第六章:万有引力与航天

复习课件
一、行星的运动
二、万有引力定律内容及应用
三、人造卫星及宇宙速度
本章知识结构
开普勒第一定律（轨道定律）
开普勒第二定律（面积定律）
开普勒第三定律（周期定律）
2.开普勒三定律
一、行星的运动
1.地心说和日心说
一、行星的运动
1.地心说和日心说
① 开普勒第一定律 （轨道定律）
所有的行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在所有椭圆的一个焦点上。
2.开普勒三定律
一、行星的运动
1.地心说和日心说
①开普勒第一定律 （轨道定律）
②开普勒第二定律 （面积定律）
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相等的面积。
2.开普勒三定律
一、行星的运动
1.地心说和日心说
①开普勒第一定律 （轨道定律）
②开普勒第二定律 （面积定律）
2.开普勒三定律
③开普勒第三定律 （周期定律）
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。
二、万有引力定律内容
1.内容：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与它们的质量的乘积成正比，跟它们距离的平方成反比。
万有引力
3.引力常量：
G=6.67×10-11Nm2/kg2
数值上等于两个质量均为1kg的物体相距1米时它们之间的相互吸引力。
2.公式:
F=Gm1m2/r2
二、万有引力定律内容
4.万有引力的适用条件：
(3)若物体不能视为质点,则可把每一个物体视为若干个质点的集合,然后按定律求出各质点间的引力,再按矢量法求它们的合力。
(1)适用于质点
(2)当两物体是质量分布均匀的球体时,式中r指两球心间的距离.
5.万有引力的特征:
(1)普遍性:普遍存在于宇宙中的任何有质量的物体间的吸引力.是自然界的基本相互作用之一.
5.万有引力的特征:
(2)相互性:两个物体相互作用的引力是一对作用力和反作用力,符合牛顿第三定律.
5.万有引力的特征:
(3)宏观性:通常情况下，万有引力非常小,只有在质量巨大的天体间或天体与物体间它的存在才有宏观的实际意义.
6.引力常量G的测定方法及意义：
卡文迪许扭称实验。
其意义是用实验证明了万有引力的存在，使得万有引力定律有了真正的使用价值。
推动了天文学的发展.
7.万有引力与重力
O

O1
忽略地球自转可得： GMm/R2=mg
7.万有引力定律的应用
(1)“天上”（即：卫星）：万有引力提供向心力
（2）“地上”（即：物体）：万有引力近似等于重力
应用
模型一：星球表面上的物体(地上)
忽略地球自转的影响
注：若考虑自转，则向心力是由万有引力的一部分来充当，而不是全部来充当
模型二、环绕模型（卫星）
等量关系
注：任何位置的万有引力等于该位置的重力
F万
=F合
=F向
R
（3）有用结论：
注意：在本章的公式运用上，应特别注意字母的规范、大小写问题；应区分中心天体、环绕天体；球体半径、轨道半径等问题。
（4）估算天体的质量和密度
解题思路：
1.一般只能求出中心天体质量及密度
2.应知道球体体积公式及密度公式。
3.注意黄金代换式的运用。
4.注意隐含条件的使用，比如近地飞行等。没有环绕天体可假设。
人造卫星
三、人造卫星及宇宙速度
1.人造卫星
在地球上抛
出的物体，当
它的速度足够
大时，物体就
永远不会落到地面上，它将围绕地球旋转，成为一颗绕地球运动的人造地球卫星。简称人造卫星。
三、人造卫星及宇宙速度
2.人造卫星的运动规律
人造卫星运动近似看做匀速圆周运动，卫星运动所需要的向心力就是它所受的万有引力。即：万有引力提供向心力。
三、人造卫星及宇宙速度
3.人造卫星的运动规律推导
由
4.半径与线速度、角速度、周期 、向心加速度的关系
5.宇宙速度
(1)第一宇宙速度：V=7.9km/s
(2)推导：
所以
第一宇
宙速度
又叫最小发射速度，最大环绕速度。
第一宇宙速度： V1=7.9km/s （地面附近、匀速圆周运动）
V1=7.9km/s

如果人造地球卫星进入地面附近的轨道速度大于7.9km/s，而小于11.2km/s，它绕地球运动的轨迹是椭圆。
(3)第二宇宙速度：当物体的速度大于或等于11.2km/s时，卫星就会脱离地球的引力，不在绕地球运行。我们把这个速度叫第二宇宙速度。达到第二宇宙速度的物体还受到太阳的引力。
(4)第三宇宙速度：如果物体的速度等于或大于16.7km/s，物体就摆脱了太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的宇宙空间去。我们把这个速度叫第三宇宙速度。
三、同步卫星（通讯卫星）
1.特点：
同步卫星
四、同步卫星（通讯卫星）
①定周期（频率、转速）（与地球自转的周期相同，即T=24h）
②定高度（到地面的距离相同，即h=3.6×107m）
1.特点：
③定在赤道的正上方某点（相对于地球静止）。
④定线速度大小（即V=3.0 × 103m/s）
⑤定角速度（与地球自转的角速度大小）
⑥定向心加速度大小
不同点：由于各国发射的同步卫星质量一般不同，所以它们受到的向心力的大小一般不同。
卫星的几个疑难问题解析：
1.卫星绕地球运动的向心加速度和物体随地球自转的向心加速度
2.环绕速度与发射速度
3.卫星的超重和失重