2、宇宙速度

�、判l(wèi)星的繞行速度v

　由得：(式中M為地球的質(zhì)量，m為人造衛(wèi)星的質(zhì)量，r為衛(wèi)星運行的軌道半徑)

�、傩l(wèi)星與地心的距離r越大，則v越小

當(dāng)r最小時，r＝R時，線速度最大　(第一宇宙速度7.9km/s)

②高軌道發(fā)射衛(wèi)星比低軌道發(fā)射衛(wèi)星困難。原因是高軌道發(fā)射衛(wèi)星時火箭要克服地球?qū)λ�引力做更多的�?/p>

⑵三種宇宙速度

　①第一宇宙速度(環(huán)繞速度)：v₁=7.9km/s

　　a、意義：它是人造衛(wèi)星在地面附近繞地球做勻速圓周運動所必須具備的速度

b推導(dǎo)：方法一：由得：　

方法二：　　

c、如果衛(wèi)星的速度小于第一宇宙速度，衛(wèi)星將落到地面而不能繞地球運轉(zhuǎn)；等于這個速度衛(wèi)星剛好能在地球表面附近作勻速圓周運動；如果大于7.9km/s，而小于11.2km/s，衛(wèi)星將沿橢圓軌道繞地球運行，地心就成為橢圓軌道的一個焦點。

②第二宇宙速度(脫離速度)：

a、意義：使衛(wèi)星掙脫地球的引力束縛，成為繞太陽運行的人造行星的最小發(fā)射速度。

b、如果人造天體的速度大于11.2km/s而小于16.7km/s，則它運行的軌道相對于太陽是橢圓，太陽就成為該橢圓軌道的一個焦點。

③第三宇宙速度(逃逸速度)：v₃＝16.7km/s

a、意義：使衛(wèi)星掙脫太陽引力束縛的最小發(fā)射速度

b、如果人造天體具有這樣的速度并沿著地球繞太陽的的公轉(zhuǎn)方向發(fā)射時，就可以擺脫地球和太陽的引力的束縛而遨游太空了。

例題：已知物體從地球上的逃逸速度(第二宇宙速度)v₂=，其中G、M_E、R_E分別是引力常量、地球的質(zhì)量和半徑，已知G=6.67×10^-11N·m²/kg²，c=2.9979×10⁸m/s求下列問題：(1)逃逸的速度大于真空中光速的天體叫做黑洞，設(shè)某黑洞的質(zhì)量等于太陽的質(zhì)量M=1.98×10³⁰kg，求它的可能最大半徑(這個半徑叫Schwarzchild半徑)；(2)在目前天文觀測范圍內(nèi)，物質(zhì)的平均密度為10^-27kg/m³，如果認(rèn)為我們的宇宙是這樣一個均勻大球體，其密度使得它的逃逸速度大于光在真空中的速度c，因此任何物體都不能脫離宇宙，問宇宙的半徑至少多大？

解析：(1)由題目提供的信息可知，任何天體均存在其所對應(yīng)的逃逸速度v₂= 　，其中M、R為天體的質(zhì)量和半徑，對黑洞模型來說v₂>c，所以R<==2.94×10³m,即質(zhì)量為1.98×10³⁰kg的黑洞的最大半徑為2.94×10³m.。

(2)把宇宙視為一普通天體，則其質(zhì)量為M=ρ·V=ρ·πR³

其中R為宇宙的半徑，ρ為宇宙的密度，則宇宙所對應(yīng)的逃逸速度為v₂=，由于宇宙密度使得逃逸速度大于光速c即，v₂>c

則由以上三式可得R>=4.01×10²⁶m，合4.24×10¹⁰光年。

點評： 這是一道假設(shè)推理題，要求建立一個物理假象的模型，這能培養(yǎng)學(xué)生的想象力和處理解決問題的能力，同時這也是高考趨勢的發(fā)展方向。《考試說明》要求考生：能夠根據(jù)已知的知識和所給的物理事實、條件，對物理問題進行邏輯推理和論證，得出正確的結(jié)論或作出正確的判斷，并能把推理過程表達出來，論證推理有助于加強對學(xué)生的推理能力的考查。

2、萬有引力定律：

⑴表述：自然界中任何兩個物體都是相互吸引的，引力的大小跟這兩個物體的質(zhì)量的乘積成正比，跟它們的距離的二次方成反比

⑵公式：　其中M₁、M₂是兩個物體的質(zhì)量，r為兩物體間的距離，G為萬有引力常量

⑶引力常量G：①適用于任何兩個物體　

②意義：它在數(shù)值上等于兩個質(zhì)量都是1㎏的物體相距1m時的相互作用力

③G的通常取值為G＝6.67×10^－11Nm²/㎏²

⑷適用條件：①萬有引力定律只適用于質(zhì)點間引力大小的計算。當(dāng)兩物體間的距離遠遠大于每個物體的尺寸時物體可以看成質(zhì)點，直接用萬有引力定律計算

②當(dāng)兩物體是質(zhì)量分布均勻的球體時，它們間的萬有引力也可直接用公式計算，但式中的r是指兩球心間的距離

③當(dāng)研究物體不能看成質(zhì)點時，可以把物體假想分割成無數(shù)個質(zhì)點，求出每個質(zhì)點與另一個物體的所有質(zhì)點的萬有引力，然后求合力。

　⑸地球上質(zhì)量為m的物體所受的重力近似等于地球?qū)ξ矬w的萬有引力，可用mg＝GMm/r²計算

　⑹對萬有引力定律的進一步理解

�、倨毡樾裕喝f有引力是普遍存在于宇宙中的任何有質(zhì)量的物體間的相互吸引力，它是自然界的物體間的基本相互作用之一。

②相互性：兩個物體相互作用的引力是一對作用力與反作用力，符合牛頓第三定律

③宏觀性：通常情況下，萬有引力非常小，只有在質(zhì)量巨大的天體間或天體與物體間它的存在才有宏觀的物理意義。在微觀世界中，粒子的質(zhì)量都非常小，粒子間的萬有引力很不顯著，萬有引力可忽略不計

⑺引力常量G的測定：

�、倏ㄎ牡显S扭秤實驗：

②G的值：利用控制變量法多次進行測量，得出萬有引力常量G＝6.67259×10^－11Nm²/kg²，

通常取6.67×10^-11 Nm²/kg²。

　③測定引力常量的意義:證明了萬有引力的存在；使得萬有引力定律有了真正的實用價值，可測定遠離地球的一些天體的質(zhì)量、平均密度等。如根據(jù)地球表面的重力加速度可以測定地球的質(zhì)量

1、開普勒三定律：

⑴開普勒第一定律(軌道定律)：所有的行星圍繞太陽運動的軌道都是橢圓，太陽處在所有橢圓的一個焦點上

⑵開普勒第二定律(面積定律)：太陽和行星的連線在相等的時間內(nèi)掃過相等的面積

⑶開普勒第三定律(周期定律)：所有行星的軌道的半長軸的三次方跟公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等

　對T₁、T₂表示兩個行星的公轉(zhuǎn)周期，R₁、R₂表示兩行星橢圓軌道的半長軸，則周期定律可表示為

或，比值k是與行星無關(guān)而只與太陽有關(guān)的恒量

[注意]：⑴開普勒定律不僅適用于行星，也適用于衛(wèi)星，只不過此時^‘，比值k^’是由行星的質(zhì)量所決定的另一恒量。

　　　　 ⑵行星的軌道都跟圓近似，因此計算時可以認(rèn)為行星是做勻速圓周運動

　　　　　 ⑶開普勒定律是總結(jié)行星運動的觀察結(jié)果而總結(jié)歸納出來的規(guī)律，它們每一條都是經(jīng)驗定律，都是從觀察行星運動所取得的資料中總結(jié)出來的。

例題：飛船沿半徑為R的圓周繞地球運動，其周期為T，如果飛船要返回地面，可在軌道上的某一點A處，將速率降低到適當(dāng)數(shù)值，從而使飛船沿著以地心為焦點的橢圓軌道運動，橢圓和地球表面在B點相切，如圖所示，如果地球半徑為R₀，求飛船由A點到B點所需要的時間。

解析：依開普勒第三定律知，飛船繞地球做圓周(半長軸和半短軸相等的特殊橢圓)運動時，其軌道半徑的三次方跟周期的平方的比值，等于飛船繞地球沿橢圓軌道運動時，其半長軸的三次方跟周期平方和比值，飛船橢圓軌道的半長軸為，設(shè)飛船沿橢圓軌道運動的周期為T＇，則有

而飛船從A點到B點所需的時間為

t=

2、若上題中，看不到明暗條紋，只看到一片亮區(qū)，應(yīng)注意如何調(diào)節(jié)？

　[解析]這是由于單縫與雙縫不平行所致，可用遮光筒上的調(diào)節(jié)桿撥動單縫，直到看到清晰的明暗條紋為止。

5、調(diào)節(jié)的基本依據(jù)是：照在像屏上的光很弱，主要原因是燈絲與單縫、雙縫、測量頭與遮光筒不共軸線所致，干涉條紋不清晰一般主要原因是單縫與雙縫不平行所致。

[例題] 1、某位同學(xué)在測定光波的波長實驗中，透過測量頭的目鏡觀察雙縫干涉圖樣時，發(fā)現(xiàn)，只在工左側(cè)視野中有明暗相間的條紋出現(xiàn)，而右側(cè)沒有，應(yīng)如調(diào)節(jié)？

　[解析]這是由于測量頭目鏡偏離遮光筒軸線所致，可以轉(zhuǎn)動測量頭上的手輪，使測量頭向左移動，直到在目鏡中看到明暗條紋布滿視野為止。

4、光源燈絲最好為線狀燈絲，并與單縫平行靠近。

3、安裝時，注意調(diào)節(jié)光源、濾光片、單縫、雙縫的中心均在遮光筒的中心軸線上，并使單縫、雙縫平行且豎直

2、濾光片、單縫、雙縫、目鏡等如有灰塵，應(yīng)用擦鏡紙輕輕擦去。

1、雙縫干涉儀是比較精密的儀器。應(yīng)輕拿輕放，不要隨便拆解遮光筒，測量頭等元件。