重难点07:利用万有引力定律解答天体运转问题,有以下几种类型:
1、求天体的质量(或密度)
2、人造地球卫星的运动参量与轨道半径的关系问题
根据人造卫星的动力学关系
(1)

,

,线速度v与轨道半径的二次方根成反比,即:r越大,v越小。
(2)

,

,角速度

与轨道半径的三次方的二次方根成反比,即:r越大,

越小。
(3)

,

,周期T与轨道半径的三次方的二次方根成正比,即:r越大,T越大。
(4)

,

,加速度a与轨道半径的平方成反比,即:r越大,a越小。
需要说明的是,万有引力定律中两个物体的距离,对于相距很远因而可以看作质点的物体就是指两质点的距离;对于未特别说明的天体,都可认为是均匀球体,则指的是两个球心的距离。人造卫星及天体的运动都近似为匀速圆周运动。
(山东理综高考题)2007年4月24日,欧洲科学家宣布在太阳系之外发现了一颗可能适合人类居住的类地行星Gliese 581c。这颗围绕红矮星Gliese 581运行的星球有类似地球的温度,表面可能有液态水存在,距离地球约为20光年,直径约为地球的1.5倍,质量约为地球的5倍,绕红矮星Gliese 581运行的周期约为13天。假设有一艘宇宙飞船飞临该星球表面附近轨道,下列说法正确是( )
A.飞船在Gliese581c表面附近运行的周期约为13天
B.飞船在Gliese581c表面附近运行时的速度大于7.9km/s
C.人在Gliese581c上所受重力比在地球上所受重力大
D.Gliese581c的平均密度比地球平均密度小
本题根据牛顿第二定律

解答问题。
选项A考查的是两个周期,宇宙飞船绕行星Gliese581c表面附近运行的周期:

,其中

是行星Gliese581c的质量,

为飞船距行星Gliese581c的距离。而题中已知的运行周期(约为13天)是行星Gliese 581绕红矮星运行的周期

,其中M是红矮星的质量,r为行星距红矮星的距离。所以飞船在Gliese581c表面附近运行的周期不是13天;
由

,地球的

小于行星Gliese 581的

,所以飞船在Gliese581c表面附近运行时的速度大于7.9km/s。
由重力

,地球的

小于行星Gliese 581的

,所以人在Gliese581c上所受重力比在地球上所受重力大。
由

,可知Gliese581c的平均密度比地球平均密度大。
3、地球同步卫星问题:
4、求天体的第一宇宙速度问题(弄清第一宇宙速度与发射卫星发射速度的区别)
根据

,轨道半径越大,线速度(环绕速度)越小,发射速度越大。
当r=R,线速度最大为7.9km/s(实际上人造卫星的轨道半径总是大于地球的半径,线速度总是小于7.9km/s),这个值是地球人造卫星最大的线速度,也是第一宇宙速度、发射人造地球卫星的最小发射速度。因为发射人造卫星时,卫星发射得越高,克服地球的引力做功越大,发射越困难,所以人造地球卫星发射时,一般都发射到离地很近的轨道上。
在其他星体上发射人造卫星,第一宇宙速度也可以利用

来计算,其中式中的M、R、g分别是某星体的质量、半径、表面的重力加速度。
5、人造卫星的稳定运行和变轨问题:
6、人造天体的交会对接问题
7、航天问题:
8、双星问题:
9、地面上物体随地球自转做圆周运动问题