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- 2021-05-24 发布
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天体计算题复习
例
1
、某人造卫星距地面高度为
h
,地球半径为
R
,质量为
M
,地球重力加速度为
g
,万有引力常量为
G
。
(
1
)分别用
h
,
R
,
M
,
G
表示卫星的周期
T
,线速度
v
,角速度
。
(
2
)分别用
h
,
R
,
g
表示文星的周期
T
,线速度
v
,角速度
。
F
引
=G
和
F
引
=F
n
的简单结合
——
黄金代换
例
2
、借助于物理学,人们可以了解无法用仪器测量的物理量,使人类对自然界更加完善。现已知道太阳光经过
t
0
到达地球,光在真空中的传播速度为
c
,地球绕太阳的轨道近似可以看成圆,地球的半径为
R
,地球赤道表面的重力加速度为
g
,地球绕太阳运转的周期为
T
,试由以上数据和所学过的物理学知识推算太阳的质量
M
与地球的质量
m
之比
M/m
为多大?
F
引
=G
和
F
引
=F
n
的简单结合
——
计算天体质量
两种模型与平抛运动结合求天体的质量和密度
例
3
、登入某行星后,宇航员在距行星表面
h
的高处,以水平速度
v
0
抛出一个物体,经过水平位移
x
以后落地,然后又乘宇宙飞船在靠近该星球表面空间飞行,测的其环绕周期为
T
,已知引力常量为
G
,根据这些数据求该星球的质量和密度。
例
4
、如图所示,火箭平台上放有测试仪,火箭从地面启动后,以加速度
g/2
竖直向上匀加速运动,升到某一高度时,测试仪对平台的压力为启动前压力的
17/18
,已知地球半径为
R
,求火箭此时离地面的高度(
g
为地球表面加速度)。
综合练习
练习
1
:追寻牛顿的足迹。。(课本
37
页)推导太阳与行星间的引力
练习
2
:追寻牛顿的足迹。。月地检测
苹果与月亮受到
地球
的
引
力可能是同一种力!
(课本
39
页)
证明苹果、月亮受力满足“平方反比”的关系
当时已知的一些量:
地表重力加速度:
g = 9.8m/s2
地球半径:
R
= 6400×103m
月亮周期:
T
= 27.3
天≈
2.36×106s
月亮轨道半径:
r
≈ 60R
模型简化
行星的轨道按“圆”来处理
追寻牛顿的足迹。。(课本
37
页)推导太阳行星间的引力
演绎和推理(
太阳对行星的引力
)
1.
设行星的质量为
m
,绕太阳做圆周运动的速度为
v
,行星到太阳的距离为
r
,则行星绕太阳做匀速圆周运动的向心力为
由太阳对行星的引力提供向心力
v
F
M
m
天文学观测难以直接得到行星的速度
v
,但可以得到公转周期
T
有
演绎和推理(
太阳对行星的引力
)
不同的行星周期
T
是不同的,而且科学研究中控制的变量越少越好。所以根据开普勒第三定律
将
T
消去。
演绎和推理(
太阳对行星的引力
)
演绎和推理(
行星对太阳的引力
)
根据牛顿第三定律:
F’
行星对太阳的引力居然跟太阳无关,无法继续进行推理,那真的是这样的吗??请同学们看书本
38
页,看看
m
是什么的质量
?
v
F
M
m
m
指的是受力物体的质量
所以行星对太阳的引力应该为:
演绎和推理(
行星对太阳的引力
)
演绎和推理
(
太阳与行星间的引力
)
G
是比列常数,与太阳,行星无关
方向:沿着太阳和行星的连线
追寻牛顿的足迹。。月地检测
牛顿的思考:
苹果与月亮受到的力可能是同一种力!
可能是地球表面的重力延伸到月亮。
而且它们
都是类似太阳行星间的引力,它们都应遵
从“
与距离平方成反比
”的关系。
证明苹果、月亮受力满足“平方反比”的关系
当时已知的一些量:
地表重力加速度:
g = 9.8m/s
2
地球半径:
R
= 6400×10
3
m
月亮周期:
T
= 27.3
天≈
2.36×10
6
s
月亮轨道半径:
r
≈ 60R
?
计算验证:
计算结果:
那么,通过这些已知条件如何来证明:苹果、月亮受力也满足“平方反比”的关系呢?
自然界中任何两个物体都相互吸引,引力的大小跟这两个物体的质量的乘积成正比,跟它们的距离的平方成反比。
表达式: