专题06 万有引力及航天-【口袋书】2023年高考物理必背知识手册

专题06 万有引力及航天 考点内容 要求 课程标准要求 行星的运动 a 1.通过史实，了解万有引力定律的发现过程。知道万有引力定律。认识发现万有引力定律的重要意义。认识科学定律对人类探索未知世界的作用。 2.会计算人造地球卫星的环绕速度。 3.知道第二宇宙速度和第三字宙速度。 太阳与行星间的引力 a 万有引力定律 c 万有引力理论的成就 c 宇宙航行 c 经典力学的局限性 a 开普勒第一定律：轨道定律 开普勒行星运动规律 开普勒第二定律：面积定律 开普勒第三定律：周期定律 万 有 引 力 定 律 内容： 公式： 万有引力及航天 适用条件 万有引力与重力的关系 万有引力定律的应用：测量天体质量、密度 人 造 地 球 卫 星 及 宇 宙 航 行 卫星发射 卫星轨道圆心与地心重合 第一宇宙速度:7.9km/s 第二宇宙速度:11.2km/s 第二宇宙速度:16.7km/s 同步卫星：六个一定 近地卫星：卫星的运行轨道半径等于地球半径 特殊卫星 运行 规律 一、开普勒三定律 1. 开普勒第一定律(轨道定律)：所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在椭圆的一个焦点上． 2. 开普勒第二定律(面积定律)：对任意一个行星来说，它与太阳的连线在相等的时间内扫过相等的面积． 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它的公转周期的二次方的比值都相等，即,k是一个与行星无关的常量，其值与中心天体的质量有关，不同的中心天体k值不同．但该定律只能用于绕同一中心天体运动的星体． 技巧点拨： ①开普勒行星运动定律不仅适用于行星绕太阳的运转,也适用于卫星绕地球的运转 ②中学阶段一般把行星的运动看成匀速圆周运动,太阳处在圆心,开普勒第三定律中的a可看成行星的轨道半径R． ②由开普勒第二定律可得v1·Δt·r1＝v2·Δt·r2，解得＝，即行星在两个位置的速度之比与到太阳的距离成反比，近日点速度最大，远日点速度最小． 二、万有引力定律 1.内容：自然界中任何两个物体都相互吸引，引力的方向在它们的连线上，引力的大小与物体的质量M和m的乘积成正比、与它们之间距离r的二次方成反比. 2.公式:，式中 称为引力常量,由英国物理学家卡文迪许测定． 3.适用条件及说明 (1)公式适用于质点间的相互作用，当两个物体间的距离远大于物体本身的大小时，物体可视为质点． (2)质量分布均匀的球体可视为质点，r是两球心间的距离． (3)两物体相互作用的万有引力是一对作用力和反作用力． 4.万有引力与重力的关系：地球对物体的万有引力F表现为两个效果:一是重力mg,二是提供物体随地球自转的向心力F向, ①在赤道上: . ②在两极上: . ③一般位置: . 式中r为物体到地球转轴的距离。越靠近南、北两极，向心力越小，g值越大，由于物体随地球自转所需的向心力较小，常认为万有引力近似等于重力，即. 5. 星球上空的重力加速度g′ 星球上空距离星体中心r＝R＋h处的重力加速度为g′，，得.所以，式中g为地球表面附近重力加速度. 三、万有引力定律的应用 1.基本方法:把天体的运动看成是匀速圆周运动，其所需向心力由万有引力提供.即得： 2.应用时可根据实际情况选用适当的公式进行分析或计算 四、卫星发射及宇宙航行 1.卫星轨道：卫星运动的轨道平面一定通过地心，一般分为赤道轨道、极地轨道和倾斜轨道。 2.三种宇宙速度 ①第一宇宙速度:7.9km/s，它是卫星的最小发射速度，也是地球卫星的最大环绕速度. ②第二宇宙速度（脱离速度）:11.2km/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）:16.7km/s，使物体挣脱太阳引力束缚的最小发射速度. 技巧点拨：宇宙速度与运动轨迹的关系 ①v发＝7.9 km/s时，卫星绕地球表面做匀速圆周运动． ②7.9 km/s<v发<11.2 km/s，卫星绕地球运动的轨迹为椭圆． ③11.2 km/s≤v发＜16.7 km/s，卫星绕太阳运动． ④v发≥16.7 km/s，卫星将挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的空间． 3.近地卫星 轨道在地球表面附近的卫星，其轨道半径r＝R(地球半径)，运行速度等于第一宇宙速度v＝7.9 km/s(人造地球卫星的最大运行速度)，T＝85 min(人造地球卫星的最小周期)． 4.地球同步卫星 所谓地球同步卫星，是相对于地面静止的，这种卫星位于赤道上方某一高度的稳定轨道上，且绕地球运动的周期等于地球的自转周期，即T=24h=86400s，离地面高度，运行速率均为v＝3.1×103 m/s， 同步卫星的轨道一定在赤道平面内，并且只有一条.所有同步卫星都在这条轨道上，以大小相同的线速度，角速度和周期运行着.