高中物理万有引力与航天知识点专题汇总
一、人类认识天体运动的历史
1、“地心说”的内容及代表人物：托勒密（欧多克斯、亚里士多德）
2、“日心说”的内容及代表人物： 哥白尼（布鲁诺被烧死、伽利略）
二、开普勒行星运动定律的内容
开普勒第二定律：V近>V远
开普勒第三定律：
K：与中心天体质量有关，与环绕星体无关的物理量；必须是同一中心天体的星体才可以列比例，太阳系：
三、万有引力定律
1、内容及其推导：应用了开普勒第三定律、牛顿第二定律、牛顿第三定律。
①
②
③
2、表达式：
3、内容：自然界中任何两个物体都相互吸引，引力的方向在它们的连线上，引力的大小与物体的质量m1,m2的乘积成正比，与它们之间的距离r的二次方成反比。
4、引力常量：
，牛顿发现万有引力定律后的100多年里，卡文迪许在实验室里用扭秤实验测出。
5、适用条件：
（1）适用于两个质点间的万有引力大小的计算。
（2）对于质量分布均匀的球体，公式中的r就是它们球心之间的距离。
（3）一个均匀球体与球外一个质点的万有引力也适用，其中r为球心到质点间的距离。
（4）两个物体间的距离远远大于物体本身的大小时，公式也近似的适用，其中r为两物体质心间的距离。
6、推导：
四、万有引力定律的两个重要推论
1、在匀质球层的空腔内任意位置处，质点受到地壳万有引力的合力为零。
2、在匀质球体内部距离球心r处，质点受到的万有引力就等于半径为r的球体的引力。
五、黄金代换
若已知星球表面的重力加速度g和星球半径R，忽略自转的影响，则星球对物体的万有引力等于物体的重力，有
所以
。
其中
是在有关计算中常用到的一个替换关系，被称为黄金替换。
导出：对于同一中心天体附近空间内有
，即：
环绕星体做圆周运动的向心加速度就是该点的重力加速度。
六、双星系统
两颗质量可以相比的恒星相互绕着旋转的现象，叫双星。
设双星的两子星的质量分别为
和
，相距L，
和
的线速度分别为
和
，角速度分别为
和
，由万有引力定律和牛顿第二定律得：
相同的有：周期，角速度，向心力 ，因为
，所以
轨道半径之比与双星质量之比相反：
线速度之比与质量比相反：
七、宇宙航行
1、卫星分类：侦察卫星、通讯卫星、导航卫星、气象卫星……
2、卫星轨道：可以是圆轨道，也可以是椭圆轨道。地球对卫星的万有引力提供向心力，所以圆轨道圆心或椭圆轨道焦点是地心。分为赤道轨道、极地轨道、一般轨道。
3、三个宇宙速度：
（1）第一宇宙速度（发射速度）：7.9km/s。
最小的发射速度，最大的环绕速度。
（2）第二宇宙速度（脱离速度）：11.2km/s。
物体挣脱地球引力束缚，成为绕太阳运行的小行星或飞到其他行星上去的最小发射速度。
（3）第三宇宙速度（逃逸速度）：16.7km/s。
物体挣脱太阳引力束缚、飞到太阳系以外的宇宙空间去的最小发射速度。
当7.9km/s＜v＜11.2km/s时，卫星绕地球旋转，其轨道是椭圆，地球位于一个焦点上。
当11.2km/s＜v＜16.7 km/s时，卫星脱离地球束缚，成为太阳系的一颗小行星。
4、人造卫星的线速度、角速度、周期表达式：将不同轨道上的卫星绕地球运动都看成是匀速圆周运动，则有 ：
同一中心天体的环绕星体（靠万有引力提供向心力的环绕星体，必须是“飘”起来的，赤道上的物体跟同步卫星比较不可以用此结论） R↑T↑a↓v↓ω↓
5、超重与失重：人造卫星在发射升空时，有一段加速运动；在返回地面时，有一段减速运动。
两个过程加速度方向均向上，因为都是超重状态。
人造卫星在沿圆轨道运行时，万有引力提供向心力，所以处于完全失重状态。
八、典型卫星
1、近地卫星：通常把高度在500千米以下的航天器轨道称为低轨道，500千米~2000千米高的轨道称为中轨道。中、低轨道合称为近地轨道。
在高中物理中，近地卫星环绕半径R≈R地 =6400Km，
2、同步卫星：相对地面静止且与地球自转具有相同周期的卫星叫地球同步卫星，又叫通讯卫星。
特点：
（1）运行方向与地球自转方向一致（自西向东）。
（2）周期与地球自转周期相同，T=24小时。
（3）角速度等于地球自转角速度。
（4）所有卫星都在赤道正上方，轨道平面与赤道平面共面。
（5）高度固定不变，离地面高h=36000km
（6）三颗同步卫星作为通讯卫星，则可覆盖全球（两级有部分盲区）
（7）地球所有同步卫星，T、ω、v、h、均相同，m可以不同。
3、扩展：
（1）变轨问题：从内往外为第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ轨道，左边切点为A点，右边切点为B点。
（内轨道加速到达外轨道）
（同一位置，a相同）
（内轨道加速达到外轨道）
（同一位置，a相同）
（离地球越近，g越大）
（离地球越近，g越大）
（2）赤道上物体与头顶同步卫星比较：
（3）对接问题：后面卫星，先减速，做向心运动，降低一定高度后，再加速，离心，同时速度减慢，与前面卫星对接。