5.2-万有引力定律的应用

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,人类的飞天梦想,嫦娥奔月,敦煌壁画,飞天,外国人的“飞天”梦,5,万有引力定律的应用,300,年前的设想,300多年前，牛顿提出设想,地球,探究一：以多大的速度抛出一个物体，它才会绕,地球表面,运动不会落下来？,(,已知,=,6.6710,-11,Nm,2,/kg,2,地球质量,M=5.9810,24,kg,地球半径,R=6400km,),300,年前的设想,法一：万有引力,提供向心力,法二：重力提供向心力,一、宇宙速度,第一宇宙速度（环绕速度,）,由此可见：,V,1,=7.9km/s,这就是物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动所必须具备的,最小,速度,。,中心天体：地球,如果发射速度大于,7.9km/s,，而小于,11.2km/s,，那么它绕地球运动的轨道,是什么呢？,地球,V,2,=11.2km/s,一、宇宙速度,V,1,=7.9km/s,一、宇宙速度,第二宇宙速度,(,脱离速度,),如果,速度继续增加，,V,2,11.2km/s,时，它就会克服地球的引力，永远离开地球，成为绕太阳运动的一颗人造行星,中心天体：,太阳,一、宇宙速度,第三宇宙速度（逃逸速度）,如果速度增加到,V,3,16.7km/s,，物体就会挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系外。,中心天体：银河,人造卫星的,发射速度,与,环绕速度,是两个不同的概念,！,环绕速度,：,是指卫星在进入环绕轨道后绕地球做匀速圆周运动的线速度,发射速度,：,指被发射物在地面附近离开发射装置时的初速度，并且,一旦发射后就再无能量补充,。,一、宇宙速度,1.(,多选,),关于第一宇宙速度，下列说法哪些是正确的？,(),A,第一宇宙速度是卫星绕地球运行的最小速度,B,第一宇宙速度是近地圆轨道上,人造卫星的最大运行速度,C,第一宇宙速度是能使卫星进入近地圆形轨道的最小发射速度,D,卫星环绕地球的角速度与地球半径,R,成反比,BC,二、梦想成真,1,.,人造卫星,运行的动力学方程（,a,、,v,、,、,T,、,r,）,地球,思考：对于绕地球运动的人造卫星：,（,1,）离地面越高，,向心加速度越,_,。,（,2,）离地面越高，线速度越,_,。,（,3,）离地面越高，周期越,_,。,（,4,）离地面越高，角速度越,_,。,小,大,小,小,二、梦想成真,r v,T a,“,全部固定”,T=1,天,=86400,s,h=,36000,k,m,V=3.,07,k,m,/s,所谓地球同步卫星，是相对于地面静止的和地球具有,相同周期,、,角速度,的卫星，同步卫星必须位于赤道平面内，且到地面的,高度一定,。,二、梦想成真,地球同步卫星,（通讯卫星）,2,.2013,年,4,月,26,日,12,时,13,分,04,秒，酒泉卫星发射中心成功发射了“高分一号”卫星。“高分一号”卫星是高分辨率对地观测系统的首发星，也是我国第一颗设计、考核寿命要求大于,5,年的低轨遥感卫星。关于“高分一号”卫星，下列说法正确的是,(,),A.,卫星的发射速度一定小于,7.9km/s,B.,绕地球运行的角速度比月球绕地球运行的角速度大,C.,绕地球运行的向心加速度比月球绕地球运行的向心加速度小,D.,卫星在预定轨道上没有加速度,B,3,.(2014,天津卷,),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,A,人造卫星,的运行规律：,卫星绕着天体行，,运行,快慢距离定，,距离,越近它越快，,距离,越远越慢行，,轨道,圆心皆地心，,同步卫星速度定，,定点,赤道上空行。,二、梦想成真,二、梦想成真,1969,年,7,月,20,日，阿波罗,11,号将人类送上了月球。当时，上亿人通过电视注视着走出登月舱的阿姆斯特朗，他在月球上迈出了一小步，却是人类迈出的一大步。,2003,年,2,月,1,日美国哥伦比亚号返仓时在大气层中解体，七名航天员全部遇难,。,1992,年载人航天工程正式启动,2003,年,10,月,15,日,9,时，神州,5,号宇宙飞船在酒泉卫星中心成功发射，将第一位航天员杨利伟送入太空绕行,14,圈，,10,月,16,日,6,时,23,分降落在内蒙古主着陆场,中国成为世界上第三个独立开展载人航天活动的国家,中国航天事业,神舟,十,号,神十宇航员,神舟九,号,神九宇航员,内蒙古酒泉,卫星发射中心,山西,太原卫星发射中心,四川西昌,卫星发射中心,海南文,昌卫星发射中心,善于总结 善于思考,5.2,宇宙航行,一、宇宙速度,1,、第一宇宙速度,（环绕速度,）,v=7.9km/s,（中心天体,:,地球）,2,、第二宇宙速度,（脱离速度）,v=11.2km/s,（中心天体,:,太阳）,3,、第三宇宙速度,（逃逸速度）,v=16.7km/s,（中心天体,:,银河）,注,:,绕地球飞行所需的最小发射速度,，却,是绕地球的最大飞行速度,4,.(,多选,),如图所示的圆,a,、,b,、,c,，其圆心均在地球自转轴线上，,b,、,c,的圆心与地心重合，圆,b,的平面与地球自转轴垂直。对环绕地球做匀速圆周运动的卫星而言,(),A.,卫星的轨道可能为,a,B.,卫星的轨道可能为,b,C.,卫星的轨道可能为,c,D.,同步卫星的轨道一定为与,b,在同一平面内的,b,的同心圆,BCD,5,.(,2013,天津卷,)“,嫦娥一号”和“嫦娥二号”卫星相继完成了对月球的环月飞行，标志着我国探月工程的第一阶段已经完成。设“嫦娥二号”卫星环绕月球的运动为匀速圆周运动，它距月球表面的高度为,h,，已知月球的质量为,M,、半径为,R,，引力常量为,G,，则卫星绕月球运动的向心加速度,a=_,，线速度,v=_,。,6,.,若假定“神舟十号”,飞船绕,地球做匀速圆周运动，它离地球表面的高度为,h,，运行,周期为,T,，地球的半径为,R,，自转周期为,T,0,，由此可推知地球的,第一宇宙速度,为,(,),A.B.,C.D.,B,7.(2012,安徽卷,),我国,发射的“天宫一号”和“神州八号”在对接前，“天宫一号”的运行轨道高度为,350km,“,神州八号”的运行轨道高度为,343km.,它们的运行轨道均视为圆周，,则,(),A,“天宫一号”比“神州八号”速度大,B,“天宫一号”比“神州八号”周期长,C,“天宫一号”比“神州八号”角速度大,D,“天宫一号”比“神州八号”加速度,大,B,8.(2012,山东卷,)2011,年,11,月,3,日，“神州八号”飞船与“天宫一号”目标飞行器成功实施了首次交会对接。任务完成后“天宫一号”经变轨升到更高的轨道，等待与“神州九号”交会对接。变轨前和变轨完成后“天宫一号”的运行轨道均可视为圆轨道，对应的轨道半径分别为,R,1,、,R,2,，线速度大小分别,为 、。,则,等于,(),A,.,B.,C.,D.,B,9.2007,年,10,月,24,日，“,嫦娥一号,”卫星星箭分离，卫星进入绕地球轨道。在绕地运行时，要经过三次近地变轨：,12,小时椭圆轨道,24,小时椭圆轨道,48,小时椭圆轨道地月转移轨道。,11,月,5,日,11,时，当卫星经过距月球表面高度为,h,的,A,点时，再一次实施变轨，进入,12,小时椭圆轨道，后又经过两次变轨，最后进入周期为,T,的月球极月圆轨道。如图所示，已知月球半径为,R,。,（,1,）请回答：“嫦娥一号”从轨道,1,变到轨道,2,时需要加速,还是减速？从轨道,III,到轨道,II,呢？,（,2,）写出月球表面重力加速度的表达式。,轨道,24 h,轨道,48 h,轨道,16 h,轨道,轨道,III,地月转移轨道,轨道,II,P,1,2,3,1,相对论与量子论初步,静力学,(,描述静止物体,),运动学,(,描述物体运动,),动力学,(,描述物体受力作,用下的运动,),经典力学,(,牛顿力学,),经典力学模块分类,一、经典力学的基础,:,1,、牛顿运动定律,2,、万有引力定律,二、经典力学适用条件,:,宏观低速,经典力学,1905,年,出生于德国的美籍物理学家阿尔伯特,爱因斯坦,(1879-1955),发表了狭义相对论。这个理论指出在宇宙中,唯一不变,的是,光线在真空中的速度,其它任何事物,速度、长度、质量,、,时间,都随观察者,的,参考系,(,特定观察,),而变化。,相对论,一、从低速到高速,在经典力学中,物体的质量是不随运动状态改变的,。但是,按照,20,世纪初著名物理学家爱因斯坦建立的狭义相对论,质量要随物体运动速度的增大而增大,。物体的质量与运动速度的关系,:,式中,m,0,是物体静止时的质量,m,是物体速度为,v,时的质量,c,是真空中的光速。,一、从低速到高速,可见,当,v,c,时,m,m,0,;,当,v,趋近于,c,时,m,趋近于无穷大。因此,当物体的速度远小于真空中的光速时,经典力学完全适用,;,当物体的速度接近光速时,经典力学就不适用了。,经典力学,(,牛顿运动定律,),在低速运动的物体,(,低速世界,),中成立,(,适用,),。,一、从低速到高速,内容总结,人类的飞天梦想。如果发射速度大于7.9km/s，而小于11.2km/s，那么它绕地球运动的轨道是什么呢。如果速度增加到V316.7km/s，物体就会挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系外。人造卫星的发射速度与环绕速度是两个不同的概念。发射速度：指被发射物在地面附近离开发射装置时的初速度，并且一旦发射后就再无能量补充。D卫星环绕地球的角速度与地球半径R成反比。思考：对于绕地球运动的人造卫星：。T=1天=86400s。8.(2012山东卷)2011年11月3日，“神州八号”飞船与“天宫一号”目标飞行器成功实施了首次交会对接。任务完成后“天宫一号”经变轨升到更高的轨道，等待与“神州九号”交会对接。9.2007年10月24日，“嫦娥一号”卫星星箭分离，卫星进入绕地球轨道。在绕地运行时，要经过三次近地变轨：12小时椭圆轨道24小时椭圆轨道48小时椭圆轨道地月转移轨道。从轨道III到轨道II呢。相对论。一、从低速到高速,