用万有引力定律研究天体和卫星运行

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1、用万有引力定律研究天体和卫星运行摘要：本文是把天体的运动处理成匀速圆周运动，天体运动所需的向心力由万有引力提供。据此，用万有引力定律来分析天体及卫星的运行，并剖析和讨论此内容在高考中的主要考点及学生在这些考点中容易出错的地方，归纳总结，让学生对这部分知识的掌握更熟练、更牢固。关键词：万有引力定律；天体；卫星中图分类号：G633.7文献标识码:B文章编号：1672-1578(2013)09-0198-021.引言开普勒在第谷对780颗左右恒星观察并有准确记录的基础上，提出了椭圆轨道定律、面积定律和周期定律，也就是我们通常说的开普

2、勒行星运动定律。这之后，人们又更深入地去探索是什么使行星在绕太阳运动。最后，经过科学家的推理、总结和实践检验得出了万有引力定律。虽然万有引力定律只适用于经典力学，但它揭示了天上和地上的物体都遵循着完全相同的科学法则，对人类的贡献是巨大的。卫星的运行、天体的运动都是万有引力定律运用的具体表现。由于航天技术、人造地球卫星又属于现代科技发展的重要领域，有关人造卫星问题的考察频率会越来越高，加上载人航天的成功和中国探月计划的实施，这些都是每年高考命题的热点。天体运动问题中，由于公式的形式比较复杂，计算中得到的中间公式特别多，向心力的表

3、达式也比较多，容易导致混乱，但这些题目有一点是相同的，即万有引力作为向心力，并且可以处理为匀速圆周运动的模型。另外还要特别注意万有引力公式中的r是两物体之间的距离，当它变化时会引起万有引力的大小和轨道重力加速度的变化。下面我们来分析与本内容有关的高考主要考点内容。1.高考主要考点(1)应用万有引力定律计算天体的质量和密度(2)天体表面的重力加速度、轨道重力加速度问题(3)人造卫星的绕行速度、角速度、周期、向心加速度与半径的关系(4)地球同步卫星的运行规律(5)地球同步卫星的运行规律、地球卫星的发射速度和绕行速度、宇宙速度2.应

4、用万有引力定律计算天体的质量和密度5•人造卫星的绕行速度、角速度、向心加速度、周期与半径的关系分析：卫星是在地球上空做匀速圆周运动的，不是静止在地球表面，所以研究卫星的受力情况一般都是万有引力提供向心力，而与地球表面重力无关。6•地球同步卫星的运行规律、地球卫星的发射速度和绕行速度、宇宙速度（1）同步卫星：”同步”的含义就是和地球保持相对静止（又叫静止轨道卫星），所以其周期等于地球自转周期,既T=24h,而且该轨道必须在地球赤道的正上方，卫星的运转方向必须是由西向东（注：同步卫星和地球保持相对静止不是指同步卫星静止在地球表面，

5、其实同步卫星是在地球的上空做匀速圆周运动，只是与地球相对静止）。（2）发射速度是指发射卫星时从地球表面出去的速度,而绕行速度是指卫星在地球上空绕地球做匀速圆周运动时的线速度，它们两个是不一样的，如图（3）vl为发射速度,v2为绕行速度。卫星（天体）在做匀速圆周运动时，公式中的v指的都是环绕速度。分析：环绕速度和发射速度是不一样的，只有区别开这两个才能明白卫星的运动，才能知道宇宙速度的意义。7.总结万有引力定律是宇宙间最普片的规律之一，是力学中一个独立的基本定律，用万有引力定律来分析天体及卫星的运行需要有丰富的空间想象力。要能够

6、熟练掌握这部分知识，首先要明白物体是在天体表面还是在天体上空做匀速圆周运动，若在表面则表面重力与万有引力近似相等，若在天体上空做匀速圆周运动则万有引力提供向心力。参考文献[1]张连生，名师伴你行，天津：天津人民出版社，2007.3（2010.3重印）。[2]高考考点精讲精练编写组，精讲精练，北京：光明日报出版社，2005.6o[3]任志鸿，十年高考分类解析与应试策略，1版•海口：南方出版社，2000.6（2010.6重印）[4]张维善，普通高中课程标准实验教科书物理必修2,人民教育出版社。