第2节万有引力定律的应用第3节人类对太空的不懈探索【学习素养·明目标】物理观念：1.会计算人造卫星的环绕速度，知道第二宇宙速度和第三宇宙速度.2.能用万有引力定律解决一些天体运动问题.3.具有与万有引力定律相关的运动与相互作用的观念．科学思维：1.能将一些熟悉天体的运动抽象成匀速圆周运动模型.2.能分析一些简单的天体运动问题，通过推理获得结论．一、天体质量的计算1．不考虑地球的自转，可以认为在地面附近重力等于万有引力，即mg＝G式中R为地球的半径，m为物体的质量，M为地球的质量，由此可以估算出地球的质量．2．假设质量为m的行星绕质量为M的恒星运动，由于万有引力提供向心力，有G＝m，得恒星质量M＝.3．万有引力和重力的关系(1)物体受到地球的引力如图所示，地球上的任何物体都会受到地球的万有引力作用，F＝，方向指向地心．(2)万有引力与重力的关系我们把F分解为F1和F2两个分力，F1即平常所说的重力，它的方向竖直向下；F2是物体随地球自转所需的向心力，它的方向指向地轴，F2非常小，无特别说明认为万有引力等于重力．二、人造卫星上天1．人造地球卫星的发射原理(1)牛顿设想：如图甲所示，当物体被抛出的速度足够大时，它将围绕地球旋转而不再落回地面，成为一颗人造地球卫星．甲乙(2)发射过程简介如图乙所示，发射人造地球卫星的火箭一般为三级．使卫星进入地球轨道后的大致过程也为三个阶段．2．人造卫星绕地球运动的规律(1)动力学特点一般情况下可认为人造卫星绕地球做匀速圆周运动，其向心力由地球对它的万有引力提供．(2)速度和轨道半径的关系由G＝m可得v＝.可知，卫星的轨道半径越小，线速度越大．3．宇宙速度(1)第一宇宙速度：v1＝7.9km/s，又称环绕速度，是人造卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度．(2)第二宇宙速度：v2＝11.2km/s，又称脱离速度，是人造卫星脱离地球引力所需的速度．(3)第三宇宙速度：v3＝16.7km/s，又称逃逸速度，是人造卫星脱离太阳引力所需的速度．三、预测未知天体、人类对太空的不懈探索1．发现未知天体：在观测天王星时，发现其实际轨道与由万有引力定律计算的轨道不吻合，由此预测存在另一行星，这就是后来发现的海王星．2.人类对太空的不懈追求(1)从地心说到日心说．(2)牛顿建立万有引力定律，将地面与天上力学统一．(3)发射人造卫星(如图所示)、登上月球、实现宇宙飞船的交会对接等．1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)人造地球卫星的最小运转半径是地球半径．(√)(2)人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动的向心力由火箭推力提供．(×)(3)卫星绕地球的轨道半径越大，运行速度越大．(×)(4)第一宇宙速度是发射地球卫星的最小速度．(√)(5)无论从哪个星球上发射卫星，发射速度都要大于7.9km/s.(×)(6)当发射速度v＞7.9km/s时，卫星将脱离地球的吸引，不再绕地球运动．(×)2．如图所示，甲、乙两颗卫星以相同的轨道半径分别绕质量为M和2M的行星做匀速圆周运动．下列说法正确的是()A．甲的向心加速度比乙的小B．甲的运行周期比乙的小C．甲的角速度比乙的大D．甲的线速度比乙的大A[卫星绕行星做匀速圆周运动的向心力由行星对卫星的引力提供，根据万有引力定律和牛顿第二定律解决问题．根据G＝ma得a＝.故甲卫星的向心加速度小，选项A正确；根据G＝mr，得T＝2π，故甲的运行周期大，选项B错误；根据G＝mω2r，得ω＝，故甲运行的角速度小，选项C错误；根据G＝，得v＝，故甲运行的线速度小，选项D错误．]3．下列关于绕地球运行的卫星的运动速度的说法中正确的是()A．一定等于7.9km/sB．一定小于7.9km/sC．大于或等于7.9km/s，而小于11.2km/sD．只需大于7.9km/sB[卫星在绕地球运行时，万有引力提供向心力，由此可得v＝，所以轨道半径r越大，卫星的环绕速度越小，实际的卫星轨道半径大于地球半径R，所以环绕速度一定小于第一宇宙速度，即v＜7.9km/s.而C选项是发射人造地球卫星的速度范围．]天体质量的计算1．求天体质量的思路绕中心天体运动的其他天体或卫星做匀速圆周运动，做圆周运动的天体(或卫星)的向心力等于它与中心天体的万有引力，利用此关系建立方程求中心天体的质量．2．计算天体的质量下面以地球质量的计...
