〖例2〗已知月球绕地球运动周期T和轨道半径r，地球半径为R求(1)地球的质量?(2)地球的平均密度?

〖思路分析〗

设月球质量为m，月球绕地球做匀速圆周运动，

则：     ，

(2)地球平均密度为

答案：   ;

总结：①已知运动天体周期T和轨道半径r，利用万有引力定律求中心天体的质量。

②求中心天体的密度时，求体积应用中心天体的半径R来计算。

〖变式训练2〗人类发射的空间探测器进入某行星的引力范围后，绕该行星做匀速圆周运动，已知该行星的半径为R，探测器运行轨道在其表面上空高为h处，运行周期为T。

(1)该行星的质量和平均密度?(2)探测器靠近行星表面飞行时，测得运行周期为T1，则行星平均密度为多少?

答案：(1) ;   (2)

3. 地球的同步卫星(通讯卫星)

同步卫星：相对地球静止，跟地球自转同步的卫星叫做同步卫星，周期T=24h，同步卫星又叫做通讯卫星。

同步卫星必定点于赤道正上方，且离地高度h，运行速率v是唯一确定的。

设地球质量为 ，地球的半径为 ，卫星的质量为 ，根据牛顿第二定律

设地球表面的重力加速度 ，则

以上两式联立解得：

同步卫星距离地面的高度为

同步卫星的运行方向与地球自转方向相同

注意：赤道上随地球做圆周运动的物体与绕地球表面做圆周运动的卫星的区别

在有的问题中，涉及到地球表面赤道上的物体和地球卫星的比较，地球赤道上的物体随地球自转做圆周运动的圆心与近地卫星的圆心都在地心，而且两者做匀速圆周运动的半径均可看作为地球的R，因此，有些同学就把两者混为一谈，实际上两者有着非常显著的区别。

地球上的物体随地球自转做匀速圆周运动所需的向心力由万有引力提供，但由于地球自转角速度不大，万有引力并没有全部充当向心力，向心力只占万有引力的一小部分，万有引力的另一分力是我们通常所说的物体所受的重力(请同学们思考：若地球自转角速度逐渐变大，将会出现什么现象?)而围绕地球表面做匀速圆周运动的卫星，万有引力全部充当向心力。

赤道上的物体随地球自转做匀速圆周运动时由于与地球保持相对静止，因此它做圆周运动的周期应与地球自转的周期相同，即24小时，其向心加速度

;而绕地球表面运行的近地卫星，其线速度即我们所说的第一宇宙速度，

它的周期可以由下式求出：

求得 ，代入地球的半径R与质量，可求出地球近地卫星绕地球的运行周期T约为84min，此值远小于地球自转周期，而向心加速度 远大于自转时向心加速度。

已知地球的半径为R=6400km，地球表面附近的重力加速度 ，若发射一颗地球的同步卫星，使它在赤道上空运转，其高度和速度应为多大?

：设同步卫星的质量为m，离地面的高度的高度为h，速度为v，周期为T，地球的质量为M。同步卫星的周期等于地球自转的周期。

①

②

由①②两式得

又因为                          ③

由①③两式得

：

：此题利用在地面上 和在轨道上 两式联立解题。

下面关于同步卫星的说法正确的是(       )

A .同步卫星和地球自转同步，卫星的高度和速率都被确定

B .同步卫星的角速度虽然已被确定，但高度和速率可以选择，高度增加，速率增大;高度降低，速率减小

C .我国发射的第一颗人造地球卫星的周期是114分钟，比同步卫星的周期短，所以第一颗人造地球卫星离地面的高度比同步卫星低

D .同步卫星的速率比我国发射的第一颗人造卫星的速率小

：ACD

三、第七章机械能守恒定律

(一)、知识网络

(二)、重点内容讲解

1.机车起动的两种过程

一恒定的功率起动

机车以恒定的功率起动后，若运动过程所受阻力f不变,由于牵引力F=P/v随v增大,F减小.根据牛顿第二定律a=(F-f)/m=P/mv-f/m,当速度v增大时,加速度a减小，其运动情况是做加速度减小的加速运动。直至F=F'时,a减小至零,此后速度不再增大，速度达到最大值而做匀速运动，做匀速直线运动的速度是

vm=P/f,下面是这个动态过程的简单方框图

速度 v                                    当a=0时

a  =(F-f)/m            即F=f时               保持vm匀速

F   =P/v                                v达到最大vm

变加速直线运动                   匀速直线运动

这一过程的v-t关系如图所示

车以恒定的加速度起动

由a=(F-f)/m知,当加速度a不变时,发动机牵引力F恒定,再由P=F•v知,F一定,发动机实际输出功P 随v的增大而增大,但当增大到额定功率以后不再增大,此后,发动机保持额定功率不变,继续增大,牵引力减小,直至F=f时,a=0 ,车速达到最大值vm= P额 /f,此后匀速运动

在P增至P额之前,车匀加速运动,其持续时间为

t0 = v0/a= P额/F•a = P额/(ma+F’)a

(这个v0必定小于vm,它是车的功率增至P额之时的瞬时速度)计算时,先计算出F,F-F’=ma ,再求出v=P额/F,最后根据v=at求t

在P增至P额之后,为加速度减小的加速运动,直至达到vm.下面是这个动态过程的方框图.

匀加速直线运动  变加速直线运动

匀速直线运动 v

vm

注意:中的仅是机车的牵引力,而非车辆所受的合力,这一点在计算题目中极易出错.

实际上,飞机’轮船’火车等交通工具的最大行驶速度受到自身发动机额定功率P和运动阻力f两个因素的共同制约,其中运动阻力既包括摩擦阻力,也包括空气阻力,而且阻力会随着运动速度的增大而增大.因此,要提高各种交通工具的最大行驶速度,除想办法提高发动机的额定功率外,还要想办法减小运动阻力,汽车等交通工具外型的流线型设计不仅为了美观,更是出于减小运动阻力的考虑.

2. 动能定理

内容：合力所做的功等于物体动能的变化

表达式：W合=EK2-EK1=ΔE或W合= mv22/2- mv12/2 。其中EK2表示一个过程的末动能mv22/2，EK1表示这个过程的初动能mv12/2。

物理意义：动能地理实际上是一个质点的功能关系，即合外力对物体所做的功是物体动能变化的量度，动能变化的大小由外力对物体做的总功多少来决定。动能定理是力学的一条重要规律，它贯穿整个物理教材，是物理课中的学习重点。

说明：动能定理的理解及应用要点

动能定理的计算式为标量式，v为相对与同一参考系的速度。

动能定理的研究对象是单一物体,或者可以看成单一物体的物体系.

动能定理适用于物体的直线运动，也适用于曲线运动;适用于恒力做功，也适用于变力做功，力可以是各种性质的力，既可以同时作用，也可以分段作用。只要求出在作用的过程中各力做功的多少和正负即可。这些正是动能定理解题的优越性所在。

若物体运动的过程中包含几个不同过程，应用动能定理时，可以分段考虑，也可以考虑全过程作为一整体来处理。

3.动能定理的应用

一个物体的动能变化ΔEK与合外力对物体所做的功W具有等量代换关系，若ΔEK›0，表示物体的动能增加，其增加量等于合外力对物体所做的正功;若ΔEK‹0，表示物体的动能减小，其减少良等于合外力对物体所做的负功的绝对值;若ΔEK=0，表示合外力对物体所做的功等于零。反之亦然。这种等量代换关系提供了一种计算变力做功的简便方法。

动能定理中涉及的物理量有F、L、m、v、W、EK等，在处理含有上述物理量的力学问题时，可以考虑使用动能定理。由于只需从力在整个位移内的功和这段位移始末两状态动能变化去考察，无需注意其中运动状态变化的细节，又由于动能和功都是标量，无方向性，无论是直线运动还是曲线运动，计算都会特别方便。

动能定理解题的基本思路

选取研究对象，明确它的运动过程。

分析研究对象的受力情况和各个力做功情况然后求各个外力做功的代数和。

明确物体在过程始末状态的动能EK1和EK2。

列出动能定理的方程W合=EK2-EK1，及其他必要的解题过程，进行求解。

4.应用机械能守恒定律的基本思路：

应用机械能守恒定律时，相互作用的物体间的力可以是变力，也可以是恒力，只要符合守恒条件，机械能就守恒。而且机械能守恒定律，只涉及物体第的初末状态的物理量，而不须分析中间过程的复杂变化，使处理问题得到简化，应用的基本思路如下：

选取研究对象-----物体系或物体。

根据研究对象所经右的物理过程，进行受力、做功分析，判断机械能是否守恒。

恰当地选取参考平面，确定对象在过程的初末状态时的机械能。(一般选地面或最低点为零势能面)

根据机械能守恒定律列方程，进行求解。

注意：(1)用机械能守恒定律做题，一定要按基本思路逐步分析求解。

(2)判断系统机械能是否守怛的另外一种方法是：若物体系中只有动能和势能的相互转化而无机械能与其它形式的能的转化，则物体系机械能守恒。