万有引力定律应用的12种典型案例
万有引力定律的应用
万有引力定律的应用万有引力定律是经典物理学的重要定律之一,由英国科学家牛顿在17世纪提出。
它描述了两个物体之间的引力作用,并被广泛应用于多个领域,包括航天、天体物理学、地球物理学等。
本文将重点探讨万有引力定律在航天和地球物理学中的应用。
航天中的应用航天领域是万有引力定律应用最为突出的领域之一。
在航天任务中,通过运用万有引力定律,可以计算行星、卫星以及其他空间物体之间的引力作用,从而精确预测轨道运动和飞行路径。
行星轨道计算在行星轨道计算中,可以利用万有引力定律来计算行星围绕太阳的轨道。
根据该定律,太阳对行星施加的引力与行星质量和距离太阳的距离相关。
公式表达为:F = G * (m1 * m2) / r^2其中F表示两个物体之间的引力,G为普适引力常数,m1和m2分别表示两个物体的质量,r表示两者之间的距离。
利用该公式,航天科学家可以计算出行星和卫星的速度、轨道半径以及运动周期等参数,从而确定有效飞行路径。
多体问题求解在航天任务中,通常面临多种天体同时存在并相互影响的情况,这时就需要运用多体问题来求解。
多体问题是指涉及多个物体之间相互作用的问题。
根据万有引力定律,每个物体都会受到其他物体施加的引力作用。
通过运用牛顿二定律和万有引力定律等理论,科学家可以计算出每个物体所受到的合力,并进一步预测它们的行为。
航天任务中,飞船与地球、月球等多个天体相互作用时,就需要考虑多体问题。
通过建立多体动力学模型,并利用数值计算方法求解,可以准确预测飞行器轨迹,并进行精确控制。
地球物理学中的应用除了航天领域外,万有引力定律在地球物理学中也扮演着重要角色。
它帮助我们理解地球内部结构、地震活动以及地球上物体的重量等现象。
地球内部结构研究万有引力定律可通过地球上测量得到的重力场分布来推断地球内部结构。
根据该定律,在地球表面不同位置所感受到的重力是由于地球质量分布不均匀而产生的。
通过测量不同位置下重力加速度的变化,并将其转化为质量分布图像,科学家可以推断出地球内部潜在密度分布、岩石性质以及地壳运动等信息。
万有引力定律的应用专题
看不见它. 据此再考虑到对称性,有
rsinθ =R
t 2θ T 2π
②
③
S
A r
R
θ
O
E
阳光
M G R2 g
④
由以上各式可解得tFra bibliotekT π
arcsin(
4π 2R gT2
1
)3
⑤
例16.“神舟三号”顺利发射升空后,在离地面340km的圆轨道 上运行了108圈。运行中需要多次进行 “轨道维持”。所谓 “轨道维持”就是通过控制飞船上发动机的点火时间和推力的
小行星密度与地球相同。已知地球半径R=6400km,
地球表面重力加速度为g。这个小行星表面的重力加
速度为 ( B )
A.400g
B.g/400 C.20g
解D:.设g/小20行星和地球的质量、半径分别为m吴、M地、r吴、R地
密度相同 ρ吴=ρ地 m吴/r吴3=M地/R地3
由万有引力定律 g吴=Gm吴/r吴2 g地=GM地/R地2
1. 万有引力定律 —— F= GmM/r2 适用于质点或均匀球体。
2.重力是物体在地球表面附近所受到的地球对它的引力.
3. 天体做匀速圆周运动的向心力就是它受到的万有 引力 GmM/r2 =ma =mv2 / r =mω2 r=m · 4π2 ·r/T2
4. 一个重要的关系式 由GmM地/R地2 =mg
G
Mm R2
m
2R
G
Mm0 R02
m0
2 0
R0
T 2
T0
2 0
由以上各式得
R
(
T
2
)3
R0 T0
已知 T=288年,T0=1年 得
万有引力定律的应用
万有引力定律的应用万有引力定律是牛顿在1687年提出的一条重要定律,它描述了任何两个物体之间的引力相互作用关系。
在现实生活和科学研究中,万有引力定律有着广泛的应用。
本文将分析并探讨万有引力定律在太阳系、地球运动和星系形成等方面的应用。
一、太阳系中的应用太阳系由太阳、八大行星以及其他天体组成。
它是天文学家们长期研究的对象,并且万有引力定律在解释和预测太阳系中的各种现象和运动中起着重要的作用。
首先,万有引力定律帮助我们解释了行星绕太阳运动的规律。
根据定律,行星与太阳之间的引力与它们的质量和距离的平方成正比。
这意味着质量较大的行星受到的引力更大,同时离太阳越近的行星也受到更大的引力影响。
这一规律解释了为什么行星会围绕太阳运动,并且不断地保持着相对稳定的轨道。
其次,太阳系中的卫星运动也得到了万有引力定律的解释。
卫星绕行星运动的规律与行星绕太阳运动类似,都受到引力相互作用的影响。
比如,地球上的月亮是地球的卫星,它受到地球和太阳的引力作用而绕地球旋转。
万有引力定律帮助我们理解卫星的轨道、速度以及轨道的平稳性。
二、地球运动中的应用万有引力定律也在解释地球运动及其相关现象中发挥着重要作用。
首先,地球的重力场是由地球质量引力所构成的。
根据万有引力定律,地球上的物体受到地球引力的影响,其引力大小与物体的质量和距离地心的距离的平方成正比。
这个重力场使得物体向地心方向受到的引力恒定,并且它是地球上的物体能够保持在地球表面的原因之一。
其次,天文学家通过万有引力定律解释了地球和月球之间的引力相互作用。
地球和月球之间的引力作用使得月球围绕地球旋转,并且引起潮汐现象。
月亮所引起的潮汐是地球上海洋水体因地球和月球引力差异而引起的周期性涨落,这个现象对于海洋生物和航海有着重要的意义。
三、星系形成中的应用万有引力定律不仅适用于行星和卫星的运动,还适用于宇宙中更大规模的天体的形成和运动。
根据万有引力定律,星系内的恒星之间相互受到引力的作用。
万有引力定律的应用实例
万有引力定律的应用:通过万有引力定律,可以计算出地球的密度分布,从而推断出地壳内部应力的分布情况,为地震预测提供依据。
实例:例如,在南美洲的智利,由于受到月球和太阳的引力作用,地壳运动非常活跃,因此经常发生大地震。
实例:南极洲冰盖下发现丰富矿产资源
对未来资源开发利用的重要意义
矿产资源分布规律受万有引力影响
实际应用:车辆的主动悬挂系统、电子稳定控制系统等部件的应用
万有引力定律的应用:利用万有引力定律来计算和预测车辆行驶过程中的姿态和受力情况,从而更好地进行车辆的稳定控制。
运动训练与万有引力定律的关联
运动训练对提高人体平衡感的意义
人体平衡感的维持与重力感知
万有引力定律在人体平衡感维持中的作用
万有引力定律的应用:调节植物生长方向、影响动物行为等
动物生长与发育:如胚胎发育、骨骼生长等
植物向光性:生长素分布不均匀导致
单侧光照射:生长素向背光一侧运输
生长素浓度:影响植物生长速度和方向
植物生长:受生长素浓度影响
浮力调节:通过体内特定器官的调节,维持身体比重,保持悬浮状态
深海探测:利用万有引力定律,设计特殊仪器,探测深海生物及环境
万有引力定律在太空中的应用
Hale Waihona Puke 卫星定位与通信系统的基本组成
卫星定位与通信系统的优缺点
利用万有引力定律计算天体的轨道
通过轨道计算预测天体的位置
天文观测和宇宙航行的重要依据
对人类探索宇宙具有重要意义
万有引力定律在地球上的应用
重力测量方法:利用物体自由落体运动来测量
重力异常:地球重力场分布不均匀,存在重力异常现象
应用领域:天文学、地球物理学、航天工程等
物体间存在引力
万有引力定律的应用
万有引力定律的应用引言万有引力定律是牛顿力学的重要基础之一,它描述了物体之间的引力相互作用。
这个定律可以应用于各种领域,包括天体物理学、地理学、工程学等等。
本文将介绍一些万有引力定律在这些领域中的应用情况。
天体物理学中的应用天体物理学研究天体之间的相互作用和运动规律,万有引力定律在这个领域中起着至关重要的作用。
下面是一些具体的应用:行星运动万有引力定律解释了行星之间的引力相互作用以及其运动规律。
根据万有引力定律,每个行星都与太阳之间有着引力相互作用。
这种引力使得行星沿着椭圆轨道绕着太阳运动。
根据万有引力定律的计算公式,我们可以预测行星的轨道、速度和加速度等运动参数。
星系演化万有引力定律也可以用来解释星系中恒星之间的相互作用和演化。
恒星之间的引力相互作用导致星系中的恒星聚集在一起形成星团、星云等结构。
根据万有引力定律,我们可以推导出恒星的运动轨迹,预测恒星的互相作用以及整个星系的演化情况。
地理学中的应用万有引力定律在地理学中的应用主要涉及到地球的引力场和重力测量。
以下是一些具体的应用情况:重力梯度测量重力梯度测量是一种测量地球引力场强度变化的方法,它可以用来研究地下的岩石和矿藏分布、地壳运动等情况。
通过使用万有引力定律的计算公式,我们可以通过重力梯度测量来推断地下的物质密度变化和地下构造。
海洋潮汐海洋潮汐是由于月球和太阳对地球的引力作用而引起的海水的周期性上升和下降。
万有引力定律可以用来解释这种现象,并对潮汐的变化进行预测。
通过测量潮汐的幅度和周期,我们可以获得关于地球和月球之间引力相互作用的信息。
工程学中的应用万有引力定律在工程学中的应用涉及到结构力学和卫星导航等领域。
以下是一些相关应用:结构力学在建筑结构和桥梁设计中,万有引力定律被用来计算结构物受力情况。
例如,当我们设计一个大型建筑物时,我们需要考虑建筑物自身的重力以及外部环境的风力和地震力等因素。
通过使用万有引力定律,我们可以计算这些力对结构物的影响,从而保证结构的稳定性和安全性。
《万有引力定律》(精选12篇)
《万有引力定律》(精选12篇)《万有引力定律》篇1教学目标知识目标1、在开普勒第三定律的基础上,推导得到,使学生对此定律有初步理解;2、使学生了解并掌握;3、使学生能认识到的普遍性(它存在宇宙中任何有质量的物体之间,不管它们之间是否还有其它作用力).能力目标1、使学生能应用解决实际问题;2、使学生能应用和圆周运动知识解决行星绕恒星和卫星绕行星运动的天体问题.情感目标1、使学生在学习的过程中感受到的发现是经历了几代科学家的不断努力,甚至付出了生命,最后牛顿总结了前人经验的基础上才发现的.让学生在应用的过程中应多观察、多思考.教学建议的内容固然重要,让学生了解发现的过程更重要.建议教师在授课时,应提倡学生自学和查阅资料.教师应准备的资料应更广更全面.通过让学生阅读“的发现过程”,让学生根据牛顿提出的几个结果自己去猜测万有引力与那些量有关.教师在授课时可以让学生自学,也可由教师提出问题让学生讨论,也可由教师展示出开普勒三定律和牛顿的一些故事引导学生讨论.的教学设计方案教学目的:1、了解得出的思路和过程;2、理解的含义并会推导;3、掌握,能解决简单的万有引力问题;教学难点:的应用教学重点:教具:展示第谷、哥白尼,伽利略、开普勒和牛顿等人图片.教学过程(一)新课教学(20分钟)1、引言展示第谷、哥白尼,伽利略、开普勒和牛顿等人照片并讲述物理学史:十七世纪中叶以前的漫长时间中,许多天文学家和物理学家(如第谷、哥白尼,伽利略和开普勒等人),通过了长期的观察、研究,已为人类揭示了行星的运动规律.但是,长期以来人们对于支配行星按照一定规律运动的原因是什么.却缺乏了解,更没有人敢于把天体运动与地面上物体的运动联系起来加以研究.伟大的物理学家牛顿在哥白尼、伽利略和开普勒等人研究成果的基础上,进一步将地面上的动力学规律推广到天体运动中,研究、确立了.从而使人们认识了支配行星按一定规律运动的原因,为天体动力学的发展奠定了基础.那么:(1)牛顿是怎样研究、确立的呢?(2)是如何反映物体间相互作用规律的?以上两个问题就是这节课要研究的重点.2、通过举例分析,引导学生粗略领会牛顿研究、确立的科学推理的思维方法.苹果在地面上加速下落:(由于受重力的原因):月亮绕地球作圆周运动:(由于受地球引力的原因);行星绕太阳作圆周运动:(由于受太阳引力的原因),(牛顿认为)牛顿将上述各运动联系起来研究后提出:这些力是属于同种性质的力,应遵循同一规律;并进一步指出这种力应存在于宇宙中任何具有质量的物体之间.3、引入课题.板书:第二节、(1)万有引力:宇宙间任何有质量的物体之间的相互作用.(板书)(2):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,跟他们之间质量的乘积成正比,跟它们的距离的平方成反比.(板书) 式中:为万有引力恒量;为两物体的中心距离.引力是相互的(遵循牛顿第三定律).(二)应用(例题及课堂练习)学生中存在这样的问题:既然宇宙间的一切物体都是相互吸引的,哪为什么物体没有被吸引到一起?(请学生带着这个疑问解题)例题1、两物体质量都是1kg,两物体相距1m,则两物体间的万有引力是多少?解:由得:代入数据得:通过计算这个力太小,在许多问题的计算中可忽略例题2.已知地球质量大约是,地球半径为km,地球表面的重力加速度 .求:(1)地球表面一质量为10kg物体受到的万有引力?(2)地球表面一质量为10kg物体受到的重力?(3)比较万有引力和重力?解:(1)由得:代入数据得:(2)(3)比较结果万有引力比重力大.原因是在地球表面上的物体所受万有引力可分解为重力和自转所需的向心力.(三)课堂练习:教师请学生作课本中的练习,教师引导学生审题,并提示使用公式解题时,应注意因单位制不同,值也不同,强调用国际单位制解题.请学生同时到前面,在黑板上分别作1、2、3题.其它学生在座位上逐题解答.此时教师巡回指导学生练习随时注意黑板上演算的情况.(四)小结:1、万有引力存在于宇宙中任何物体之间(天体间、地面物体间、微观粒子间).天体间万有引力很大,为什么?留学生去想(它是支配天体运动的原因).地面物体间,微观粒子间:万有引力很小,为什么?它不足以影响物体的运动,故常常可忽略不计.2、应用公式解题,值选,式中所涉其它各量必须取国际单位制.(五)布置作业 (3分钟):教师可根据学生的情况布置作业 .探究活动组织学生编写相关小论文,通过对资料的收集,了解的发现过程,了解科学家们对知识的探究精神,下面就是相关的题目.1、发现的历史过程.2、第谷在发现上的贡献.《万有引力定律》篇2教学目标知识目标1、在开普勒第三定律的基础上,推导得到,使学生对此定律有初步理解;2、使学生了解并掌握;3、使学生能认识到的普遍性(它存在宇宙中任何有质量的物体之间,不管它们之间是否还有其它作用力).能力目标1、使学生能应用解决实际问题;2、使学生能应用和圆周运动知识解决行星绕恒星和卫星绕行星运动的天体问题.情感目标1、使学生在学习的过程中感受到的发现是经历了几代科学家的不断努力,甚至付出了生命,最后牛顿总结了前人经验的基础上才发现的.让学生在应用的过程中应多观察、多思考.教学建议的内容固然重要,让学生了解发现的过程更重要.建议教师在授课时,应提倡学生自学和查阅资料.教师应准备的资料应更广更全面.通过让学生阅读“的发现过程”,让学生根据牛顿提出的几个结果自己去猜测万有引力与那些量有关.教师在授课时可以让学生自学,也可由教师提出问题让学生讨论,也可由教师展示出开普勒三定律和牛顿的一些故事引导学生讨论.的方案教学目的:1、了解得出的思路和过程;2、理解的含义并会推导;3、掌握,能解决简单的万有引力问题;教学难点:的应用教学重点:教具:展示第谷、哥白尼,伽利略、开普勒和牛顿等人图片.教学过程(一)新课教学(20分钟)1、引言展示第谷、哥白尼,伽利略、开普勒和牛顿等人照片并讲述物理学史:十七世纪中叶以前的漫长时间中,许多天文学家和物理学家(如第谷、哥白尼,伽利略和开普勒等人),通过了长期的观察、研究,已为人类揭示了行星的运动规律.但是,长期以来人们对于支配行星按照一定规律运动的原因是什么.却缺乏了解,更没有人敢于把天体运动与地面上物体的运动联系起来加以研究.伟大的物理学家牛顿在哥白尼、伽利略和开普勒等人研究成果的基础上,进一步将地面上的动力学规律推广到天体运动中,研究、确立了.从而使人们认识了支配行星按一定规律运动的原因,为天体动力学的发展奠定了基础.那么:(1)牛顿是怎样研究、确立的呢?(2)是如何反映物体间相互作用规律的?以上两个问题就是这节课要研究的重点.2、通过举例分析,引导学生粗略领会牛顿研究、确立的科学推理的思维方法.苹果在地面上加速下落:(由于受重力的原因):月亮绕地球作圆周运动:(由于受地球引力的原因);行星绕太阳作圆周运动:(由于受太阳引力的原因),(牛顿认为)牛顿将上述各运动联系起来研究后提出:这些力是属于同种性质的力,应遵循同一规律;并进一步指出这种力应存在于宇宙中任何具有质量的物体之间.3、引入课题.板书:第二节、(1)万有引力:宇宙间任何有质量的物体之间的相互作用.(板书)(2):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,跟他们之间质量的乘积成正比,跟它们的距离的平方成反比.(板书) 式中:为万有引力恒量;为两物体的中心距离.引力是相互的(遵循牛顿第三定律).(二)应用(例题及课堂练习)学生中存在这样的问题:既然宇宙间的一切物体都是相互吸引的,哪为什么物体没有被吸引到一起?(请学生带着这个疑问解题)例题1、两物体质量都是1kg,两物体相距1m,则两物体间的万有引力是多少?解:由得:代入数据得:通过计算这个力太小,在许多问题的计算中可忽略例题2.已知地球质量大约是,地球半径为km,地球表面的重力加速度 .求:(1)地球表面一质量为10kg物体受到的万有引力?(2)地球表面一质量为10kg物体受到的重力?(3)比较万有引力和重力?解:(1)由得:代入数据得:(2)(3)比较结果万有引力比重力大.原因是在地球表面上的物体所受万有引力可分解为重力和自转所需的向心力.(三)课堂练习:教师请学生作课本中的练习,教师引导学生审题,并提示使用公式解题时,应注意因单位制不同,值也不同,强调用国际单位制解题.请学生同时到前面,在黑板上分别作1、2、3题.其它学生在座位上逐题解答.此时教师巡回指导学生练习随时注意黑板上演算的情况.(四)小结:1、万有引力存在于宇宙中任何物体之间(天体间、地面物体间、微观粒子间).天体间万有引力很大,为什么?留学生去想(它是支配天体运动的原因).地面物体间,微观粒子间:万有引力很小,为什么?它不足以影响物体的运动,故常常可忽略不计.2、应用公式解题,值选,式中所涉其它各量必须取国际单位制.(五)布置作业 (3分钟):教师可根据学生的情况布置作业 .探究活动组织学生编写相关小论文,通过对资料的收集,了解的发现过程,了解科学家们对知识的探究精神,下面就是相关的题目.1、发现的历史过程.2、第谷在发现上的贡献.《万有引力定律》篇3教学目标知识目标1、在开普勒第三定律的基础上,推导得到,使学生对此定律有初步理解;2、使学生了解并掌握;3、使学生能认识到的普遍性(它存在宇宙中任何有质量的物体之间,不管它们之间是否还有其它作用力).能力目标1、使学生能应用解决实际问题;2、使学生能应用和圆周运动知识解决行星绕恒星和卫星绕行星运动的天体问题.情感目标1、使学生在学习的过程中感受到的发现是经历了几代科学家的不断努力,甚至付出了生命,最后牛顿总结了前人经验的基础上才发现的.让学生在应用的过程中应多观察、多思考.教学建议的内容固然重要,让学生了解发现的过程更重要.建议教师在授课时,应提倡学生自学和查阅资料.教师应准备的资料应更广更全面.通过让学生阅读“的发现过程”,让学生根据牛顿提出的几个结果自己去猜测万有引力与那些量有关.教师在授课时可以让学生自学,也可由教师提出问题让学生讨论,也可由教师展示出开普勒三定律和牛顿的一些故事引导学生讨论.的教学设计方案教学目的:1、了解得出的思路和过程;2、理解的含义并会推导;3、掌握,能解决简单的万有引力问题;教学难点:的应用教学重点:教具:展示第谷、哥白尼,伽利略、开普勒和牛顿等人图片.教学过程(一)新课教学(20分钟)1、引言展示第谷、哥白尼,伽利略、开普勒和牛顿等人照片并讲述物理学史:十七世纪中叶以前的漫长时间中,许多天文学家和物理学家(如第谷、哥白尼,伽利略和开普勒等人),通过了长期的观察、研究,已为人类揭示了行星的运动规律.但是,长期以来人们对于支配行星按照一定规律运动的原因是什么.却缺乏了解,更没有人敢于把天体运动与地面上物体的运动联系起来加以研究.伟大的物理学家牛顿在哥白尼、伽利略和开普勒等人研究成果的基础上,进一步将地面上的动力学规律推广到天体运动中,研究、确立了.从而使人们认识了支配行星按一定规律运动的原因,为天体动力学的发展奠定了基础.那么:(1)牛顿是怎样研究、确立的呢?(2)是如何反映物体间相互作用规律的?以上两个问题就是这节课要研究的重点.2、通过举例分析,引导学生粗略领会牛顿研究、确立的科学推理的思维方法.苹果在地面上加速下落:(由于受重力的原因):月亮绕地球作圆周运动:(由于受地球引力的原因);行星绕太阳作圆周运动:(由于受太阳引力的原因),(牛顿认为)牛顿将上述各运动联系起来研究后提出:这些力是属于同种性质的力,应遵循同一规律;并进一步指出这种力应存在于宇宙中任何具有质量的物体之间.3、引入课题.板书:第二节、(1)万有引力:宇宙间任何有质量的物体之间的相互作用.(板书)(2):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,跟他们之间质量的乘积成正比,跟它们的距离的平方成反比.(板书) 式中:为万有引力恒量;为两物体的中心距离.引力是相互的(遵循牛顿第三定律).(二)应用(例题及课堂练习)学生中存在这样的问题:既然宇宙间的一切物体都是相互吸引的,哪为什么物体没有被吸引到一起?(请学生带着这个疑问解题)例题1、两物体质量都是1kg,两物体相距1m,则两物体间的万有引力是多少?解:由得:代入数据得:通过计算这个力太小,在许多问题的计算中可忽略例题2.已知地球质量大约是,地球半径为km,地球表面的重力加速度 .求:(1)地球表面一质量为10kg物体受到的万有引力?(2)地球表面一质量为10kg物体受到的重力?(3)比较万有引力和重力?解:(1)由得:代入数据得:(2)(3)比较结果万有引力比重力大.原因是在地球表面上的物体所受万有引力可分解为重力和自转所需的向心力.(三)课堂练习:教师请学生作课本中的练习,教师引导学生审题,并提示使用公式解题时,应注意因单位制不同,值也不同,强调用国际单位制解题.请学生同时到前面,在黑板上分别作1、2、3题.其它学生在座位上逐题解答.此时教师巡回指导学生练习随时注意黑板上演算的情况.(四)小结:1、万有引力存在于宇宙中任何物体之间(天体间、地面物体间、微观粒子间).天体间万有引力很大,为什么?留学生去想(它是支配天体运动的原因).地面物体间,微观粒子间:万有引力很小,为什么?它不足以影响物体的运动,故常常可忽略不计.2、应用公式解题,值选,式中所涉其它各量必须取国际单位制.(五)布置作业 (3分钟):教师可根据学生的情况布置作业 .探究活动组织学生编写相关小论文,通过对资料的收集,了解的发现过程,了解科学家们对知识的探究精神,下面就是相关的题目.1、发现的历史过程.2、第谷在发现上的贡献.《万有引力定律》篇4【教材分析】万有引力定律的发现过程犹如一部壮丽的科学史诗,它歌颂了前辈科学家的科学精神,也展现了科学发展过程中科学家们富有创造性而又严谨的科学思维,是发展学生思维能力难得的好材料,本节课内容充分利用这些材料发展学生的科学思维能力。
万有引力定律在航天中的综合应用
万有引力定律在航天中的综合应用林 贵(福建省南安侨光中学,福建 南安 362314)随着我国航天事业迅猛发展,高考中出现万有引力定律在航天中的应用类题型概率不断增大,2008年高考全国卷II 就以此类问题作为压轴题,重点考查考生对万有引力定律及天体运动规律的掌握情况,笔者不妨举两种典型题来说明。
例1、据国家航天局计划,2006年内将启动“嫦娥奔月”工程,届时将发射一艘绕月球飞行的飞船。
设另有一艘绕地球的飞船,它们都沿圆形轨道运行并且质量相等,绕月球飞行的飞船的轨道半径是绕地球飞行的飞船轨道半径的41。
已知地球的质量是月球质量的81倍,则绕地球飞行的飞船与绕月飞行的飞船相比较:A 、向心加速度之比为6:1B 、线速度之比为9:2C 、周期之比为81:9D 、动能之比为81:4 分析:飞船做圆周运动由万有引力提供向心力即向ma R Mm G =2,可见向心加速度与中心天体质量成正比,与飞船的轨道半径的平方成反比,因此两飞船向心加速度之比应为81:16,A 错;由R v m RMm G 22=可得R GM v =,因此两飞船线速度之比为9:2;由22)2(T mR R Mm G π=可得GMR T 3=,因此两飞船周期之比为8:9;由R v m RMm G 22=可得R Mm G mv E k ==221,因此两飞船动能之比为81:4;本题选BCD 。
例2、(2008年全国II ,25)我国发射的“嫦娥一号”探月卫星沿近似于圆形的轨道绕月飞行。
为了获得月球表面全貌的信息,让卫星轨道平面缓慢变化。
卫星将获得的信息持续用微波信号发回地球。
设地球和月球的质量分别为M 和m ,地球和月球的半径分别为R 和R 1,月球绕地球的轨道半径和卫星绕月球的轨道半径分别为r 和r 1,月球绕地球转动的周期为T 。
假定在卫星绕月运行的一个周期内卫星轨道平面与地月连心线共面,求在该周期内卫星发射的微波信号因月球遮挡而不能到达地球的时间(用M 、m 、R 、R 1、r 、r 1和T 表示,忽略月球绕地球转动对遮挡时间的影)。
【物理】50套高考物理万有引力定律的应用含解析
【物理】50套高考物理万有引力定律的应用含解析一、高中物理精讲专题测试万有引力定律的应用1.“天舟一号”货运飞船于2017年4月20日在海南文昌航天发射中心成功发射升空,完成了与天宫二号空间实验室交会对接。
已知地球质量为M,半径为R,万有引力常量为G。
(1)求质量为m的飞船在距地面高度为h的圆轨道运行时的向心力和向心加速度大小。
(2)若飞船停泊于赤道上,考虑地球的自转因素,自转周期为T0,求飞船内质量为m0的小物体所受重力大小G0。
(3)发射同一卫星到地球同步轨道时,航天发射场一般选取低纬度还是高纬度发射基地更为合理?原因是什么?【答案】(1)(2)(3) 借助接近赤道的低纬度发射基地更为合理,原因是低纬度地区相对于地心可以有较大线速度,有较大的初动能【解析】【详解】(1)根据万有引力定律和牛顿第二定律有解得(2)根据万有引力定律及向心力公式,有及解得(3)借助接近赤道的低纬度发射基地更为合理,原因是低纬度地区相对于地心可以有较大线速度,有较大的初动能。
2.一颗在赤道平面内飞行的人造地球卫星,其轨道半径为3R.已知R为地球半径,地球表面处重力加速度为g.(1)求该卫星的运行周期.(2)若卫星在运动方向与地球自转方向相同,且卫星角速度大于地球自转的角速度ω0.某时刻该卫星出现在赤道上某建筑物的正上方,问:至少经过多长时间,它会再一次出现在该建筑物的正上方?【答案】(1)36RTg=2)133tgRω-V=【解析】【分析】【详解】(1)对卫星运用万有引力定律和牛顿运动定律可得()2 22433MmG m RTRπ⋅=地球表面的物体受到重力等于万有引力2Mmmg GR=联立解得36RTgπ=;(2)以地面为参照物,卫星再次出现在建筑物上方时,建筑物随地球转过的弧度比卫星转过弧度少2π.ω1△t-ω0△t=2π,所以1000222133tgT RV===πππωωωω---;3.在地球上将一轻弹簧竖直固定在水平桌面上,把质量为m的物体P置于弹簧上端,用力压到弹簧形变量为3x0处后由静止释放,从释放点上升的最大高度为4.5x0,上升过程中物体P的加速度a与弹簧的压缩量x间的关系如图中实线所示。
万有引力定律在生活中的应用
万有引力定律在生活中的应用万有引力定律是牛顿力学的基础之一,它描述了任何两个物体之间存在的吸引力。
虽然这个定律在日常生活中并不直接显现,但它对我们的生活有着深远的影响。
下面我将从多个角度介绍万有引力定律在生活中的应用。
万有引力定律在天文学中发挥着重要作用。
它解释了行星绕太阳运动的规律,以及卫星绕地球运动的规律。
根据万有引力定律,行星和卫星沿着椭圆轨道运动,且运动速度与距离的平方成反比。
这不仅帮助我们理解了宇宙的运行机制,还为航天探索提供了重要的理论基础。
万有引力定律在地理学中也有应用。
地球上的物体受到地球引力的作用,这使得我们能够站立在地面上而不会飘向太空。
同时,地球引力还决定了物体在地球表面上的重量。
根据万有引力定律,地球对物体的吸引力与物体的质量成正比,与物体与地球的距离的平方成反比。
这就解释了为什么我们在地球上的重力是相对稳定的,而且重力随着离地面的距离增大而减小。
万有引力定律还在航空航天工程中发挥着关键作用。
在设计卫星、火箭和航天飞机时,工程师需要准确计算物体在地球或其他星球上的重量和运动轨迹。
万有引力定律提供了理论基础,使工程师能够精确地预测和控制物体的运动。
这对于航空航天工程的安全和准确性至关重要。
万有引力定律还在地震学中发挥了重要作用。
地震是由地球内部的应力和运动引起的,而万有引力定律帮助我们理解了地球内部的质量分布和地壳板块的运动。
通过研究地震波的传播和重力场的变化,科学家能够推断地球内部的结构和运动方式,从而提前预警和减轻地震灾害的影响。
万有引力定律还在生物学中有一些应用。
例如,它解释了为什么人和其他动物能够站立和行走。
万有引力定律使地球对我们产生吸引力,使我们保持在地面上而不会飞向太空。
此外,万有引力定律还对植物的生长也有一定影响。
地球引力影响了水分和养分在植物体内的分布,影响了植物的生长方向和形态。
万有引力定律在生活中的应用十分广泛。
不仅在天文学、地理学、航空航天工程和地震学等科学领域发挥着重要作用,还对我们的日常生活产生着影响。
万有引力定律及其应用
万有引力定律及其应用万有引力定律是物理学中的重要定律之一,由英国科学家牛顿在17世纪发现并公布。
它描述了物体之间相互作用的力与它们的质量和距离的关系。
本文将介绍万有引力定律的具体内容以及一些应用示例。
一、万有引力定律的表述万有引力定律指出,任何两个物体之间都存在着一种相互吸引的力,这个力称为引力。
它的大小与两个物体的质量成正比,与它们的距离平方成反比。
假设有两个物体,质量分别为m1和m2,它们之间的距离为r。
根据万有引力定律,它们之间的引力F可以通过以下公式计算得到:F =G * (m1 * m2) / r^2其中,G为万有引力常数,约等于6.67430 × 10^-11 N·(m/kg)^2。
根据这个定律,我们可以计算出物体之间的引力大小,并进一步研究物体的运动状态和相互作用。
二、万有引力定律的应用万有引力定律在物理学的研究中有广泛的应用。
下面将介绍一些具体的应用示例。
1. 行星运动万有引力定律对行星的运动轨迹和速度提供了解释。
根据定律,行星与恒星之间的引力使得行星绕恒星运动。
行星在受到引力作用下,沿着椭圆轨道围绕恒星旋转。
同时,根据引力的大小和方向,我们还可以计算出行星的速度和运动轨道。
2. 卫星轨道人造卫星的运行轨道也可以通过万有引力定律进行计算。
卫星以地球为中心,受到地球引力的作用,所以会围绕地球旋转。
通过计算引力大小和速度,可以确定卫星的轨道,从而实现正常运行和通信。
3. 弹道轨道使用火箭进行太空探索时,火箭也是根据万有引力定律的计算结果进行定位和轨道规划的。
引力对火箭产生的影响可以通过计算得到,从而确定火箭发射时的初始速度和轨道,确保火箭能够顺利进入太空。
4. 重力加速度万有引力定律还可以用于计算地球表面上的重力加速度,即物体下落的速度增加量。
根据质量和距离的关系,可以计算出地球表面上的引力大小,进而计算物体下落的加速度,并用于物理学中相关的问题解决。
以上仅是万有引力定律的一些应用示例,实际上在天文学、空间科学、物理学等许多领域都有涉及。
高考物理一轮复习专题:第29讲+万有引力定律的应用-求天体的密度
万有引力定律的应用-求天体密度①地上跑的:②天上飞的:总结:已知注意:R 指中心天体的球体半径,r 指行星或卫星的轨道半径。
若行星或卫星绕近中心天体表面运行,则有R=r 。
注意:只能求中心天体的质量 求天体密度的方法(两种)若为近地卫星公转周期已知,则r ≈R ,则 推导过程:结论:若要测某星球密度,最简单方式。
测其近地卫星的公转周期注意:只能求中心天体的密度练习:mg R MmG =2GgR M 2==2r Mm G rv m 2r m 2ωr T m 224πG r v M 2=G r M 32ω=2324GT r M π=gR 中任两个、、r T v )(ωrr v v r T T,求出,可以根据:、不可缺,,二者不独立,相当于给了,故给了补充:ωωωπω==2VM=ρM gR 中任两个、、r T v )(ω334RV π=23GT πρ=3222344RV r T m r Mm G ππ==2324GT r M π=3233R GT r πρ=g-R 型1.2020年7月23日12时41分,长征五号遥四火箭在海南文昌发射场点火起飞,将我国首次火星探测任务“天问一号”探测器送入地火转移轨道,迈出了我国行星探测的第一步。
其携带的“祝融号”火星探测车安全到达预定位置,对火星进行科学探测。
假想祝融号在火星表面做平抛运动科学试验,将质量为m 的小球距离地面高度h 位置以速度v 水平抛出,落地后水平方向分位移为x 。
已知火星半径为R ,万有引力常量为G 。
则下列说法正确的是( ) A .天问一号与火箭分离时的速度至少为16.7 km/s B .火星表面的重力加速度2hvxC .火星的质量为2222hv R M Gx =D .根据题目条件无法求得火星的密度2.科幻电影中提到的“洛希极限”是指当一个天体自身的引力与第二个天体造成的潮汐力相等时的距离,已知行星与卫星的洛希极限计算式为1132()d kR ρρ=,其中k 为常数,R 为行星半径,ρ1、ρ2分别为行星和卫星的密度,若行星半径R ,卫星半径为27R,且表面重力加速度之比为8:1,则其“洛希极限”为( ) A .23kRB .32kRC .6kRD .16kR3.由于地球自转的影响,地球表面的重力加速度会随纬度的变化而有所不同。
万有引力定律及其应用--粤教沪科版
发现海王星的影响和意义?
海王星的发现首先彻底消除了人们对 牛顿引力学说的怀疑,同时也充分显示 了理论对实践的巨大指导作用。
海王星的发现被称作笔尖下的发现 (首先是计算出来的),它前后用了几 十个方程和二十几年的时间,这实在是 一件不容易的事,这既需要不畏艰难的 精神和勇气,也需要科学探究方法。
; 少儿口才加盟排行榜 口才培训加盟 口才加盟品牌前十名 口才培训班加盟
•1845年9月英国剑桥大学数学系学生亚当 斯根据万有引力定律,结合数学方法进行 运算,计算出了那颗行星的位置.
•同一时期,法国的年轻天文学家勒威烈也在 独立地研究计算,得出了与亚当斯相同的结果.
•1846年9月23日晚,德国天文学家伽勒在柏 林天文台望远镜对准了勒威耶和亚当斯笔下 计算出的位置,终于找到了那颗神秘行星- 海王星。
;
, 来世的愿望不知能否得逞,他笑着看我的脸,但是,会受到"集体无意识"的讥讽.当成了自己内在的标杆, 喝茶常常不是为了解渴,3、阅读下面的材料, 《九歌》翻开了远古的的记忆,樟脑球本身不能对蚂蚁造成实质性的伤害和阻挡,有悲伤,那是一个孩子独闯世界的第一步,力 量无穷,“独在异乡为异客,没有什么菜蔬可以替代竹笋。就在于坚持还是放弃”。大树在风中呼吸,T>G>T>T>G> 即城区以大为能、建筑以新为尚,觉得您 这使得献出秘方的这一代人,农人们在田地里起着土豆和白菜,发展自己, 内心就隐隐不安起来。”那人的妻子对丈夫抱怨,竞 争与合作就如硬币的正反两面,郑重设计,这天,是偷懒人的好伴侣——用最直截了当的方式和最小的花费直抵目标。如果有同伴, 灾难,世界变得残缺不全,极端的嫉妒导致邪恶。尽管微弱、隐蔽,我知道这是把自己的额头裸露在弓箭之下了,上不着天,一个能坚强地面对失去亲人 的不幸的人是完整的—
万有引力定律应用的12种典型案例
万有引力定律应用的12种典型案例万有引力定律是牛顿力学中的基本定律之一,它描述了物体之间的引力相互作用。
根据万有引力定律,两个物体之间的引力与它们的质量和距离的平方成正比,与它们的质量之积成正比。
以下是12种典型案例,展示了万有引力定律的应用。
1.行星运动:行星绕着太阳运动的路径是通过万有引力定律来解释的。
行星受到太阳的引力作用,使其绕太阳运行。
2.月球引力:地球对于月球的引力使月球绕地球运动,并导致潮汐现象的发生。
3.人造卫星轨道:人造卫星绕地球运动的轨道也是通过万有引力定律计算得出的。
它们的轨道必须满足引力和离心力的平衡。
4.天体运动:星系、恒星、星云等天体之间的相互作用和星系的相对运动等现象也可以通过万有引力定律来解释。
5.天体测量:通过测量天体之间的引力相互作用,可以研究天体的质量、密度和结构等重要参数。
6.卫星通信:卫星通信的成功依赖于精确的轨道计算和调整,其中也会考虑万有引力的影响。
7.建筑结构:在设计大桥、高楼和其他高度建筑物时,需要考虑到物体的质量以及地球引力对其产生的影响。
8.全球定位系统(GPS):GPS依赖于卫星的精确定位,而卫星的运行轨道需要考虑到地球的引力。
9.天体轨迹模拟:通过利用万有引力定律,可以开发出模拟软件,用于模拟行星、卫星和彗星等天体的轨迹。
10.飞行器轨迹规划:在飞行器的轨迹规划中,需要考虑地球的引力场,以确保飞行器达到预定的目标。
11.岩石运动:山体滑坡、泥石流等自然灾害的预测和防范也需要考虑到万有引力的作用。
12.模拟地球重力:在电影特效、虚拟现实和游戏开发中,为了提高真实感,需要模拟地球重力对角色或物体的影响。
这些典型案例展示了万有引力定律的广泛应用范围。
它不仅在天文学和航天领域中起着重要的作用,也在建筑、工程和计算机图形学等领域中得到广泛应用。
万有引力定律的正确应用有助于解释自然界中的许多现象,并促进科学研究和技术发展。
牛顿万有引力定律的应用
牛顿万有引力定律的应用牛顿万有引力定律是物理学中重要的一条定律,它描述了物体之间的引力相互作用。
这个定律对于理解宇宙的运动和相互作用起着重要的作用。
本文将探讨牛顿万有引力定律的一些应用。
一、行星运动牛顿万有引力定律解释了行星和其他天体之间的运动。
根据该定律,两个物体之间的引力与它们的质量成正比,并与它们之间的距离的平方成反比。
这种引力作用使得行星绕着恒星运动。
以太阳系为例,太阳作为恒星,各个行星围绕太阳运动。
根据牛顿的定律,太阳和行星之间的引力决定了行星的轨道。
比如,地球绕着太阳运动的轨道是椭圆形的,这正是牛顿万有引力定律的结果。
二、卫星轨道牛顿万有引力定律还解释了卫星运动的规律。
卫星是人造的天体,它们绕着地球或其他天体运动。
卫星的轨道取决于引力和卫星的速度。
根据牛顿万有引力定律,卫星绕地球运动时,引力提供了向心力,使得卫星保持在一个稳定的轨道上。
如果卫星速度过慢,会受到地球引力的吸引而坠落;如果速度过快,会逃离地球的引力而飞出太空。
三、质量测量牛顿万有引力定律还可以用于测量物体的质量。
当一个物体与另一个具有已知质量的物体之间发生相互引力时,可以利用牛顿万有引力定律推导出物体的质量。
如果我们知道两个物体之间的距离和它们之间的引力大小,可以通过牛顿万有引力定律的公式计算出物体的质量。
这个应用在地球上常常被使用,用于测量地球的质量。
四、重力加速度的计算重力加速度是指物体在自由下落时每秒钟增加的速度。
根据牛顿万有引力定律,地球对物体的引力与物体的质量成正比。
利用科学实验,我们可以通过测量物体在某一高度上的自由下落时间和下落的距离,计算得到地球上的重力加速度。
这个应用在物理学实验中广泛使用。
综上所述,牛顿万有引力定律在许多领域的应用广泛。
从行星运动到卫星轨道,从质量测量到重力加速度的计算,我们可以看到牛顿万有引力定律的重要性。
通过理解和应用这一定律,我们能更好地认识和解释自然界的运动和相互作用。
(完整版)万有引力定律应用的12种典型案例
万有引力定律应用的12种典型案例【案例1】天体的质量与密度的估算 下列哪一组数据能够估算出地球的质量 A.月球绕地球运行的周期与月地之间的距离 B 。
地球表面的重力加速度与地球的半径 C 。
绕地球运行卫星的周期与线速度 D.地球表面卫星的周期与地球的密度解析:人造地球卫星环绕地球做匀速圆周运动。
月球也是地球的一颗卫星。
设地球的质量为M ,卫星的质量为m ,卫星的运行周期为T,轨道半径为r根据万有引力定律:r T 4m r Mm G 222π=……①得: 232G T r 4M π=……②可见A 正确而Tr2v π=……由②③知C 正确对地球表面的卫星,轨道半径等于地球的半径,r=R ……④由于3R4M3π=ρ……⑤结合②④⑤得:G3T 2π=ρ 可见D 错误地球表面的物体,其重力近似等于地球对物体的引力由2RMmG mg =得:Gg R M 2=可见B 正确【探讨评价】根据牛顿定律,只能求出中心天体的质量,不能解决环绕天体的质量;能够根据已知条件和已知的常量,运用物理规律估算物理量,这也是高考对学生的要求。
总之,牛顿万有引力定律是解决天体运动问题的关键。
【案例2】普通卫星的运动问题我国自行研制发射的“风云一号”“风云二号”气象卫星的运行轨道是不同的。
“风云一号”是极地圆形轨道卫星,其轨道平面与赤道平面垂直,周期为12 h ,“风云二号”是同步轨道卫星,其运行轨道就是赤道平面,周期为24 h.问:哪颗卫星的向心加速度大?哪颗卫星的线速度大?若某天上午8点,“风云一号"正好通过赤道附近太平洋上一个小岛的上空,那么“风云一号”下次通过该岛上空的时间应该是多少?解析:本题主要考察普通卫星的运动特点及其规律由开普勒第三定律T 2正比r 3知:“风云二号”卫星的轨道半径较大又根据牛顿万有引力定律r v m ma r Mm G 22==得:2r MGa =,可见“风云一号"卫星的向心加速度大, rGMv =,可见“风云一号"卫星的线速度大, “风云一号”下次通过该岛上空,地球正好自转一周,故需要时间24h ,即第二天上午8点钟。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
3232万有引力定律应用的12种典型案例万有引力定律不仅是高考的一个大重点,而且是自然科学的一个重大课题,也是同学们最感兴趣的科学论题之一。
特别是我国“神州五号”载人飞船的发射成功,更激发了同学们研究卫星,探索宇宙的信心。
下面我们就来探讨一下万有引力定律在天文学上应用的12个典型案例:【案例1】天体的质量与密度的估算下列哪一组数据能够估算出地球的质量 A.月球绕地球运行的周期与月地之间的距离 B.地球表面的重力加速度与地球的半径 C.绕地球运行卫星的周期与线速度 D.地球表面卫星的周期与地球的密度解析:人造地球卫星环绕地球做匀速圆周运动。
月球也是地球的一颗卫星。
设地球的质量为M ,卫星的质量为m ,卫星的运行周期为T ,轨道半径为r根据万有引力定律:r T 4m r Mm G 222π=……①得:232G T r 4M π=……②可见A 正确而Tr2v π=……由②③知C 正确 对地球表面的卫星,轨道半径等于地球的半径,r=R ……④ 由于3R 4M3π=ρ……⑤结合②④⑤得:G3T 2π=ρ 可见D 错误 地球表面的物体,其重力近似等于地球对物体的引力由2RMmG mg =得:G g R M 2=可见B 正确3333【探讨评价】根据牛顿定律,只能求出中心天体的质量,不能解决环绕天体的质量;能够根据已知条件和已知的常量,运用物理规律估算物理量,这也是高考对学生的要求。
总之,牛顿万有引力定律是解决天体运动问题的关键。
【案例2】普通卫星的运动问题我国自行研制发射的“风云一号”“风云二号”气象卫星的运行轨道是不同的。
“风云一号”是极地圆形轨道卫星,其轨道平面与赤道平面垂直,周期为12 h ,“风云二号”是同步轨道卫星,其运行轨道就是赤道平面,周期为24 h 。
问:哪颗卫星的向心加速度大哪颗卫星的线速度大若某天上午8点,“风云一号”正好通过赤道附近太平洋上一个小岛的上空,那么“风云一号”下次通过该岛上空的时间应该是多少解析:本题主要考察普通卫星的运动特点及其规律由开普勒第三定律T 2∝r 3知:“风云二号”卫星的轨道半径较大又根据牛顿万有引力定律r v mma rMm G 22==得:2rMG a =,可见“风云一号”卫星的向心加速度大, rGMv =,可见“风云一号”卫星的线速度大, “风云一号”下次通过该岛上空,地球正好自转一周,故需要时间24h ,即第二天上午8点钟。
【探讨评价】由万有引力定律得:2M a G r =,v =ω=2T =⑴所有运动学量量都是r 的函数。
我们应该建立函数的思想。
⑵运动学量v 、a 、ω、f 随着r 的增加而减小,只有T 随着r 的增加而增加。
⑶任何卫星的环绕速度不大于7.9km/s ,运动周期不小于85min 。
⑷学会总结规律,灵活运用规律解题也是一种重要的学习方法。
【案例3】同步卫星的运动下列关于地球同步卫星的说法中正确的是:A 、为避免通讯卫星在轨道上相撞,应使它们运行在不同的轨道上B 、通讯卫星定点在地球赤道上空某处,所有通讯卫星的周期都是24hC 、不同国家发射通讯卫星的地点不同,这些卫星的轨道不一定在同一平面上3434D 、不同通讯卫星运行的线速度大小是相同的,加速度的大小也是相同的。
解析:本题考察地球同步卫星的特点及其规律。
同步卫星运动的周期与地球自转周期相同,T=24h ,角速度ω一定根据万有引力定律r T4m r mM G 222π=得知通讯卫星的运行轨道是一定的,离开地面的高度也是一定的。
地球对卫星的引力提供了卫星做圆周运动的向心力,因此同步卫星只能以地心为为圆心做圆周运动,它只能与赤道同平面且定点在赤道平面的正上方。
故B 正确,C 错误。
不同通讯卫星因轨道半径相同,速度大小相等,故无相对运动,不会相撞,A 错误。
由r v m m a rMm G 22==知:通讯卫星运行的线速度、向心加速度大小一定。
故正确答案是:B 、D【探讨评价】通讯卫星即地球同步通讯卫星,它的特点是:与地球自转周期相同,角速度相同;与地球赤道同平面,在赤道的正上方,高度一定,绕地球做匀速圆周运动;线速度、向心加速度大小相同。
三颗同步卫星就能覆盖地球。
【案例4】“双星”问题天文学中把两颗距离比较近,又与其它星体距离比较远的星体叫做双星,双星的间距是一定的。
设双星的质量分别是m 1、m 2,星球球心间距为L 。
问:⑴两星体各做什么运动⑵两星的轨道半径各多大⑶两星的速度各多大 解析:本题主要考察双星的特点及其运动规律⑴由于双星之间只存在相互作用的引力,质量不变,距离一定,则引力大小一定,根据牛顿第二定律知道,每个星体的加速度大小不变。
因此它们只能做匀速圆周运动。
⑵由牛顿定律222121221r m r m Lm m Gω=ω=……① 得:1221m m r r = 又L r r 21=+……② 解得:L m m m r L m m m r 21122121+=+=……③3535⑶由①得:)m m (L Gm Lr Gm r v 21221211+==ω= )m m (L Gm L r Gm r v 21122122+==ω= 【探讨评价】双星的特点就是距离一定,它们间只存在相互作用的引力,引力又一定,从而加速度大小就是一个定值,这样的运动只能是匀速圆周运动。
这个结论很重要。
同时利用对称性,巧妙解题,找到结论的规律,搞清结论的和谐美与对称美对我们以后的学习也很有帮助。
【案例5】“两星”问题如图是在同一平面不同轨道上运行的两颗人造地球卫星。
设它们运行的周期分别是T 1、T 2,(T 1<T 2),且某时刻两卫星相距最近。
问:⑴两卫星再次相距最近的时间是多少 ⑵两卫星相距最远的时间是多少解析:本题考察同一平面不同轨道上运行的两颗人造地球卫星的位置特点及其卫星的运动规律 ⑴依题意,T 1<T 2,周期大的轨道半径大,故外层轨道运动的卫星运行一周的时间长。
设经过△t 两星再次相距最近则它们运行的角度之差πφ2=∆……① π=π-π2t T 2t T 2:21即 ……② 解得:1221T T T T t -=⑵两卫星相距最远时,它们运行的角度之差()πφ12+=∆k ……③ ()π+=π-π1k 2t T 2t T 2:21即……④ k=0.1.2…… 解得:1221T T T T 21k 2t -⋅+=……⑤ k=0.1.2……【探讨评价】曲线运动求解时间,常用公式φ=ωt ;通过作图,搞清它们转动的角度关系,以及终边相同的角,是解决这类问题的关键。
【案例6】同步卫星的发射问题发射地球同步卫星时,先将卫星发射至近地圆形轨道1运行,然后点火,使其沿3636椭圆轨道2运行,最后再次点火,将卫星送入同步圆形轨道3运行。
设轨道1、2相切于Q 点,轨道2、3相切于P 点,则卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时,⑴比较卫星经过轨道1、2上的Q 点的加速度的大小;以及卫星经过轨道2、3上的P 点的加速度的大小⑵设卫星在轨道1、3上的速度大小为v 1、v 3 ,在椭圆轨道上Q 、P 点的速度大小分别是v 2、v 2/,比较四个速度的大小解析:同步卫星的发射有两种方法,本题提供了同步卫星的一种发射方法,并考察了卫星在不同轨道上运动的特点。
⑴根据牛顿第二定律,卫星的加速度是由于地球吸引卫星的引力产生的。
即:ma rMmG 2=可见 卫星在轨道2、3上经过P 点的加速度大小相等;卫星在轨道1、2上经过Q 点的加速度大小也相等;但P 点的加速度小于Q 点的加速度。
⑵1、3轨道为卫星运行的圆轨道,卫星只受地球引力做匀速圆周运动由r v m rMm G 22=得:rGMv =可见:v 1>v 3由开普勒第二定律知,卫星在椭圆轨道上的运动速度大小不同,近地点Q 速度大,远地点速度小,即:v 2>v 2/卫星由近地轨道向椭圆轨道运动以及由椭圆轨道向同步轨道运动的过程中,引力小于向心力,r v m rMm G 22=,卫星做离心运动,因此随着轨道半径r 增大,卫星运动速度增大,它做加速运动,可见:v 2>v 1,v 3>v 2/因此:v 2>v 1>v 3>v 2/【探讨评价】卫星运动的加速度是由地球对卫星的引力提供的,所以研究加速度首先应考虑牛顿第二定律;卫星向外轨道运行时,做离心运动,半径增大,速度必须增大,只能做加速运动。
同步卫星是怎样发射的呢通过上面的例题及教材学习,我们知道:同步卫星的发射有两种方法,一是直接发射到同步轨道;二是先发射到近地轨道,然后再加速进入椭圆轨道,再加速进入地球的同步轨道。
3737【案例7】 “连续群”与“卫星群”土星的外层有一个环,为了判断它是土星的一部分,即土星的“连续群”,还是土星的“卫星群”,可以通过测量环中各层的线速度v 与该层到土星中心的距离R 之间的关系来判断:A 、 若v ∝R ,则该层是土星的连续群B 、 若v 2∝R ,则该层是土星的卫星群C 、 若R 1v ∝,则该层是土星的连续群 D 、 若R1v 2∝,则该层是土星的卫星群解析:本题考察连续物与分离物的特点与规律⑴该环若是土星的连续群,则它与土星有共同的自转角速度, R v ω=,因此v ∝R⑵该环若是土星的卫星群,由万有引力定律R v m RMm G 22=得:R1v 2∝故A 、D 正确 【探讨评价】土星也在自转,能分清环是土星上的连带物,还是土星的卫星,搞清运用的物理规律,是解题的关键。
同时也要注意,卫星不一定都是同步卫星。
【案例8】宇宙空间站上的“完全失重”问题假定宇宙空间站绕地球做匀速圆周运动,则在空间站上,下列实验不能做成的是: A 、天平称物体的质量 B 、用弹簧秤测物体的重量 C 、用测力计测力D 、用水银气压计测飞船上密闭仓内的气体压强E 、用单摆测定重力加速度F 、用打点计时器验证机械能守恒定律解析:本题考察了宇宙空间站上的“完全失重”现象。
宇宙飞船绕地球做匀速圆周运动时,地球对飞船的引力提供了向心加速ma rMmG2=,可见38382rMGa =……① 对于飞船上的物体,设F 为“视重”,根据牛顿第二定律得:a m F rMm G /2/=-……②解得:F=0,这就是完全失重在完全失重状态下,引力方向上物体受的弹力等于零,物体的重力等于引力,因此只有C 、F 实验可以进行。
其它的实验都不能进行。
【探讨评价】当物体的加速度等于重力加速度时,引力方向上物体受的弹力等于零,但物体的重力并不等于零;在卫星上或宇宙空间站上人可以做机械运动,但不能测定物体的重力。
【案例9】黑洞问题“黑洞”问题是爱因斯坦广义相对论中预言的一种特殊的天体。
它的密度很大,对周围的物质(包括光子)有极强的吸引力。
根据爱因斯坦理论,光子是有质量的,光子到达黑洞表面时,也将被吸入,最多恰能绕黑洞表面做圆周运动。