力. (4)万有引力与重力的关系由于地球自转对地表物体重力的影响。
如图所示,在纬度为ϕ的地表处,物体所受的万有引力为F=2RGmM而物体随地球一起绕地轴自转所常的向心力为 F 向=mRcos ϕ·w 2方向垂直于地轴指向地轴,这是物体所受到的万有引力的一个分力充当的,而万有引力的另一个分力就是通常所说的重力mg ,严格地说:除了在地球的两个极点处,地球表面处的物体所受的重力并不等于万有引力,而只是万有引力的一个分力。
由于地球自转缓慢,所以大量的近似计算中忽略了自转的影响,在此基础上就有:地球表面处物体所受到的地球引力近似等于其重力,即2RGmM≈mg 这是一个分析天体圆运动问题时的重要的辅助公式。
物理万有引力知识点总结物理万有引力是指物体之间存在的吸引力或引力的力量。
以下是物理万有引力的一些主要知识点总结:1. 万有引力定律:万有引力定律是描述物体之间引力关系的公式,它由牛顿提出。
定律表明,两个物体之间的引力大小与它们质量的乘积成正比,与它们之间的距离的平方成反比。
万有引力定律的公式为F = G * ((m1 * m2) / r^2),其中F表示引力的大小,m1和m2表示两个物体的质量,r表示它们之间的距离,G为引力常数。
2. 引力的性质:物理万有引力具有以下性质:- 引力具有吸引性,它总是指向两个物体之间的中心。
- 引力大小与物体质量成正比,质量越大,引力越大。
- 引力大小与物体距离的平方成反比,距离越近,引力越大。
- 引力作用力对是相互的,即每个物体对另一个物体都有一个相等大小但方向相反的引力。
3. 重力:重力是地球对物体产生的引力。
重力是物体的质量与地球质量之间的吸引力。
重力的大小可以使用万有引力定律计算。
重力使物体朝着地面方向下落,并使物体保持在地球表面。
地球上的物体之间的重力也可以用牛顿的万有引力定律来计算。
4. 行星运动和轨道:根据万有引力定律,行星在太阳的引力作用下绕太阳旋转。
行星的轨道呈椭圆形,太阳位于椭圆的一个焦点上。
行星轨道上离太阳近的部分称为近日点,离太阳远的部分称为远日点。
5. 引力与质量的关系:根据万有引力定律,引力的大小与物体质量成正比。
更大质量的物体将具有更大的引力。
这解释了为什么地球的引力比月球的引力大,因为地球的质量比月球大。
以上是物理万有引力的一些重要知识点总结。
物理万有引力定律是物理学中一个重要的基本定律,它解释了宇宙中物体之间相互吸引的原因,并在天体运动和宇宙学研究中起到关键作用。
万有引力定律知识点班级: 姓名:一、三种模型1、匀速圆周运动模型:无论自然天体还是人造天体都可以看成质点,围绕中心天体做匀速圆周运动。
2、双星模型:将两颗彼此距离较近的恒星称为双星,它们相互之间的万有引力提供各自转动的向心力.3、“天体相遇"模型:两天体相遇,实际上是指两天体相距最近.二、两种学说1、地心说:代表人物是古希腊科学托勒密2、日心说:代表人物是波兰天文学家哥白尼三、两个定律 第一定律(椭圆定律):所有行星绕太阳的运动轨道都是椭圆,太阳位于椭圆的每一个焦点上。
第二定律(面积定律):对每一个行星而言,太阳和行星的连线,在相等时间内扫过相同的面积。
第三定律(周期定律):所有行星绕太阳运动的椭圆轨道半长轴R 的三次方跟公转周期T 的二次方的比值都相等.(表达式) 四、基础公式线速度:v ==== 角速度:== == 向心力:F=m =m(2r=m (2)2r= m (2)2r=m =m 向心加速度:a== (2r= (2)2r= (2)2r== 五、两个基本思路 1.万有引力提供向心力:ma r T m r m r v m r M G ====222224m πω 2.忽略地球自转的影响:mg RGM =2m (2g R GM =,黄金代换式) 六、测量中心天体的质量和密度测质量: 1.已知表面重力加速度g ,和地球半径R.(mg R GM =2m ,则G gR M 2=)一般用于地球 2.已知环绕天体周期T 和轨道半径r 。
(r T m r Mm G 2224π= ,则2324GTr M π=) 3.已知环绕天体的线速度v 和轨道半径r.(r v m rMm G 22=,则G r v M 2=) 4.已知环绕天体的角速度ω和轨道半径r (r m rMm G 22ω=,则G r M 32ω=) 5.已知环绕天体的线速度v 和周期T (Tr v π2=,r v m r M G 22m =,联立得G T M π2v 3=)测密度:已知环绕天体的质量m 、周期T 、轨道半径r.中心天体的半径R ,求中心天体的密度ρ 解:由万有引力充当向心力r T m r Mm G 2224π= 则2324GTr M π=——① 又334R V M πρρ⋅==—-② 联立两式得:3233R GT r πρ= 当R=r 时,有23GTπρ= 注:R 中心天体半径,r 轨道半径,球体体积公式334R V π=七、星球表面重力加速度、轨道重力加速度问题1.在星球表面: 2RGM mg =(g 为表面重力加速度,R 为星球半径) 2.离地面高h: 2)(h R GM g m +='(g '为h 高处的重力加速度) 联立得g'与g 的关系: 22)('h R gR g += 八、卫星绕行的向心加速度、速度、角速度、周期与半径的关系1.ma r M G =2m ,则2a rM G =(卫星离地心越远,向心加速度越小) 2.r v m rMm G 22=,则r GM v =(卫星离地心越远,它运行的速度越小) 3.r m rMm G 22ω=,则3r GM =ω(卫星离的心越远,它运行的角速度越小) 4.r Tm r Mm G 2224π=,则GMT 32r 4π=(卫星离的心越远,它运行的周期越大) 九、三大宇宙速度 第一宇宙速度(环绕速度):7。
《万有引力定律》知识清单一、什么是万有引力定律万有引力定律是艾萨克·牛顿在 1687 年于《自然哲学的数学原理》上发表的。
它指出:任何两个质点都存在通过其连心线方向上的相互吸引的力。
该引力大小与它们质量的乘积成正比、与它们距离的平方成反比,与两物体的化学组成和其间介质种类无关。
用公式来表达就是:F = G ×(m1 × m2) / r²。
其中,F 表示两个物体之间的引力,G 是引力常量,数值约为 667×10⁻¹¹ N·m²/kg²,m1 和 m2 分别是两个物体的质量,r 是两个物体质心的距离。
二、万有引力定律的发现过程牛顿发现万有引力定律并非一蹴而就,而是经过了长期的思考和研究。
据说,牛顿在苹果树下休息时,一个苹果突然掉落,这让他开始思考为什么苹果会垂直下落而不是飞向其他方向。
经过深入思考,他意识到地球对苹果的引力可能与天体之间的引力是同一种性质的力。
在此基础上,牛顿研究了开普勒定律。
开普勒定律描述了行星绕太阳运动的规律,牛顿通过数学推导和分析,发现这些规律可以用引力的作用来解释。
经过多年的努力,牛顿最终成功地提出了万有引力定律,为人类理解天体运动和引力现象提供了重要的理论基础。
三、万有引力定律的适用范围万有引力定律适用于宏观物体之间的相互作用。
对于微观粒子,由于它们的运动受到量子力学规律的支配,万有引力定律不再适用。
在距离较近的情况下,如果物体之间存在其他较强的相互作用,如电磁相互作用等,万有引力的影响相对较小,可以忽略不计。
但在天体尺度上,万有引力起着主导作用,决定了天体的运动和结构。
四、万有引力定律在天文学中的应用1、解释天体的运动万有引力定律成功地解释了行星绕太阳的运动、卫星绕行星的运动等天体现象。
根据万有引力定律,可以计算出天体的轨道、周期、速度等参数。
2、预测未知天体的存在通过对已知天体运动的观测和分析,利用万有引力定律可以预测未知天体的存在。
《认识万有引力定律》知识清单一、什么是万有引力定律万有引力定律是指任何两个物体之间都存在相互吸引的力,这个力的大小与这两个物体的质量成正比,与它们之间距离的平方成反比。
用公式表示就是:F = G (m1 m2) / r²,其中 F 表示两个物体之间的引力,G 是万有引力常量,约为 667×10⁻¹¹ N·m²/kg²,m1 和 m2 分别表示两个物体的质量,r 是两个物体质心之间的距离。
二、万有引力定律的发现者万有引力定律是由英国科学家艾萨克·牛顿发现的。
据说,牛顿是在看到苹果从树上落下时,开始思考物体下落的原因,并最终发现了万有引力定律。
这个故事虽然简单,但却生动地展示了牛顿敏锐的观察力和深刻的思考能力。
三、万有引力定律的意义1、解释天体运动万有引力定律成功地解释了天体的运动规律,包括行星绕太阳的运动、卫星绕行星的运动等。
它使得人们能够准确地预测天体的位置和运动轨迹,为天文学的发展奠定了坚实的基础。
2、统一了地上和天上的力学在牛顿之前,人们认为天上和地上的物体遵循不同的力学规律。
万有引力定律的发现表明,无论是地球上的物体还是天体,都受到相同的引力作用,从而统一了地上和天上的力学。
3、推动科学技术的发展万有引力定律在航天技术、卫星通信、导航等领域有着广泛的应用。
例如,在计算卫星的轨道、发射火箭时,都需要用到万有引力定律。
四、万有引力定律的适用范围1、宏观物体万有引力定律适用于宏观物体,对于微观粒子,由于量子力学效应的影响,万有引力定律不再适用。
2、弱引力场在强引力场中,如黑洞附近,万有引力定律需要进行修正,需要用到广义相对论。
五、万有引力常量的测量1、卡文迪许扭秤实验英国科学家亨利·卡文迪许通过巧妙的扭秤实验,成功地测量出了万有引力常量 G 的值。
他的实验设计非常精巧,利用了微小的引力作用产生的扭转力矩来测量引力的大小。
万有引力定律知识点总结万有引力定律一.开普勒运动定律 (1)开普勒第一定律:所有的行星绕太阳运动的轨道都是,太阳处在所有椭圆的一个上.相等.D.两个物体间的引力总是大小相等,方向相反的,是一对平衡力:三、万有引力和重力不考虑自转的情况下,F 万=mg(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 (3)开普勒第三定律:所有行星的轨道的的比值都相等.四.天体表面重力加速度问题)例 1:火星和木星沿各自的椭圆轨道绕太阳运行,根据开普勒行星运动定律可知(A.火星与木星公转周期相等 B.火星和木星绕太阳运行速度的大小始终相等 C.太阳位于木星运行椭圆轨道的某焦点上 D.相同时间内,火星与太阳连线扫过的面积等于木星与太阳连线扫过的面积设天体表面重力加速度为 g,天体半径为 R,由重力加速度的关系为g1 R22 M 1 ? ? g 2 R12 M 2得 g= GM ,由此推得两个不同天体表面 R2例3:据报道,最近在太阳系外发现了首颗“宜居”行星,其质量约为地球质量的 6.4 倍,一个在地球表面重量为 600 N 的人在这个行星表面的重量将变为960 N,由此可推知该行星的半径与地球半径之比约为 A.0.5 B.2. C.3.2 D.4 五.天体质量和密度的计算二.万有引力定律 (1) 公式:F= ,其中 G ? 6.67 ? 10?11 N ? m 2 / kg 2 ,称为为有引力恒量。
间的相互作用,当两个物体间的距离远远大于物体本身间的距离.对于均匀的球体,r 是两1.只能求中心天体的质量2. 只要用实验方法测出卫星做圆周运动的半径 r 及运行周期 T,就可以算出天体的质量 M.若知道行星的半径则可得行星的密度 4? 2 3?r 2 4? 2 r 3 M mM M G 2 =m 2 r,由此可得:M= ;ρ = = = (R 为行星的半径) 2 4 3 GT 2 R 3 V GT T r ?R3(2) 适用条件:严格地说公式只适用于的大小时,公式也可近似使用,但此时 r 应为两物体间的距离对于质量为 m 1 和质量为 m 2 的两个物体间的万有引力的表达式 F=Gm1m2 r2例 2:下()例4:登月火箭关闭发动机在离月球表面112 km 的空中沿圆形轨道运动,周期是 120.5 min,月球的半径是 1740 km,根据这组数据计算月球的质量和平均密度.土星 29.5列说法正确的是公转周期(年)水星 0.241金星 0.615地球 1.0火星 1.88木星 11.86A.公式中的 G 是引力常量,它是人为规定的 B.当两物体间的距离 r 趋于零时,万有引力趋于无穷大 C.两物体间的引力大小一定是相等的六、讨论天体运动规律的基本思路基本方法:把天体的运动看成是匀速圆周运动,其所需向心力由万有引力提供。
“万有引力定律”学习秘籍
一、物理学史
(1)德国天文学家开普勒提出天体运动的开普勒三大定律。
(2)牛顿总结了前人的科研成果,在此基础上,经过研究得出了万有引力定律。
(3)英国物理学家卡文迪许利用扭秤实验装置比较准确地测出了引力常量。
二、地球同步卫星的特点
(1)轨道平面一定:轨道平面和赤道平面重合.
(2)周期一定:与地球自转周期相同,即T=24 h=86 400 s.
(3)角速度一定:与地球自转的角速度相同.
(4)高度一定:据G Mm
r2=m
4π2
T2r得r=
3GMT2
4π2=4.24×10
4 km,卫星离地面高度h=r
-R≈6R(为恒量).
(5)速率一定:运动速度v=2πr/T=3.07 km/s(为恒量).
(6)绕行方向一定:与地球自转的方向一致.
(7)向心加速度一定:
(8)同步卫星因为自身的质量不一定相同,使用不同卫星与地球之间的引力大小不同。
(同周等高共赤面,速度加速度等大异方向)
三.极地卫星和近地卫星
(1)极地卫星运行时每圈都经过南北两极,由于地球自转,极地卫星可以实现全球覆盖.
(2)近地卫星是在地球表面附近环绕地球做匀速圆周运动的卫星,其运行的轨道半径可近似认为等于地球的半径,其运行线速度约为7.9 km/s,绕地球一周约为84分钟。
(3)两种卫星的轨道平面一定通过地球的球心.
四、关于卫星的几点规律
(1)卫星的轨道半径越大,加速度、线速度、角速度越小,周期越大.(高慢低快)
(2)第一宇宙速度是卫星环绕的最大速度(即天上所有的卫星速度都小于7.9km/s);卫星发射的最小速度(即要把卫星送上天,弹射时的速度要大于7.9km/s)。
卫星离地面越高,环绕速度越小,发射速度越大.
(3)在太空中的所有物体都处于完全失重状态,所以与重力有关的现象消失了。
完全失重是指物体间的弹力为零(没有挤压),但物体在太空中还是会受到重力作用(此时重力就是万有引力)。
五、卫星变轨
当卫星由于某种原因速度突然改变时(开启或关闭发动机或空气阻力作用),万有引力不再等于向心力,卫星将做变轨运行:
(1)当卫星的速度突然增加时,G Mm r 2<m v 2r ,即万有引力不足以提供向心力,卫星将做离心运动,脱离原来的圆轨道,轨道半径变大,当卫星进入新的轨道稳定运行时由v =GM
r 可知其运行速度比原轨道时减小.
(2)当卫星的速度突然减小时,G Mm r 2>m v 2
r ,即万有引力大于所需要的向心力,卫星将做近心运动,脱离原来的圆轨道,轨道半径变小,当卫星进入新的轨道稳定运行时由v =GM
r 可知其运行速度比原轨道时增大;卫星的发射和回收就是利用这一原理.
由于技术上的需要,有时要在适当的位置短时间内启动飞行器上的发动机,使飞行器轨道发生突变,使其进入预定的轨道.如图所示,发射同步卫星时,可以分多过程完成:
(1)先将卫星发送到近地轨道Ⅰ;
(2)使其绕地球做匀速圆周运动,速率为v 1,变轨时在P 点
点火加速,短时间内将速率由v 1增加到v 2,使卫星进入椭
圆形的转移轨道Ⅱ,上升过程速度会减小。
(3)卫星运行到远地点Q 时的速率为v 3,此时进行第二次点
火加速,在短时间内将速率由v 3增加到v 4,使卫星进入同
步轨道Ⅲ,绕地球做匀速圆周运动.
考点1 天体质量和密度的估算
1.自力更生法
利用天体表面的重力加速度g 和天体半径R .
(1)由G Mm R 2=mg 得天体质量M =gR 2G .
(2)天体密度:ρ=M V =M 43
πR 3=3g 4πGR . 2.借助外援法
测出卫星绕天体做匀速圆周运动的半径r 和周期T .
(1)由G Mm r 2=m 4π2r T 2得天体的质量M =4π2r 3
GT 2.
(2)若已知天体的半径R ,则天体的密度ρ=M V =M 43
πR 3=3πr 3
GT 2R 3. (3)若卫星绕天体表面运行时,可认为轨道半径r 等于天体半径R ,则天体密度ρ=3πGT 2,
可见,只要测出卫星环绕天体表面运动的周期T ,就可估算出中心天体的密度.
[典例1]有一星球的密度跟地球密度相同,但它表面处的重力加速度是地球表面处重力加速度的4倍,则该星球的质量是地球质量的(忽略其自转影响)( )
A .14
B .4倍
C .16倍
D .64倍
[典例2] (多选)为了实现人类登陆火星的梦想,近期我国宇航员王跃与俄罗斯宇航员一起进行“模拟
登火星”实验活动。
已知火星半径是地球半径的12,质量是地球质量的19
,自转周期也基本相同。
地球表面重力加速度是g ,若王跃在地面上能向上跳起的最大高度是h ,在忽略自转影响的条件下,下述分析正确的是( )
A .王跃在火星表面受到的万有引力是在地球表面受到的万有引力的49
B .火星表面的重力加速度是23
g C .王跃以相同的初速度在火星上起跳时,在空中的时间为在地球上的94
倍 D .王跃以相同的初速度在火星上起跳时,可跳的最大高度是32
h
[典例3] 若宇航员在月球表面附近自高h 处以初速度v 0水平抛出一个小球,测出小球的水平射程为L 。
已知月球半径为R ,万有引力常量为G 。
则下列说法正确的是( )
A .月球表面的重力加速度g 月=h v 02L 2
B .月球的质量m 月=hR 2v 02
GL 2
C .月球的第一宇宙速度v =v 0L 2h
D .月球的平均密度ρ=3h v 022πGL 2R
考点2 人造卫星的运动规律
1.一种模型
无论自然天体(如地球、月亮)还是人造天体(如宇宙飞船、人造卫星)都可以看做质点,围绕中心天体(视为静止)做匀速圆周运动.
2.两条思路 (1)万有引力提供向心力即G Mm r 2=ma . (2)天体对其表面的物体的万有引力近似等于重力,即GMm R 2=mg 或gR 2=GM (R 、g 分
别是天体的半径、表面重力加速度),公式gR 2=GM 应用广泛,被称为“黄金代换”.
3.三个物体
求解卫星运行问题时,一定要认清三个物体(赤道上的物体、近地卫星、同步卫星)之间的关系.
[典例4].已知地球的质量约为火星质量的10倍,地球的半径约为火星半径的2倍,则航天器在火星表面附近绕火星做匀速圆周运动的速率约为( )
A .3.5 km /s
B .5.0 km/s
C .17.7 km /s
D .35.2 km/s
[典例5].若有一颗“宜居”行星,其质量为地球的p 倍,半径为地球的q 倍,则该行星卫星的环绕速度是地球卫星环绕速度的( )
A .pq 倍
B .q
p 倍 C .p q
倍 D .pq 3倍 [典例6]研究表明,地球自转在逐渐变慢,3亿年前地球自转的周期约为22小时。
假设这种趋势会持续下去,地球的其他条件都不变,未来人类发射的地球同步卫星与现在的相比
A .距地面的高度变大
B .向心加速度变大
C .线速度变大
D .角速度变大。