第4节 万有引力与航天
一、开普勒行星运动定律
1．开普勒第一定律
所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在椭圆的一个焦点上。
2．开普勒第二定律
对任意一个行星来说，它与太阳的连线在相等的时间内扫过相等的面积。
3．开普勒第三定律
所有行星的轨道的半长轴的三次方跟它的公转周期的二次方的比值都相等，表达式：＝k。
二、万有引力定律
1．内容
(1)自然界中任何两个物体都相互吸引。
(2)引力的方向在它们的连线上。
(3)引力的大小与物体的质量m1和m2的乘积成正比、与它们之间距离r的二次方成反比。
2．表达式
F＝G，其中G为引力常量，G＝6.67×10－11 N·m2/kg2，由卡文迪许扭秤实验测定。
3．适用条件
(1)两个质点之间的相互作用。
(2)对质量分布均匀的球体，r为两球心间的距离。
三、宇宙速度
1．三种宇宙速度比较
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宇宙速度
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数值(km/s)
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意义
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第一宇宙速度
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7.9
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地球卫星最小发射速度(环绕速度)
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第二宇宙速度
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11.2
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物体挣脱地球引力束缚的最小发射速度(脱离速度)
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第三宇宙速度
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16.7
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物体挣脱太阳引力束缚的最小发射速度(逃逸速度)
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2.第一宇宙速度的计算方法
(1)由G＝m得v＝。
(2)由mg＝m得v＝。
1．思考辨析(正确的画“√”，错误的画“×”)
(1)地面上的物体所受地球的引力方向一定指向地心。 (√)
(2)两物体间的距离趋近于零时，万有引力趋近于无穷大。
(×)
(3)开普勒第三定律＝k中k值与中心天体质量无关。 (×)
(4)第一宇宙速度与地球的质量有关。 (√)
(5)地球同步卫星的运行速度大于第一宇宙速度。 (×)
2．(教科版必修2P44T2改编)火星和木星沿各自的椭圆轨道绕太阳运行，根据开普勒行星运动定律可知( )
A．太阳位于木星运行轨道的中心
B．火星和木星绕太阳运行速度的大小始终相等
C．火星与木星公转周期之比的平方等于它们轨道半长轴之比的立方
D．相同时间内，火星与太阳连线扫过的面积等于木星与太阳连线扫过的面积
C [太阳位于木星运行轨道的一个焦点上，A错误；不同的行星对应不同的运行轨道，运行速度大小也不相同，B错误；同一行星与太阳连线在相等时间内扫过的面积才能相同，D错误；由开普勒第三定律得＝，故＝，C正确。]
3．(人教版必修2P43T2改编)若地球表面处的重力加速度为g，而物体在距地面3R(R为地球半径)处，由于地球作用而产生的加速度为g′，则为( )
A．1 B．
C. D．
[答案] D
4．(人教版必修2P48T3改编)若取地球的第一宇宙速度为8 km/s，某行星的质量是地球质量的6倍，半径是地球半径的1.5倍，这颗行星的“第一宇宙速度”约为( )
A．2 km/s B．4 km/s
C．16 km/s D．32 km/s
[答案] C
