1、 萬有引力定律萬有引力定律一、一、行星的運(yùn)動(dòng)行星的運(yùn)動(dòng)二、二、萬有引力定律內(nèi)容萬有引力定律內(nèi)容及應(yīng)用及應(yīng)用三、三、人造衛(wèi)星及宇宙速度人造衛(wèi)星及宇宙速度本章知識(shí)結(jié)構(gòu)本章知識(shí)結(jié)構(gòu)開普勒第一定律（軌道定律）開普勒第一定律（軌道定律）開普勒第二定律（面積定律）開普勒第二定律（面積定律）開普勒第三定律（周期定律）開普勒第三定律（周期定律）2.2.開普勒三定律開普勒三定律一、行星的運(yùn)動(dòng)一、行星的運(yùn)動(dòng)1.1.地心說和日心說地心說和日心說一、行星的運(yùn)動(dòng)一、行星的運(yùn)動(dòng)1.地心說和日心說地心說和日心說 開普勒第一定律開普勒第一定律 （軌道定律）（軌道定律） 所有的行星圍繞太陽運(yùn)所有的行星圍繞太陽運(yùn)動(dòng)的軌道都是橢圓

2、，太陽處動(dòng)的軌道都是橢圓，太陽處在所有橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上。在所有橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上。2.開普勒三定律開普勒三定律一、行星的運(yùn)動(dòng)一、行星的運(yùn)動(dòng)1.1.地心說和日心說地心說和日心說開普勒第一定律開普勒第一定律 （軌道定律）（軌道定律）開普勒第二定律開普勒第二定律 （面積定律）（面積定律） 對(duì)于每一個(gè)行星對(duì)于每一個(gè)行星而言，太陽和行星的而言，太陽和行星的連線在相等的時(shí)間內(nèi)連線在相等的時(shí)間內(nèi)掃過相等的面積。掃過相等的面積。2.2.開普勒三定律開普勒三定律一、行星的運(yùn)動(dòng)一、行星的運(yùn)動(dòng)1.1.地心說和日心說地心說和日心說開普勒第一定律開普勒第一定律 （軌道定律）（軌道定律）開普勒第二定律開普勒第二定律 （面積

3、定律）（面積定律）2.2.開普勒三定律開普勒三定律開普勒第三定律開普勒第三定律 （周期定律）（周期定律） 所有行星的軌道的半所有行星的軌道的半長(zhǎng)軸的三次方跟公轉(zhuǎn)周期長(zhǎng)軸的三次方跟公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等。的二次方的比值都相等。kTa23二、萬有引力定律內(nèi)容二、萬有引力定律內(nèi)容1.1.內(nèi)容：內(nèi)容：宇宙間的一切物體宇宙間的一切物體都是相互吸引的，兩個(gè)物體都是相互吸引的，兩個(gè)物體間的引力大小與它們的質(zhì)量間的引力大小與它們的質(zhì)量的乘積成正比，跟它們距離的乘積成正比，跟它們距離的平方成反比。的平方成反比。萬有引力萬有引力3.3.引力常量：引力常量：G=6.67G=6.671010-11-11NmNm

4、2 2/kg/kg2 2數(shù)值上等于兩個(gè)質(zhì)量均為數(shù)值上等于兩個(gè)質(zhì)量均為1kg1kg的的物體相距物體相距1 1米時(shí)它們之間的相互米時(shí)它們之間的相互吸引力。吸引力。2.2.公式公式: :F=GmF=Gm1 1m m2 2/r/r2 2 二、萬有引力定律內(nèi)容二、萬有引力定律內(nèi)容4.4.萬有引力的適用條件：萬有引力的適用條件： (3)(3)若物體不能視為質(zhì)點(diǎn)若物體不能視為質(zhì)點(diǎn), ,則可把則可把每一個(gè)物體視為若干個(gè)質(zhì)點(diǎn)的集每一個(gè)物體視為若干個(gè)質(zhì)點(diǎn)的集合合, ,然后按定律求出各質(zhì)點(diǎn)間的引然后按定律求出各質(zhì)點(diǎn)間的引力力, ,再按矢量法求它們的合力。再按矢量法求它們的合力。(1)(1)適用于質(zhì)點(diǎn)適用于質(zhì)點(diǎn)(2)

5、(2)當(dāng)兩物體是質(zhì)量分布均勻的當(dāng)兩物體是質(zhì)量分布均勻的球體時(shí)球體時(shí), ,式中式中r r指兩球心間的距離指兩球心間的距離. .5.5.萬有引力的特征萬有引力的特征: :(1)(1)普遍性普遍性: :普遍存在于宇宙普遍存在于宇宙中的任何有質(zhì)量的物體間的中的任何有質(zhì)量的物體間的吸引力吸引力. .是自然界的基本相是自然界的基本相互作用之一互作用之一. .5.5.萬有引力的特征萬有引力的特征: :(2)(2)相互性相互性: :兩個(gè)物體相互兩個(gè)物體相互作用的引力是一對(duì)作用力作用的引力是一對(duì)作用力和反作用力和反作用力, ,符合牛頓第符合牛頓第三定律三定律. .5.5.萬有引力的特征萬有引力的特征: :(3)

6、(3)宏觀性宏觀性: :通常情況下，通常情況下，萬有引力非常小萬有引力非常小, ,只有在只有在質(zhì)量巨大的天體間或天體質(zhì)量巨大的天體間或天體與物體間它的存在才有宏與物體間它的存在才有宏觀的實(shí)際意義觀的實(shí)際意義. .6.6.引力常量引力常量G G的測(cè)定方法及意義：的測(cè)定方法及意義： 卡文迪許扭稱實(shí)驗(yàn)。卡文迪許扭稱實(shí)驗(yàn)。 其意義是用實(shí)驗(yàn)證明了萬有其意義是用實(shí)驗(yàn)證明了萬有引力的存在，使得萬有引力引力的存在，使得萬有引力定律有了真正的使用價(jià)值定律有了真正的使用價(jià)值。 推動(dòng)了天文學(xué)的發(fā)展推動(dòng)了天文學(xué)的發(fā)展. .O O1F萬萬GF向向忽略地球自轉(zhuǎn)可得忽略地球自轉(zhuǎn)可得： GMm/RGMm/R2 2=mg=mg

7、g g= =GMGMR R2 22GMgR黃代換：金(1)(1)“天上天上”（即：衛(wèi)星）（即：衛(wèi)星）：萬有引力提供向心力萬有引力提供向心力（2 2）“地上地上”（即：物體）（即：物體）：萬有引力近似等于重萬有引力近似等于重力力應(yīng)用應(yīng)用2Mma=mmFGr222v2=mr=mrrT一條龍：基本公式：基本公式：2RmGg 2RmmGFmg萬模型一：星球表面上的物體模型一：星球表面上的物體(地上地上)忽略忽略地球地球自轉(zhuǎn)自轉(zhuǎn)的影的影響響注：若考慮自轉(zhuǎn)，則向心力注：若考慮自轉(zhuǎn)，則向心力是由萬有引力的是由萬有引力的一部分一部分來充來充當(dāng)，而不是當(dāng)，而不是全部全部來充當(dāng)來充當(dāng)模型二、環(huán)繞模型（衛(wèi)星）模型二

8、、環(huán)繞模型（衛(wèi)星）等量關(guān)系等量關(guān)系向萬FFrTmrvmrmrmGm2222)2( 注：任何位置的萬有引力等于該位置的重力注：任何位置的萬有引力等于該位置的重力F萬萬=F合合=F向向R/2MGmgrmghRRg2/)(332T=2.GMGMGMrMvaGrrr ， ， ，（3 3）有用結(jié)論：）有用結(jié)論：注意：注意：在本章的公式運(yùn)用上，在本章的公式運(yùn)用上，應(yīng)特別注意字母的規(guī)范、大小應(yīng)特別注意字母的規(guī)范、大小寫問題；應(yīng)區(qū)分中心天體、環(huán)寫問題；應(yīng)區(qū)分中心天體、環(huán)繞天體；球體半徑、軌道半徑繞天體；球體半徑、軌道半徑等問題。等問題。（4 4）估算天體的質(zhì)量和密度）估算天體的質(zhì)量和密度解題思路：解題思路：1

9、.1.一般只能求出一般只能求出中心天體中心天體質(zhì)量及密度質(zhì)量及密度2.2.應(yīng)知道球體體積公式及密度公式。應(yīng)知道球體體積公式及密度公式。3.3.注意注意黃金代換式黃金代換式的運(yùn)用。的運(yùn)用。4.4.注意隱含條件的使用，比如近地飛注意隱含條件的使用，比如近地飛行等。沒有環(huán)繞天體可假設(shè)。行等。沒有環(huán)繞天體可假設(shè)。人造衛(wèi)星人造衛(wèi)星三、人造衛(wèi)星及宇宙速度三、人造衛(wèi)星及宇宙速度 在地球上拋在地球上拋出的物體，當(dāng)出的物體，當(dāng)它的速度足夠它的速度足夠大時(shí)，物體就大時(shí)，物體就永遠(yuǎn)不會(huì)落到地面上，它將圍繞地球旋轉(zhuǎn)，永遠(yuǎn)不會(huì)落到地面上，它將圍繞地球旋轉(zhuǎn)，成為一顆繞地球運(yùn)動(dòng)的人造地球衛(wèi)星。簡(jiǎn)成為一顆繞地球運(yùn)動(dòng)的人造地球

10、衛(wèi)星。簡(jiǎn)稱人造衛(wèi)星。稱人造衛(wèi)星。三、人造衛(wèi)星及宇宙速度三、人造衛(wèi)星及宇宙速度三、人造衛(wèi)星及宇宙速度三、人造衛(wèi)星及宇宙速度rTmrmrvmrGMm2222)2(由由332T=2.GMGMGMrMvaGrrr ， ， ，4.4.半徑與線速度、角速度、周半徑與線速度、角速度、周期期 、向心加速度的關(guān)系、向心加速度的關(guān)系R R增大增大V V減小減小R R增大增大 減小減小R R增大增大T T增大增大R R增大增大a a減小減小5.5.宇宙速度宇宙速度(1)(1)第一宇宙速度第一宇宙速度：V=7.9km/sV=7.9km/s(2)(2)推導(dǎo)：推導(dǎo)：./9 .7:,:,222skmvgRvmgRGMmRG

11、MvRmvRGMm計(jì)算的結(jié)果是可以解得則若考慮到地球表面解得 所以所以第一宇第一宇宙速度宙速度又又叫最小發(fā)射速度，最大環(huán)繞速度叫最小發(fā)射速度，最大環(huán)繞速度。第一宇宙速度第一宇宙速度： V V1 1=7.9km/s =7.9km/s （地面附近、勻速圓周運(yùn)動(dòng)）（地面附近、勻速圓周運(yùn)動(dòng)）V V1 1=7.9km/s=7.9km/s 如果人造地球衛(wèi)星進(jìn)入地面附近如果人造地球衛(wèi)星進(jìn)入地面附近的軌道速度的軌道速度大于大于7.9km/s7.9km/s，而小于，而小于11.2km/s11.2km/s，它繞地球運(yùn)動(dòng)的軌跡是它繞地球運(yùn)動(dòng)的軌跡是橢圓。橢圓。(3)(3)第二宇宙速度第二宇宙速度：當(dāng)物體的速度當(dāng)物體

12、的速度大大于或等于于或等于11.2km/s11.2km/s時(shí)時(shí)，衛(wèi)星就會(huì)脫離，衛(wèi)星就會(huì)脫離地球的引力，不在繞地球運(yùn)行。我們地球的引力，不在繞地球運(yùn)行。我們把這個(gè)速度叫第二宇宙速度。達(dá)到第把這個(gè)速度叫第二宇宙速度。達(dá)到第二宇宙速度的物體還受到太陽的引力。二宇宙速度的物體還受到太陽的引力。(4)(4)第三宇宙速度第三宇宙速度：如果物體的速度如果物體的速度等等于或大于于或大于16.7km/s16.7km/s，物體就擺脫了太陽物體就擺脫了太陽引力的束縛，飛到太陽系以外的宇宙空引力的束縛，飛到太陽系以外的宇宙空間去。我們把這個(gè)速度叫第三宇宙速度。間去。我們把這個(gè)速度叫第三宇宙速度。 V1=7.9km/s

13、 地球地球V V2 2=11.2km/s=11.2km/sV V3 3=16.7km/s=16.7km/s11.2km/sv7.9km/s三、同步衛(wèi)星（通訊衛(wèi)星）三、同步衛(wèi)星（通訊衛(wèi)星）1.特點(diǎn)：特點(diǎn)：同步衛(wèi)星同步衛(wèi)星四、同步衛(wèi)星（通訊衛(wèi)星）四、同步衛(wèi)星（通訊衛(wèi)星）定周期（頻率、轉(zhuǎn)速）定周期（頻率、轉(zhuǎn)速）（與地球自轉(zhuǎn)的周期相同，（與地球自轉(zhuǎn)的周期相同，即即T=24h）定高度定高度（到地面的距離（到地面的距離相同，即相同，即h=3.6107m）1.特點(diǎn)：特點(diǎn)：定在赤道的正上方某點(diǎn)定在赤道的正上方某點(diǎn)（相對(duì)于地球靜止）。（相對(duì)于地球靜止）。定線速度大小（定線速度大?。醇碫=3.0 103m/s）定角速度（定角速度（與地球自轉(zhuǎn)與地球自轉(zhuǎn)的角速度大小的角速度大小）定向心加速度大小定向心加速