第七章万有引力与宇宙航行知识清单
文档属性
| 名称 | 第七章万有引力与宇宙航行知识清单 |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 33.0KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2024-10-26 11:17:12 | ||
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文档简介
第七章万有引力与宇宙航行知识清单
行星的运动
行星运动的两种学说及局限性
地心说和日心说，其局限性在于都把天体的运动看成是非常完美的匀速圆周运动。
开普勒行星运动三定律
第一定律（轨道定律）：所有行星绕太阳运行的轨道都是椭圆，太阳处于椭圆的一个公共焦点。
第二定律（面积定律）：太阳与行星的连线在相等的时间扫过相等的面积第三定律（周期定律）：行星椭圆轨道半长轴的三次方与公转周期二次方的比值都相等。
结论：比值是由中心天体决定的，这个结论同样也适用于其它绕行天体与中心天体的关系，中心天体不同，比值不同。
高中阶段处理天体问题的方法
天体虽然做椭圆运动，但轨道一般接近圆。因此，在高中阶段，把天体的椭圆运动近似看成匀速圆周运动。
万有引力定律
（一）行星与太阳间的引力——F=
推导：1、太阳对行星的引力
（1）行星绕太阳运动的原因是太阳对行星的引力。
（2）设太阳的质量为M，行星的质量为m，太阳与行间的距离为r。
①太阳对行星的引力：应该等于行星做圆周运动所需要的向心力，即F=。而当时无法测出v，但可以测出T，即v=2πr/T,可得F=4π2mr/T2。又由开普勒第三定律r3/T2=k,有F=4π2mk/r2.，即F∞m/r2.。
②行星对太阳的引力：根据牛顿第三定律，行星对太阳也应该有引力，相对于太阳对行星的引力，行星与太阳的地位是一样的，因此有F∞M/r2.。
③太阳与行星间的引力：既然F∞m/r2.，F∞M/r2.，因此F∞Mm/r2.。写成等式F=。
月地检验
牛顿的思考；地球对月球的引力和地球对树上苹果的引力，若是同种性质的力F=，应该满足a=F/m，即a月/a苹=R地2/r月2。
检验过程：
①月球绕地球做圆周运动;F=,a月=GM/r月2；
②苹果自由落体：F=,a苹=GM/R地2；
③由于r月=60R地，因此应该有a月/a苹=1/602.。当时已知，g=9.8m/s2,r月地=3.8*108m,T月=2.36*106s，a月=4π2/T月2,，经计算a月/g=1/602.
检验结果：
地球对月球的引力、地球对苹果的引力、太对行星的引力，遵从相同的规律。
万有引力定律
1、定律内容：自然界中任何两个物体都是相互吸引的，引力的大小与两物体的质量的乘积成正比，与两物体间距离的二次方成反比。
2、公式：F=
3、适用范围：适用于两个质点或均匀球体；r为两质点或均匀球体球心间的距离。
万有引力理论的成就
求中心天体的质量和密度
求质量“两种方法、四个条件”
I、环绕法;①r、v；②r、T；③v、T。
II、代换法：④g、R。
求密度：m=ρV，V=4πR3/3.
发现和预测未知天体
海王星和冥王星的发现：
预言哈雷彗星的回归。
人造卫星
人造卫星的原理——牛顿的设想
在高山上，平抛一个物体，随着被抛出物体的速度越来越大，物体在上脚下的落地点越来越远，当速度足够大时，物体将永远不会落地，而成为环绕地球运动的卫星。
三个宇宙速度
第一宇宙速度（环绕速度）：7.9 km/s。
①是人造卫星在地球表面附近环绕地球做匀速圆周运动时具有的速度。它是人造卫星的最小发射速度，也是人造卫星的最大环绕速度。
②计算方法
I、由G＝m，解得：v＝ ；
II、由mg＝m，解得：v＝。
（2）第二宇宙速度(脱离速度)：11.2 km/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)：16.7 km/s。使物体挣脱太阳引力束缚的最小发射速度。
3、人造卫星的轨道
按形状分：圆形轨道和椭圆轨道。
按与赤道平面的角度分：赤道轨道、极地轨道、一般轨道。
说明：无论何种轨道，地球都是圆轨道的圆心或椭圆轨道的一个焦点。
人造卫星的发射与回收
发射地点和发射方向：发射人造卫星的地点多选在靠近赤道的位置，并且借助地球的惯性，顺着地球自转的方向利用火箭斜向上发射（节约能源）。
变轨的原理及方式：利用圆周运动的离心和近心运动的知识，可以分为渐变和突变两种变轨方式。
发射与回收的区别：发射是做离心运动，回收是做近心运动。
5、人造卫星的运行规律
圆形轨道：①v=；②ω=；③T=2π。④a=。
椭圆轨道：近地点速率大，远地点速率小。
地球同步卫星的“六个一定”
轨道平面一定，一定是赤道平面；
运行方向一定，与地球自传的方向相同；
公转周期一定，与地球自转周期相同；
角速度一定；
线速度大小一定；
轨道半径一定。
同步卫星、近地卫星、赤道上的物体v、ω、T、a的比较
卫星的相距最近、最远问题
若原来相距最近，则当转得快的比转的慢的多转一圈（或多圈）时，相距最近；否则多转半圈（或半圈的奇数倍）时，相距最远。
人造卫星的瓦解问题——实质上就是卫星边缘的物质做离心运动。
“黑洞”问题：物质即便以光速通过黑洞都无法逃脱黑洞对它的引力束缚。
三、双星和多星问题
在宇宙空间，存在两颗或多颗质量差别不大的星体，它们离其他星体很远，在彼此间的万有引力作用下运动，组成双星或多星系统。
1、双星的特点：
（1）各自所需的向心力由彼此间的万有引力相互提供；
（2）两颗星的周期及角速度都相同；
（3）两颗星的轨道半径与它们之间的距离关系为：r1＋r2＝L；
（4）两颗星到轨道圆心的距离r1、r2与星体质量成反比，即＝;
（5）双星的运动周期T=2π (M=m1+m2);
（6）双星的总质量m1＋m2＝。
2、双星和多星的共同特点及求解方法
除中央星(如果有)外，每颗绕行星所需要的向心力都来源于其他星对它的万有引力的合力；
（2）每颗星体转动的方向相同，运行的角速度、周期相同；
（3）通过几何方法，求出轨道半径，再根据圆周运动问题进行求解。
行星的运动
行星运动的两种学说及局限性
地心说和日心说，其局限性在于都把天体的运动看成是非常完美的匀速圆周运动。
开普勒行星运动三定律
第一定律（轨道定律）：所有行星绕太阳运行的轨道都是椭圆，太阳处于椭圆的一个公共焦点。
第二定律（面积定律）：太阳与行星的连线在相等的时间扫过相等的面积第三定律（周期定律）：行星椭圆轨道半长轴的三次方与公转周期二次方的比值都相等。
结论：比值是由中心天体决定的，这个结论同样也适用于其它绕行天体与中心天体的关系，中心天体不同，比值不同。
高中阶段处理天体问题的方法
天体虽然做椭圆运动，但轨道一般接近圆。因此，在高中阶段，把天体的椭圆运动近似看成匀速圆周运动。
万有引力定律
（一）行星与太阳间的引力——F=
推导：1、太阳对行星的引力
（1）行星绕太阳运动的原因是太阳对行星的引力。
（2）设太阳的质量为M，行星的质量为m，太阳与行间的距离为r。
①太阳对行星的引力：应该等于行星做圆周运动所需要的向心力，即F=。而当时无法测出v，但可以测出T，即v=2πr/T,可得F=4π2mr/T2。又由开普勒第三定律r3/T2=k,有F=4π2mk/r2.，即F∞m/r2.。
②行星对太阳的引力：根据牛顿第三定律，行星对太阳也应该有引力，相对于太阳对行星的引力，行星与太阳的地位是一样的，因此有F∞M/r2.。
③太阳与行星间的引力：既然F∞m/r2.，F∞M/r2.，因此F∞Mm/r2.。写成等式F=。
月地检验
牛顿的思考；地球对月球的引力和地球对树上苹果的引力，若是同种性质的力F=，应该满足a=F/m，即a月/a苹=R地2/r月2。
检验过程：
①月球绕地球做圆周运动;F=,a月=GM/r月2；
②苹果自由落体：F=,a苹=GM/R地2；
③由于r月=60R地，因此应该有a月/a苹=1/602.。当时已知，g=9.8m/s2,r月地=3.8*108m,T月=2.36*106s，a月=4π2/T月2,，经计算a月/g=1/602.
检验结果：
地球对月球的引力、地球对苹果的引力、太对行星的引力，遵从相同的规律。
万有引力定律
1、定律内容：自然界中任何两个物体都是相互吸引的，引力的大小与两物体的质量的乘积成正比，与两物体间距离的二次方成反比。
2、公式：F=
3、适用范围：适用于两个质点或均匀球体；r为两质点或均匀球体球心间的距离。
万有引力理论的成就
求中心天体的质量和密度
求质量“两种方法、四个条件”
I、环绕法;①r、v；②r、T；③v、T。
II、代换法：④g、R。
求密度：m=ρV，V=4πR3/3.
发现和预测未知天体
海王星和冥王星的发现：
预言哈雷彗星的回归。
人造卫星
人造卫星的原理——牛顿的设想
在高山上，平抛一个物体，随着被抛出物体的速度越来越大，物体在上脚下的落地点越来越远，当速度足够大时，物体将永远不会落地，而成为环绕地球运动的卫星。
三个宇宙速度
第一宇宙速度（环绕速度）：7.9 km/s。
①是人造卫星在地球表面附近环绕地球做匀速圆周运动时具有的速度。它是人造卫星的最小发射速度，也是人造卫星的最大环绕速度。
②计算方法
I、由G＝m，解得：v＝ ；
II、由mg＝m，解得：v＝。
（2）第二宇宙速度(脱离速度)：11.2 km/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)：16.7 km/s。使物体挣脱太阳引力束缚的最小发射速度。
3、人造卫星的轨道
按形状分：圆形轨道和椭圆轨道。
按与赤道平面的角度分：赤道轨道、极地轨道、一般轨道。
说明：无论何种轨道，地球都是圆轨道的圆心或椭圆轨道的一个焦点。
人造卫星的发射与回收
发射地点和发射方向：发射人造卫星的地点多选在靠近赤道的位置，并且借助地球的惯性，顺着地球自转的方向利用火箭斜向上发射（节约能源）。
变轨的原理及方式：利用圆周运动的离心和近心运动的知识，可以分为渐变和突变两种变轨方式。
发射与回收的区别：发射是做离心运动，回收是做近心运动。
5、人造卫星的运行规律
圆形轨道：①v=；②ω=；③T=2π。④a=。
椭圆轨道：近地点速率大，远地点速率小。
地球同步卫星的“六个一定”
轨道平面一定，一定是赤道平面；
运行方向一定，与地球自传的方向相同；
公转周期一定，与地球自转周期相同；
角速度一定；
线速度大小一定；
轨道半径一定。
同步卫星、近地卫星、赤道上的物体v、ω、T、a的比较
卫星的相距最近、最远问题
若原来相距最近，则当转得快的比转的慢的多转一圈（或多圈）时，相距最近；否则多转半圈（或半圈的奇数倍）时，相距最远。
人造卫星的瓦解问题——实质上就是卫星边缘的物质做离心运动。
“黑洞”问题：物质即便以光速通过黑洞都无法逃脱黑洞对它的引力束缚。
三、双星和多星问题
在宇宙空间，存在两颗或多颗质量差别不大的星体，它们离其他星体很远，在彼此间的万有引力作用下运动，组成双星或多星系统。
1、双星的特点：
（1）各自所需的向心力由彼此间的万有引力相互提供；
（2）两颗星的周期及角速度都相同；
（3）两颗星的轨道半径与它们之间的距离关系为：r1＋r2＝L；
（4）两颗星到轨道圆心的距离r1、r2与星体质量成反比，即＝;
（5）双星的运动周期T=2π (M=m1+m2);
（6）双星的总质量m1＋m2＝。
2、双星和多星的共同特点及求解方法
除中央星(如果有)外，每颗绕行星所需要的向心力都来源于其他星对它的万有引力的合力；
（2）每颗星体转动的方向相同，运行的角速度、周期相同；
（3）通过几何方法，求出轨道半径，再根据圆周运动问题进行求解。