高一下册物理万有引力定律知识点总结
一、行星运动
1.地心说和日心说
地心说认为地球是宇宙的中心,是静止不动的,太阳、月亮及其
它行星都绕地球运动,日心说认为太阳是静止不动的,地球和其它行
星都绕太阳运动,日心说是形成新的世界观的基础,是对宗教的挑战。
2.开普勒第一定律
开普勒第一定律指出:所有的行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆,太阳处在所有椭圆的一个焦点上,这个定律也叫做“轨道定律”,它
准确描述了行星运动轨道的形状。
3.开普勒第三定律
开普勒第三定律指出:所有行星的轨道的半长轴的三次方跟公转
周期的二次方的比值都相等,即R3/T2=k.这个定律也叫“周期定律”.行星运动三定律是开普勒根据第谷连续20年对行星运动实行观察记录
的数据,经过刻苦计算而得出的结论.
二、万有引力定律
1.万有引力定律的内容
(l)万有引力是因为物体具有质量而在物体之间产生的一种相互作用.它的大小和物体的质量及两个物体之间的距离相关:两个物体质量
越大,它们间的万有引力越大;两物体间距离越远,它们间的万有引力
越小.通常两个物体之间的万有引力极其微小,在天体系统中,万有引
力的作用是决定性的.
(2)万有引力定律的公式是:.即两物体间万有引力的大小跟这两
个物体的质量的乘积成正比,跟它们的距离的二次方成反比.
2.引力常量及其测定
(1)万有引力常量G=6.67259×10-11 N?m2/kg2,通常取
G=6.67×10-11 N?m2/kg2.
(2)万有引力常量G的值是由英国物理学家卡文迪许用扭秤装置首
先准确测定的.G的测定不但用实验证实了万有引力的存有,同时也使
万有引力定律有了实用价值.
3.万有引力定律的应用
万有引力定律在研究天体运动中起着决定性的作用,它把地面上
物体的运动规律与天体运动的规律统一起来,是人类理解宇宙的基础.
万有引力定律在天文学上的下列应用:
(1)用万有引力定律求中心星球的质量和密度
当一个星球绕另一个星球做匀速圆周运动时,设中心星球质量为M,半径为R,环绕星球质量为m,线速度为v,公转周期为T,两星球相
距r,由万有引力定律有:万有引力常量
,可得出,由r、v或r、T就能够求出中心星球的质量;如果环绕
星球离中心星球表面很近,即满足r≈R,那么由能够求出中心星球的
平均密度ρ。
(2)发现未知天体:万有引力定律不但能够解释已知的天体现象,
而且能够根据力与运动的关系,预言天体的轨道从而发现新的天体.
(3)万有引力和重力的关系
一般的星球都在不停地自转,星球表面的物体随星球自转需要向
心力,所以星球表面上的物体所受的万有引力有两个作用效果:一个
是重力,一个是向心力。如图所示,星球表面的物体所受的万有引力
的一个分力是重力,另一个分力是使该物体随星球自转所需的向心力。即
地球表面的物体所受到的向心力f的大小不超过重力的0.35%,所以在计算中能够认为万有引力和重力大小相等。即mg=G 。所以重力加速度g= G ,可见,g随h的增大而减小。如果有些星球的自转角速度
非常大,那么万有引力的向心力分力就会很大,重力就相对应减小,
就不能再认为重力等于万有引力了。如果星球自转速度相当大,使得
在它赤道上的物体所受的万有引力恰好等于该物体随星球自转所需要
的向心力,那么这个星球就处于自行崩溃的临界状态了。
(4)双星
宇宙中往往会有相距较近,质量能够相比的两颗星球,它们离其
它星球都较远,所以其它星球对它们的万有引力能够忽略不计。在这
种情况下,它们将各自围绕它们连线上的某一固定点做同周期的匀速
圆周运动。这种结构叫做双星。
⑴因为双星和该固定点总保持三点共线,所以在相同时间内转过
的角度必相等,即双星做匀速圆周运动的角速度必相等,所以周期也
必然相同。
⑵因为每颗星的向心力都是由双星间相互作用的万有引力提供的,所以大小必然相等,由F=mrω2可得,可得,即固定点离质量大的星
较近。
⑶列式时须注意:万有引力定律表达式中的r表示双星间的距离,按题意应该是L,而向心力表达式中的r表示它们各自做圆周运动的半径,在本题中为r1、r2,千万不可混淆。
当我们只研究地球和太阳系统或地球和月亮系统时(其他星体对它
们的万有引力相比来说都能够忽略不计),其实也是一个双星系统,仅
仅中心星球的质量远大于环绕星球的质量,所以固定点几乎就在中心
星球的球心。能够认为它是固定不动的。