天体运动和万有引力总结 (1)
(完整版)天体运动总结

天体运动总结一、处理天体运动的基本思路1.利用天体做圆周运动的向心力由万有引力提供,天体的运动遵循牛顿第二定律求解,即G Mmr 2=ma ,其中a=v 2r =ω2r =(2πT)2r ,该组公式可称为“天上”公式. 2.利用天体表面的物体的重力约等于万有引力来求解,即G MmR 2=m g ,gR2=GM ,该公式通常被称为黄金代换式.该式可称为“人间”公式.合起来称为“天上人间”公式.二、对开普勒三定律的理解 开普勒行星运动定律1.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.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.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.此比值的大小只与有关,在不同的星系中,此比值是不同的.(R 3T 2=k )1.开普勒第一定律说明了不同行星绕太阳运动时的椭圆轨道是不同的,但有一个共同的焦点. 2.行星靠近太阳的过程中都是向心运动,速度增加,在近日点速度最大;行星远离太阳的时候都是离心运动,速度减小,在远日点速度最小.3.开普勒第三定律的表达式为a 3T 2=k ,其中a 是椭圆轨道的半长轴,T 是行星绕太阳公转的周期,k是一个常量,与行星无关但与中心天体的质量有关.三、开普勒三定律的应用1.开普勒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.表达式a 3T 2=k 中的常数k 只与中心天体的质量有关.如研究行星绕太阳运动时, 常数k 只与太阳的质量有关,研究卫星绕地球运动时,常数k 只与地球的质量有关.四、太阳与行星间的引力1.模型简化:行星以太阳为圆心做匀速圆周运动,太阳对行星的引力提供了行星做匀速圆周运一、太阳与行星间的引力 2.万有引力的三个特性(1)普遍性:万有引力不仅存在于太阳与行星、地球与月球之间,宇宙间任何两个有质量的物体之间都存在着这种相互吸引的力.(2)相互性:两个有质量的物体之间的万有引力是一对作用力和反作用力,总是满足牛顿第三定律.(3)宏观性:地面上的一般物体之间的万有引力很小,与其他力比较可忽略不计,但在质量巨大的天体之间或天体与其附近的物体之间,万有引力起着决定性作用.五.万有引力和重力的关系1. 万有引力和重力的关系如图6-2、3-3所示,设地球的质量为M,半径为R,A处物体的质量为m,则物体受到地球的吸引力为F,方向指向地心O,由万有引力公式得F=G Mmr2.引力F可分解为F1、F2两个分力,其中F1为物体随地球自转做圆周运动的向心力F n,F2就是物体的重力mg2.近似关系:如果忽略地球的自转,则万有引力和重力的关系为:mg=GMm R2,g为地球表面的重力加速度.关系式2G Mm/Rmg=即2grG M=3.随高度的变化:在高空中的物体所受到的万有引力可认为等于它在高空中所受的重力mg′=GMm(R+h)2,在地球表面时mg=GMmR2,所以在距地面h处的重力加速度g′=R2(R+h)2g.六.天体质量和密度的计算(一).“天体自身求解”:若已知天体(如地球)的半径R和表面的重力加速度g,根据物体的重力近似等于天体对物体的引力,得mg=G MmR2,解得天体质量为M=gR2G,因g、R是天体自身的参量,故称“自力更生法”.(2)“借助外援法”:借助绕中心天体做圆周运动的行星或卫星计算中心天体的质量,常见的情况:G Mmr2=m⎝⎛⎭⎪⎫2πT2r⇒M=4π2r3GT2,已知绕行天体的r和T可以求M.观测行星的运动,计算太阳的质量;观测卫星的运动,计算行星的质量。
高中物理万有引力公式总结

高中物理万有引力公式总结
引言
在高中物理学习中,万有引力是一个非常重要的概念。
它描述了所有物体之间的吸引力,是我们理解宇宙中天体运动的关键。
在本文中,我们将对万有引力公式进行总结,包括定义、公式表达和应用等内容。
什么是万有引力
万有引力是由牛顿于17世纪提出的理论,描述了两个物体之间的引力大小与它们的质量和距离的关系。
它适用于任何两个物体之间的吸引力,并且在天体运动和地球上的物体运动中起着重要作用。
万有引力公式
万有引力公式可以用以下公式表示:
$$ F = G \\cdot \\frac{{m_{1} \\cdot m_{2}}}{{r^{2}}} $$
其中,
F是两个物体之间的引力大小,
G是万有引力常量,
m1
和
m2
是两个物体的质量,
r是两个物体之间的距离。
万有引力应用
万有引力的应用非常广泛,其中一些重要的应用包括:
1.天体运动:万有引力是描述行星、卫星等天体之间运动的关键原理,
例如描述地球绕太阳公转、月球绕地球公转等。
2.地球物体运动:地球上的物体也受到万有引力的影响,例如描述抛体
运动、地球上物体的重力等。
3.工程应用:在工程领域,需要考虑到万有引力对物体的影响,例如建
筑物的结构设计、卫星轨道计算等。
结论
万有引力是一个重要的物理概念,通过万有引力公式我们可以计算出物体之间的引力大小。
在天文学、地球科学和工程领域中,万有引力都有着重要的应用。
掌握万有引力的基本原理和公式,有助于我们更好地理解世界和宇宙的运行规律。
万有引力与天体运动

专题:万有引力和天体运动[要点提示]1、万有引力定律的应用:○1讨论重力加速度g 随离地面高度h 的变化情况: 物体的重力近似为地球对物体的引力,即mg=G 2)(h R Mm +。
所以重力加速度g= G 2)(h R M +,可见,g 随h 的增大而减小。
○2求天体的质量:通过观天体卫星运动的周期T 和轨道半径r 或天体表面的重力加速度g 和天体的半径R ,就可以求出天体的质量M 。
○3求解卫星的有关问题:根据万有引力等于卫星做圆周运动的向心力可求卫星的速度、周期、动能等状态量。
由G 2rMm =m r V 2 得V=r GM ,由G 2r Mm = mr(2π/T)2 得T=2πGM r 3。
由G 2r Mm = mr ω2 得ω=3r GM ,由E k =21mv 2=21G r Mm 。
2、第一宇宙速度V 1=7.9Km/s,人造卫星的最小发射速度;最大的运行速度[课前小练]1.人造卫星绕地球做匀速圆周运动,其轨道半径为R ,线速度为V ,周期为T 。
若要使卫星的周期变为2T ,可以采取的办法是:A 、R 不变,使线速度变为V/2;B 、V 不变,使轨道半径变为2R ;C 、使轨道半径变为R 34;D 、使卫星的高度增加R 。
2.地球赤道上的物体重力加速度为g ,物体在赤道上随地球自转的向心加速度为a ,要使赤道上的物体“飘”起来,则地球的转速应为原来的A.g/a 倍。
B.a a g /)(+ 倍。
C.a a g /)(- 倍。
D. a g /倍3.同步卫星离地距离r ,运行速率为V 1,加速度为a 1,地球赤道上的物体随地球自转的向心加速度为a 2,第一宇宙速度为V 2,地球半径为R ,则A 、a 1/a 2=r/R; B.a 1/a 2=R 2/r 2; C.V 1/V 2=R 2/r 2; D.V 1/V 2=r R /. 4、设地球表面的重力加速度为g,物体在距地心4R (R 是地球半径)处,由于地球的引力作用而产生的重力加速度g ,,则g/g ,为A 、1;B 、1/9;C 、1/4;D 、1/16。
万有引力定律天体运动复习课件

7.卫星变轨的动态分析 如图所示,a、b、c是在地球大 气层外圆形轨道上运动的3颗卫星,下 列说法正确的是:( D ) A.b、c的线速度大小 相等,且大于a的线速度 B.a、b的向心加速度 大小相等,且大于c的向 心加速度
39
C.c加速可追上同一轨道上的 b,b减速可等候同一轨道上的c D.a卫星由于某原因,轨道半 径缓慢减小,其线速度将增大
33
C.靠近地球表面沿圆轨道运行的 航天器的运行周期与靠近月球表面 沿圆轨道运行的航天器的运行周期 之比约为8∶9 D.靠近地球表面沿圆轨道运行的 航天器的线速度与靠近月球表面沿 圆轨道运行的航天器的线速度之比 约为81∶4
34
我国发射的亚洲一号同步通讯卫星的质量 为m,如果地球半径为R,自转角速度为 ω,表面重力加速度为g,则卫星 ( ABC ) A.距地面的高度
r
其中G=6.67×10-11N· 2/kg2,叫 m 引力常量.
4
2.适用条件:公式适用于 质点间 的相互 作用.当两个物体间的距离远远大于物 体本身的大小时,物体可视为质点.均 匀的球体也可以视为质点,r是两球心 间的距离. 3.万有引力定律的应用 (1)行星表面物体的重力:重力近似等 于 万有引力 .
h
3
gR 2
2
R
B.环绕速度
v 3 gR 2
m 3 gR 2 4
35
C.受到地球引力为
D.受到地球引力为mg
6.同步卫星问题 据报道,我国数据中继卫星“天 链一号01星”于2008年4月25 日在西昌卫星发射中心发射升空, 经过4次变轨控制后,于5月1日成 功定点在东经77°赤道上空的同 步轨道.关于成功定点后的“天链 一号01星”,下列说法正确的是 BC ( )
万有引力知识点汇总

万有引力知识点汇总在我们的日常生活中,物体的下落、天体的运行,都离不开万有引力的作用。
万有引力是物理学中一个非常重要的概念,它不仅解释了许多自然现象,也为人类探索宇宙提供了理论基础。
接下来,让我们一起详细了解一下万有引力的相关知识点。
一、万有引力定律的发现万有引力定律是由英国科学家牛顿发现的。
据说,牛顿在看到苹果从树上落下时,开始思考物体下落的原因,并最终得出了万有引力定律。
牛顿的思考是基于对天体运动的观察和研究。
当时,天文学家开普勒已经发现了行星运动的三大定律,但对于行星为什么会按照这样的规律运动,还没有一个合理的解释。
牛顿通过深入的思考和数学推导,得出了万有引力定律,成功地解释了行星的运动规律。
二、万有引力定律的内容万有引力定律的内容是:任何两个物体之间都存在相互吸引的力,这个力的大小与两个物体的质量成正比,与它们之间的距离的平方成反比。
用公式表示为:$F = G\frac{m_1m_2}{r^2}$其中,$F$表示两个物体之间的引力,$G$是万有引力常量,其值约为$667×10^{-11} N·m^2/kg^2$,$m_1$和$m_2$分别表示两个物体的质量,$r$表示两个物体质心之间的距离。
三、万有引力常量的测定万有引力常量$G$的测定是一个非常重要的实验。
英国科学家卡文迪许通过巧妙的实验设计,利用扭秤实验测量出了$G$的值。
卡文迪许的实验装置非常精巧。
他将两个小铅球分别固定在一根轻质横杆的两端,横杆中间用一根细丝悬挂起来,形成一个扭秤。
然后,他再用两个大铅球分别靠近两个小铅球,由于万有引力的作用,横杆会发生扭转。
通过测量横杆的扭转角度,就可以计算出万有引力的大小,从而推算出$G$的值。
四、万有引力定律的适用范围万有引力定律适用于两个质点之间的相互作用。
但在实际情况中,大多数物体都不能看作质点。
对于质量分布均匀的球体,可以将其视为质量集中在球心的质点来计算引力。
当两个物体之间的距离远大于物体的尺寸时,也可以近似地将物体看作质点来计算引力。
高中物理天体运动公式大全

高中物理天体运动公式大全1. 万有引力定律公式。
- F = G(Mm)/(r^2)- 其中F是两个物体间的万有引力,G = 6.67×10^-11N· m^2/kg^2(引力常量),M和m分别是两个物体的质量,r是两个物体质心之间的距离。
2. 天体做圆周运动的基本公式(以中心天体质量为M,环绕天体质量为m,轨道半径为r)- 向心力公式。
- 根据万有引力提供向心力F = F_向- G(Mm)/(r^2)=mfrac{v^2}{r}(可用于求线速度v=√(frac{GM){r}})- G(Mm)/(r^2) = mω^2r(可用于求角速度ω=√(frac{GM){r^3}})- G(Mm)/(r^2)=m((2π)/(T))^2r(可用于求周期T = 2π√((r^3))/(GM))- G(Mm)/(r^2)=ma(a=(GM)/(r^2),这里的a是向心加速度)3. 黄金代换公式。
- 在地球表面附近(r = R,R为地球半径),mg = G(Mm)/(R^2),可得GM = gR^2。
这个公式可以将GM用gR^2替换,方便计算。
4. 第一宇宙速度公式(近地卫星速度)- 方法一:根据G(Mm)/(R^2) = mfrac{v^2}{R},且mg = G(Mm)/(R^2),可得v=√(frac{GM){R}}=√(gR)(R为地球半径,g为地球表面重力加速度),v≈7.9km/s。
- 第一宇宙速度是卫星绕地球做匀速圆周运动的最大环绕速度,也是卫星发射的最小速度。
5. 第二宇宙速度公式(脱离速度)- v_2=√(frac{2GM){R}},v_2≈11.2km/s,当卫星的发射速度大于等于v_2时,卫星将脱离地球的引力束缚,成为绕太阳运动的人造行星。
6. 第三宇宙速度公式(逃逸速度)- v_3=√((2GM_日))/(r_{地日) + v_地^2}(其中M_日是太阳质量,r_地日是日地距离,v_地是地球绕太阳的公转速度),v_3≈16.7km/s,当卫星的发射速度大于等于v_3时,卫星将脱离太阳的引力束缚,飞出太阳系。
万有引力与天体运动

万有引力与天体运动引言:在自然界中,存在着一种无所不在的力量,即万有引力。
万有引力是负责使得天体之间相互吸引的力量,它是牛顿力学的基本法则之一。
本文将探讨万有引力的定义、原理及其与天体运动的关系。
一、万有引力的定义与原理万有引力是指任意两个物体之间存在相互吸引的力量,这种力量与物体的质量和距离有关。
根据牛顿第三定律,相互作用的两个物体之间的引力大小相等,方向相反。
万有引力的存在与质量有关,质量越大的物体,其引力也越大。
而且,两个物体之间的引力与它们之间的距离的平方成反比,即距离越近,引力越强。
二、天体运动的基本规律根据万有引力的原理,天体运动遵循以下基本规律:1. 开普勒定律约翰内斯·开普勒是天体运动领域的重要科学家之一,他总结出三个著名的运动定律。
第一定律表明天体绕太阳运动的轨道是椭圆形,而不是圆形。
这就意味着天体在其轨道上的位置不是固定的,而是变化的。
2. 第二定律开普勒的第二定律,也称为面积定律,表明天体在相同时间内扫过的面积相等。
换句话说,当天体离太阳较远时,它的速度较慢;当它距离太阳较近时,速度较快。
这个定律说明了天体在椭圆轨道上的运动速度是不均匀的。
3. 第三定律开普勒的第三定律,也称为调和定律,阐述了天体轨道周期与半长轴的关系。
具体来说,天体运动的周期的平方与它的椭圆轨道的半长轴的立方成正比。
这个定律揭示了天体运动的规律性,使得科学家们可以通过研究地球运动来推导出其他天体的运动规律。
三、天体运动和万有引力的关系天体运动与万有引力有着密不可分的关系,万有引力是驱动天体运动的根本力量。
在太阳系中,太阳是最重要的引力中心,其他行星、卫星以及小行星等都围绕太阳进行运动。
1. 行星运动行星绕太阳运动的轨道是椭圆形,行星距离太阳越近,它们的速度越快;相反,距离越远,速度越慢。
这符合开普勒定律中的第二定律。
行星的运动速度与距离有关,而这种变化正是受到万有引力的影响。
2. 月球运动月球是地球的卫星,它也受到地球的引力影响,围绕地球进行运动。
万有引力与天体运动研究报告小结

万有引力与天体运动研究报告小结示例文章篇一:《万有引力与天体运动研究报告小结》嘿,你知道吗?咱们生活的这个宇宙啊,就像一个超级神秘又超级有趣的大游乐场,而万有引力和天体运动呢,就像是这个游乐场里最刺激、最神秘的游乐项目。
咱先来说说万有引力吧。
牛顿发现万有引力的时候,那可真是一个超级伟大的时刻,就好像在黑暗中突然点亮了一盏超级亮的灯。
我就想啊,牛顿当时肯定是个超级爱思考的人。
你看啊,苹果从树上掉下来,这事儿在咱平常人眼里,那就是个再平常不过的事儿了,说不定还会想,这苹果熟了不掉下来才怪呢。
可是牛顿他老人家就不一样啊,他就琢磨着,为啥这苹果是往地上掉,而不是往天上飞呢?这一琢磨可不得了,就琢磨出了万有引力这个大宝贝。
万有引力就像是宇宙中的一条看不见的绳子。
你想啊,咱们地球上的东西,不管是大的像山,还是小的像一粒沙子,都被这条看不见的绳子给拴着呢。
而且这绳子的力量可神奇了,它不是乱拴的。
质量越大的东西,它拴得就越紧。
就好比是两个大力士在拔河,力气大的那个肯定能把力气小的那个拉得更靠近自己。
在宇宙里也是一样,像地球这么大质量的星球,就把咱们人啊、动物啊、还有那些花花草草,都紧紧地拽在自己身上。
要是没有万有引力,咱们估计就像气球一样,到处乱飞了。
那可就乱套了,说不定早上一睁眼,人就飘到外太空去了,想想都可怕。
再说说天体运动吧。
那些天体在宇宙里就像是一群舞者,各自有着自己独特的舞步。
行星绕着恒星转,就像孩子围着妈妈转一样。
拿咱们地球来说吧,地球就绕着太阳这个大火球转啊转。
我就常常在想,地球在转的时候,会不会也有累的时候呢?哈哈,这当然是开玩笑啦。
地球的这种运动可是非常有规律的,它就这么一圈又一圈地转着,带来了白天和黑夜,带来了春夏秋冬。
其他的行星也一样啊。
它们在万有引力的作用下,有条不紊地进行着自己的运动。
你看木星,那可是个大家伙,它也乖乖地按照自己的轨道运行。
这就好比是在一个超级大的舞池里,每个舞者都知道自己的位置,都知道自己该怎么跳,谁也不会乱了脚步。
- 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)。
天体运动总结1. 开普勒三定律所有绕太阳运动的行星轨道都是椭圆,太阳在椭圆的一个焦点上(后简化为所有轨道都是圆,太阳在圆心上),注意:第一定律只是描述了一个图像,并没有需要计算的东西,而且太阳究竟在哪个焦点上还得看第二定律 对于某一颗行星来说,它的扫面速度是恒定的。
这句话也可以说成是:离太阳越近,速度越大。
这是判断近日点远日点的根据。
第二定律有个计算是研究近日点远日点速度与到太阳距离关系的。
a b根据扫面速度相同就有这样的关系 a b v a v b =对于所有绕太阳运动的行星来说,轨道半长轴的三次方与周期的平方的比值都一样简化之后为:所有绕太阳运动的行星,其轨道半径的三次方与周期的平方的比值都一样 32r k T= 这里需要注意的是,这些天体所围绕的“中心天体”必须为同一个天体,这个定律可以在后面的推导中证明。
2. 万有引力万有引力公式只要是两个有质量的物体,两者之间必定有万有引力的作用,公式为:记住:G 为引力常量,是由“卡文迪许”通过“扭秤实验”得来的,其目的就是为了测出地球质量。
这里要记住两个和地球有关的常数:质量6×1024kg ,半径6400km 。
m 1,m 2是这两个物体的质量r 为两个物体质心之间的距离,对于两个质点来说就是之间的距离。
而对于形状规则、质量均匀的几何体来说,质心就在几何中心。
关于万有引力公式需要说明几点:A. 万有引力公式是本章的基础,对于一个天体来说,它的运动状态就是由万有引力定律来支配B. 万有引力公式最常见的错误就是把公式写成12m m F G r=,把r 的平方给丢掉这是一个致命的错误,将会直接导致后面计算错误。
C. 万有引力的方向肯定在两物体之间的连线上而指向对方D. 甲对乙的引力和乙对甲的引力是一对作用力反作用力万有引力的规律从公式上来看,当两个物体质量一定时,万有引力随着距离的增大而减小,并且和距离的“平方”成反比。
所以一定要养成这样的意识,距离是原来n 倍,力就变为原来的n 2分之一倍,或者,力变为原来的n 分之一倍,这样会缩短做题时间,一般做题的时候不要在这方面浪费时间。
地球对地球表面的物体都有吸引力,这个力就表现在重力上,但要清楚,重力只是万有引力的一个分力。
可以这么想:万有引力首先得提供物体由于随地球自转而所需的向心力,剩下来的那部分就是重力。
这样就需要注意,向心力指向自转轴,所以重力就不能指向地心了。
又由于这个向心力很小,所以重力很接近万有引力。
当然,地球不同纬度所需向心力是不同的,赤道所需向心力最大,两极点不需要向心力,所以赤道表面的重力加速度最小,两极点重力加速度最大。
一个物体受到另一个物体的吸引力和第三个物体无关,所以太空中一个物体所受吸引力应为所有其他物体对它的吸引力的矢量和,只不过我们现在所考虑的都是吸引力最大的那个力(其他的引力比起这个引力小的不是一点半点)。
不过也有例外情况,最常见的就是在地球和月球的连线上,肯定v av b会有那么一个点,使得地球和月球对这一点上的物体的吸引力大小相等方向相反。
3. 天体运动在这里我们先介绍圆轨道,而我们常见的问题也是圆形轨道。
圆轨道的天体运动的特点一定要知道:A. 角速度ω,周期T ,速度大小v ,向心加速度大小a 都是固定的B. 万有引力完全的提供向心力2n Mm G F r =,我们以后所有的计算都是从这个公式推导过来的,其中M 表示中心天体,m 为绕中心天体运动的行星、飞船、卫星等的质量。
下面探讨绕“同一个中心天体”运动的那些行星、卫星、飞船的各个物理量之间的关系角速度ω和半径r 的关系万有引力提供向心力:22n Mm G F m r rω==可得:ω=也就是说半径越大(离中心天体越远),角速度越小线速度v 和半径r 的关系万有引力提供向心力:22n Mm v G F m r r==可得v =对于绕地球做匀速圆周运动的卫星来说,速度最快的那个轨道是沿地球表面的那颗,速度为第一宇宙速度s ,越往外速度越小也就是说半径越大(离中心天体越远),线速度越小;或者说越远速度越小周期T 和半径r 的关系万有引力提供向心力:222n Mm G F m r r T π⎛⎫== ⎪⎝⎭可得T =也就是说半径越大(离中心天体越远),周期越大;或者说越远的话,转一周用的时间越长。
参阅八大行星的公转周期。
关于开普勒第三定律 上面三个公式推导过程都是用了万有引力提供向心力,从222Mm G m r r T π⎛⎫= ⎪⎝⎭可知:3224r GM T π=,只要中心天体质量M 一样,那么轨道半径的三次方和周期平方只比就是固定值,这也就是为什么第三定律在应用时必须绕同一中心天体。
其实我们可以推导出这样的定律:对于所有绕同一中心天体运动的行星来说,轨道半径的三次方与角速度的平方的乘积是固定值对于所有绕同一中心天体运动的行星来说,速度的平方与半径的比值是固定值 实际上开普勒在研究行星运动规律的时候,周期是很好测的量,所以就研究出32r k T=的规律,其实它和上面两个式子是一样的意思。
而且,把上面两个式子联立的话就会出来最基本的圆周运动公式v r ω=双星系统双星系统的特点:万有引力提供向心力,由于两个天体受到的万有引力相等,所以向心力相等;绕连线上一点O 转动,并且角速度相同。
221122m r m ωω=L ,这样就能分别求出两个半径,将结果带回到“万有引力提供向心力”这个公式里就可以求出周期,角速m 1 m 2度,线速度等物理量。
其实双星系统的问题就是由下面三个方程决定也就是说对于一个双星问题来说,只要从上述三个方程里解出所需要的未知量即可。
4 天体质量和密度两种求法的主体思想还是找出“万有引力和所给物理量之间的关系”卫星法根据绕“中心天体”运动的一颗卫星、飞船、行星的“轨道参数”来求“中心天体”的质量。
原则还是:万有引力提供向心力222Mm G m r r T π⎛⎫= ⎪⎝⎭得 2324r M GT π= 由公式可知,要求M ,必须知道周期和半径,而m 消掉了。
所以只要知道这个卫星的周期和轨道半径即可求出中心天体的质量。
注意:这个卫星的质量对于求中心天体的质量没有任何用处,而且通过卫星的轨道半径和周期也无法求出卫星的质量。
当周期和半径已知的时候,就是运行速度和角速度已知,那么其他两个公式就不写了,可以推导后手写在旁边空白处。
要求得密度的话,得知道中心天体的半径,所以求中心天体密度的时候需要知道卫星的运行参数(自己回想)和中心天体的半径也就是说比求质量要多知道一个参数。
如果这个卫星是在近地轨道,r R ≈时,就有23GT πρ=,这样只需要知道近地轨道卫星的周期即可求出天体密度,但是注意:虽然能求得密度但不能求出质量,如果求质量的话,还是需要知道半径的。
总之,卫星法求天体质量必须知道卫星的轨道半径和周期,求密度的话还得知道天体半径,但可以通过近地卫星来简便的计算密度重力加速度法根据天体表面的重力加速度来求得天体质量,原则仍然是万有引力提供向心力,但是得加上一条前提条件:忽略自转影响,也就是认为重力等于万有引力2Mm G mg R= 得2gR M G = 求天体质量得知道表面重力加速度和天体半径 同样的,要求密度的话,得除以体积,得34g GRρπ=,也就是说知道重力加速度和天体半径之后就可以求得天体的质量和密度,卡文迪许当年也是这么做的。
顺便说明一下已学过的重力加速度的求法:打点计时器,自由落体,平抛运动,以及机械能守恒。
5 变轨问题A. 从低轨道到达一个高轨道,必须加速,这样才能做离心运动,才能上升。
我们前面学过,轨道半径越大,做圆周运动的速度越小,但是不要担心卫星不能在高轨道稳定,因为在往高轨道运动的过程当中,动能要转化为势能,速度会减少,这样也就能在高轨道稳定运行了B. 从高轨道到一个低轨道,必须减速,这样万有引力大于向心力,物体做向心运动,才能向低轨道运动。
也不要担心卫星由于速度小而不能在低轨道运行,因为轨道下降时势能会转化为动能,卫星的速度会增加,也就有可能在低轨道运行了C. 同轨道追及问题,根据前面可知:不可能在这个轨道上加速追,那样会升到高轨道,也不能先升到高轨道再回来,那样太费时间,比较合适的选择就是:先减速到低轨道(当然在低轨道运行的速度要比高轨道大),等快追上的时候再加速度升到原轨道。
具体原理结合前面两条D. 其实大家可以证明一下,轨道越高机械能越大,这就是我们为什么要升到高轨道的时候要加速6 关于各个轨道上卫星速度的问题三个卫星轨道1、2、3的关系如图所示,其中1、3为圆形轨道。
A. 卫星1的速度大于卫星3,这个规律我们前面已经推导过Q在P点,卫星2的速度大于卫星1 的速度,这样才能作离心运动到达高轨道B. 在Q点,卫星2的速度小于卫星3的速度,这样才能作向心运动到低轨道C. 从上可以看出,卫星2在近地点和远地点的速度差很大,这就涉及到动能和势能之间的转换了对于椭圆轨道的卫星来说,速度是可以大于第一宇宙速度s的,但肯定小于第二宇宙速度7 关于同步卫星问题对同步卫星的要求就是相对于地面来说卫星的位置不变,所以首先轨道必须在赤道上方,一旦有倾角的话肯定就不能相对于地面静止;其次,周期和地球自转周期一样,这样才不会比地球转的快或慢。
其中T为卫星公转周期,对于同步卫星来说就是地球自转周期,这样就可以求出同步卫星轨道半径r,这是一个固定值,最好能记住。
8 注意问题A. 注意符号r一般用来表示轨道半径或天体之间距离,而R一般只表示天体自身的半径B. 涉及到卫星问题的时候,一定要注意题目当中给出的是轨道半径r还是距地面高度h,这个很容易出错C. 万有引力公式和向心力公式一定要写对,这是解题的关键,一般这里错了,后面就一定错D. 熟练掌握一些推论很有好处,比如本总结里的E. 宇宙航行的内容就不在这里赘述,要明白三个宇宙速度分别指什么,要知道第一宇宙速度的推导和数值,尤其是第一宇宙速度的“数量级”F. 同步卫星没什么特殊的,无非就是周期正好是一天,这样还是根据万有引力提供向心力就能算出半径,最好记住它的半径ω=是不行的G. 大题中一定要写原始公式,不要直接用推论,比如直接写23r GMH. 结果一定要用常识进行检验,比如要是算出某个卫星的运行速度是90m/s的话,那就要检查计算的准确性了,一般错在这几个方面:1. 基本公式书写错误;2. 公式推导的过程中丢掉某些量或者把这些量写错,比如把平方丢掉;3. 数值计算错误;4. 代入数值的时候用的不是国际单位,比如把km当成m带入。
I. 无论天体运动的题有多难,都是在找寻天体运动的关键物理量:周期,半径,角速度,线速度之间的关系。