天体运动

2024-10-21

天体运动（通用12篇）

天体运动篇1

摘要：天体运动涉及开普勒三定律、牛顿三大运动定律、万有引力定律及其他运动学和能量等方面知识, 是一个综合型较强的知识应用模块。有一系列较为复杂的特别具体的天体运动情形, 从而就有了相当多的计算公式。如何恰当使用有关公式, 分析某个天体运动情形, 就成了一个重点和难点。如何让学生正确认识, 准确把握这一知识模块?笔者在教学中作了有益探究。

关键词：天体运动,教学,探究

航天是当代非常热门而又现实的话题之一。随着该话题的不断升温, 天体运动问题在近几年的高考中, 牢牢占据了一定的比例, 知识考查点逐步深入, 题型也在创造性地发生变革。如何让学生正确认识, 准确把握这一知识模块?笔者在教学中作了如下探究。

1 认清一个本质

由运动学、牛顿力学知识可以知道, 运动中存在因果关系。物体的运动状态, 与物体所受的内因和外因有必然的因果联系。即物体在某一时刻的运动状态 (位移、速度、加速度等) 由物体的内因 (初始位移、初始速度、质量) 和外因 (所受力、受力时间等) 决定。其数学表现形式:

天体运动作为一个具体的运动形式, 必然遵循上述因果关系。只不过, 此时的物体是某些具体的天体, 起主导作用的作用力为万有引力而已。因此, 在天体运动问题的教与学的过程中, 要牢牢把握住这样一个本质特征:天体运动的位移 (轨迹) 、速度等运动参量由天体的质量、初始位移、初始速度、所受的力及受力时间等共同决定。

认识到这一点, 就不难理解天体为何或做圆周运动、或做椭圆运动、或做抛物线运动。人造天体在绕地运行中发生变轨, 也是因为人造天体的速度与受力的关系发生了变化。通过改变人造天体的速度大小或方向, 就可以提升或降低天体运行的轨道。

2 融合三大定律

从该专题在教材中出现的位置来看, 天体运动为开普勒三定律、牛顿三大运动定律及万有引力定律的综合应用。它综合了经典力学中的力、运动、能量等多方面的知识, 是对力、运动、能量等知识加深理解的绝好楔入点。

可见, 开普勒三定律、牛顿三大运动定律及万有引力定律三者之间是一般规律 (牛顿三大运动定律) 与具体运动形式 (天体运动) 之间的关系。由此, 可以得到以下关系图:

再结合重力、圆周运动等相关概念, 就会形成一系列较为复杂的特别具体的天体运动情形, 从而就有了相当多的计算公式。如何恰当使用有关公式, 分析某个天体运动情形, 就成了一个重点和难点。这也是不少学生害怕天体运动这一类问题的根本原因。

在教学中, 就是要引导学生在厘清三大定律的基础上, 紧扣F向=F万这一核心关系, 理解各类天体运动情形的分析过程, 掌握相关公式的推演。在此基础上, 引导学生甄别天体运动情形, 恰当使用有关公式, 提升分析解决问题的能力。

3 掌握五类典型问题

为进一步加强教学效果, 加深对天体运动专题的理解和认识, 这里列举天体运动五个典型问题说明。

3.1 计算天体质量或密度

通过物体在某个天体表面所受的“重力”或围绕某个天体运动的情形, 利用万有引力计算该天体质量或密度。这里以计算天体质量为例。

情形一:通过物体在某个天体表面所受的“重力”, 利用万有引力计算该天体质量。

物体在天体表面所受到的万有引力近似等于物体的“重力”, 不考虑天体自传影响。

其中, G为万有引力常数, g为天体表面的“重力”加速度, R为天体的半径。

需要指出的是, 这一近似在其他涉及近天体表面问题中也被广泛使用。

情形二:通过物体围绕某个天体运动, 利用万有引力计算该天体质量。

可以先将物体围绕某个天体运动近似地看成圆周运动, 此时万有引力充当向心力。

其中, r、v、ω、T分别为物体围绕某个天体运动的半径、线速度、角速度和周期。

3.2 同步卫星

所谓“同步卫星”, 通常以地球为例, 指人造卫星绕地球的周期和地球的自转周期相同, 又称“静止卫星”。可以证明, 此时人造卫星的动行轨道只能在赤道上方, 且T卫=T自。

这样, 同步卫星距离地面的高度:h=r-R。

3.3 双星运动

两颗质量可以相比的恒星相互绕着旋转的现象, 叫双星运动。双星运动问题是万有引力定律在天文学上的应用的一个重要内容, 双星中两颗子星相互绕着旋转可看作匀速圆周运动, 且周期相等, 其向心力由两恒星间的万有引力提供。

设双星的两子星的质量分别为M1和M2, 相距L, M1和M2的线速度分别为v1和v2, 角速度分别为ω1和ω2 (ω1=ω2, T1=T2) , 由万有引力定律和牛顿第二定律得: (下转第258页)

从而可以推得:v1∶v2=r1∶r2=m2∶m1

在这里要特别注意:两子星间的距离L与两子星做圆周运动的轨道半径r1、r2之间的约束关系:L=r1+r2。

3.4 变轨问题

卫星在轨期间自主改变运行轨道的过程称为变轨。变轨的动力学原因在于:卫星在轨运行时, 由于某种需要, 改变了卫星的线速度大小及方向, 从而改变了所需的向心力;又因为其运动的向心力由万有引力提供, 所以其所需的轨道半径也相应地发生变化, 这就形成了变轨。如图:

需要指出的是, 在切点 (P、Q) 处, 卫星处在两个不同轨道上的速

度是不同的。以Q点为例, 当卫星处在轨道1时做圆周运动, 可以求得其线速度为:而当卫星处在轨道2时做椭圆运动, 尽管高中阶段不要求精确计算v2Q, 我们还是可以定性地加以分析, 可以这样看, 因v1Q变化到了v2Q, 卫星必不能保持原有轨道1的圆周运动, 而发生了离心运动, 即v2Q>v1Q;同理可知:v3P>v2P。

由圆周运动线速度公式, 可知v1Q>v3P, 所以就有:v2Q>v1Q>v3P>v2P

3.5 能量转化

在天体运动问题中, 还有一类涉及到能量转化。视卫星与地球构成一独立系统, 万有引力为保守力, 取无穷远处为该系统零势能点, 则卫星在距离地球r处的势能为:

设卫星在距离地球r处的圆周轨道上运行, 则此时卫星的动能为:

则系统机械能为:

可以看出, 随着轨道上升, r增大, Epr增大, Ekr减小, Er增大。

所以, 卫星轨道越高, 发射时所需要的能量就越多, 火箭的推力要求也就越大。

除上述的五类典型问题外, 近几年的高考还相继出现了新的考查点, 如Lagrange点、地球自转效应、黑洞等。

但万变不离其宗, 在分析具体问题时, 只要深刻领悟天体运动的本质特征, 将三大定律与其它相关知识融会贯通, 紧扣F向=F万这一核心关系, 便可抓住问题实质, 起到事半功倍的效果。

参考文献

[1]张健.天体运动的常见题型及其解法[J].物理教学探讨, 2013 (7) .

[2]王晓辉.万有引力学习中的地球自转[J].物理教学探讨, 2013 (4) .

[3]王万林.万有引力复习中简约不简单的“一式三模”法[J].中学物理, 2013 (6) .

[4]汤玉林.《万有引力与航天》二、三事[J].中学物理, 2013 (1) .

[5]宋秀君.人造卫星变轨问题面面观[J].中学物理, 2013 (7) .

天体运动篇2

(1)自然天体：恒星、星云、行星、卫星、流星、彗星及星际空间的气体和尘埃等。最基本的天体是恒星和星云。太阳是距离地球最近的一颗恒星。

恒星：由炽热气体组成，能自己发光的球状天体，有很大的质量。

星云：由气体和尘埃组成的呈云雾状外表的天体，主要成分是氢。

外貌组成发光质量体积密度主要成分恒星球状气体自己发光小大较大氢、氦等星云云雾状气体和尘埃自己不发光。

行星：围绕恒星运行的天体，太阳系共有八大行星，体积、质量木星最大。

流星体：行星际空间的尘粒和固体小块。流星体进入地球大气层与空气摩擦形成流星现象。沿同一轨道绕太阳运行的大群流星体，称为流星群。流星群与地球相遇时，人们会看到某一区域某一时间流星数目显著增加，有时甚至像下雨一样，这种现象称为流星雨。大多数是以辐射点所在星座或附近的.恒星命名，如狮子座流星雨。

彗星：在扁长轨道上绕太阳运行的一种质量较小的天体，呈云雾状的独特外貌。著名的哈雷彗星的公转周期是76年。

天体与地球运动规律的异同篇3

一、地球同步通信卫星与赤道上的物体运动规律的异同

大家都知道，地球同步通信卫星之所以会获得这个名称，是因为它虽然是在赤道上空的太空中运行的，但它与地球却是保持相对静止的。它绕地球做匀速网周运动所需的向心力完全是由地球对它的万有引力提供

赤道上的物体与地球同步通信卫星的相同之处是：二者均具有与地球白转相同的运行周期和运行角速度，始终与地球保持相对静止，共同绕地轴做匀速圆周运动。

例1

设地球的半径为R，地球自转周期为T，地球同步通信卫星距赤道地面的高度为h，质量为m.试求此卫星处在同步轨道上运行时与处在赤道地面上静止时的

（1）线速度之比：

（2）向心加速度之比；

（3）所需向心力之比.

解析

由于同步通信卫星在轨道上运行时与处在赤道地面上静止时，具有与地球自转相同的运行角速度，则据此可得

例2

地球同步卫星的轨道半径为

二、人造地球卫星与地面物体受阻运动规律异同

对于地面上做直线运动的物体来说，由牛顿运动定律和运动学规律可知，如果物体受到阻力的作用，必然产生与运动方向相反的加速度而做减速运动，直至最后停下来。还有万有引力的存在。决定人造地球卫星运动状态的主要因素是万有引力，而不是它所受的阻力。

三、航天飞机的对接与地面物体追及的异同

对于地面物体的直线运动来说，当两个运动的物体发生追赶运动时，只要追赶物体的速度大于被迫物体的速度，则一定可以追及，并且追上时，必有追赶物体与被追物体相对于同一起点的位移相同.这是追及问题的必要条件。

对于航天飞机与宇宙空间站的对接，其实际上就是两个匀速网周运动的追赶问题，本质仍然是人造天体的变轨问题。要使航天飞机与宇宙空间站对接成功，必须让航天飞机在较低的轨道上加速，通过速度v的增变速、变轨过程而完成航天飞机与宇宙空间站成功对接。

如图所示是航天飞机与宇宙空间站对接轨道示意图。其中规道1是地球卫星的一个环绕轨道（圆型轨道），轨道3是宇宙空间站的运行轨道，轨道2是一个长轴的两端点Q、P分别相切于轨道1和轨道3的椭网轨道。航天飞机只有从预定的轨道1上的Q点，以一定的速度和加速度沿轨道2的半个椭圆运动，才能恰好在轨道3的P点与宇宙空间站完成对接。

例4

在地球某一圆形轨道上运行的宇宙空间站，是适于人类长期生活的大型人造航天器。“和平号”空间站是人类历史上发射的第九座空间站，其中设有工作舱、过渡舱、服务舱等。自1986年2月进入太空轨道后，先后与五个太空舱对接成功。15年来，“和平号”宇宙空间站先后同90多艘载人航天飞机及货运飞船成功对接，总共接纳了28个长期考察组和30个国际联合考察组，有108名宇航员登上了“和平号”宇宙空间站。“和平号”宇宙空间站于2001年3月23日回收坠入南太平洋。宇航员乘坐航天飞机加速升空进入轨道，与“和平号”宇宙空间站对接后才能进入太空站，航天飞机为了追上并实现与空间站的成功对接，下列说法中正确的是

（

）

A.只能从空间站同一轨道加速

B.只能从较高轨道加速

C.只能从较低轨道加速

D.无论在什么轨道上加速都行航天飞机做远离地球的离心运动而离开宇宙空间站所在的轨道，无法实现与宇宙空间站的对接，因此选项A是错误的.

如果让航天飞机从较高的轨道上采用减小速度、降低轨道而实现与宇宙空间站的对接，则不仅技术无法完成，还应让航天飞机必须穿越宇宙空间站所在轨道而进入更高的轨道，必然会消耗大量的能量，因而这种方法不可取。因此选项B错。

因为要使航天飞机与宇宙空间站对接，首先必须加速追赶；其次由于加速必然导致轨道半径的增大。因而要实现航天飞机与宇宙空间站的成功对接，就必须让航天飞机从较低的轨道上加速，并沿一特定的椭网轨道，使之在宇宙空间站的轨道上实现对接。故选项C正确。

由以上的讨论可知，“无论在什么轨道上加速都行”是绝对不行的，故选项D错误。

天体的运动规律考点解读篇4

我国的航天技术走在世界的前列, 这是中华民族的骄傲和自豪.现在每年高考, 无论哪一份物理试卷都要涉及这一部分知识, 有的试卷以选择题的形式出现, 有的试卷以计算题的形式出现.下面对这一部分知识的相关考点进行归纳分析.

考点一卫星所受万有引力提供向心力

用M、m分别表示地球和卫星的质量, 用R表示地球半径, r表示人造卫星的轨道半径, 也是卫星到地心的距离.

可以得到:

$G \frac{Μ m}{r^{2}} = m \frac{v^{2}}{r} = m ω^{2} r = m \frac{4 π^{2}}{Τ^{2}} r = m a$ 向

由此得出四个重要的结论:

$① v = \sqrt{\frac{G Μ}{r}} \propto \frac{1}{\sqrt{r}}$

即:卫星离地心越远, 它运行的速度越小.

$② Τ = \frac{2 π r}{v} = 2 π \sqrt{\frac{r^{3}}{G Μ}} \propto \sqrt{r^{3}}$

即:卫星离地心越远, 它运行的周期越长.

$③ ω = \frac{v}{r} = \sqrt{\frac{G Μ}{r^{3}}} \propto \frac{1}{\sqrt{r^{3}}}$

即:卫星离地心越远, 它运行的角速度越小.

④a向 $= \frac{G Μ}{r^{2}} \propto \frac{1}{r^{2}}$

即:卫星离地心越远, 它向心加速度越小.

由以上四式可知:v、T、ω、a向都只和r有关.

例1.r表示人造卫星的轨道半径, v为人造卫星的线速度, ω为人造卫星的角速度, 则v=rω, 有的同学说:“v和ω成正比.”这种说法对吗?

解析:这种说法是错误的, 只有在r一定时, 我们才能说v和ω成正比.由 $v = \sqrt{\frac{G Μ}{r}} \propto \frac{1}{\sqrt{r}}$ 可知v发生变化, r一定发生变化.所以题中同学的说法是错误的.

例2.用m表示地球同步通信卫星的质量、h表示卫星离地面的高度、M表示地球的质量、R0表示地球的半径、g0表示地球表面处的重力加速度、T0表示地球自转的周期、ω0表示地球自转的角速度, 则地球同步通信卫星的环绕速度v为 ( )

$\begin{array}{l} A . ω_{0} (R_{0} + h) B . \sqrt{\frac{G Μ}{R_{0} + h}} \\ C . \sqrt[3]{G Μ ω_{0}} D . \sqrt[3]{\frac{2 π G m}{Τ_{0}}} \end{array}$

解析:设地球同步卫星离地心的距离为r, 则r=R0+h, 则环绕速度v=rω0= (R+h) ω0;

同步卫星圆周运动由万有引力提供向心力, 即

$G \frac{Μ m}{r^{2}} = m \frac{v^{2}}{r}$

得 $v = \sqrt{\frac{G Μ}{r}} = \sqrt{\frac{G Μ}{R_{0} + h}}$ ;

又有 $G \frac{Μ m}{r^{2}} = m ω_{0}^{2} r$ , 则

$\begin{array}{l} r = \sqrt[3]{\frac{G Μ}{ω_{0}^{2}}} \\ v = ω_{0} r = ω_{0} \cdot \sqrt[3]{\frac{G Μ}{ω_{0}^{2}}} = \sqrt[3]{G Μ ω_{0}} = \sqrt[3]{\frac{2 π G Μ}{Τ_{0}}} . \end{array}$

故答案为ABC.

例3.根据天文观察, 某星球外有一光环, 环的内侧半径为R1, 环绕速度为v1, 外侧半径为R2, 环绕速度为v2, 如何判定这一光环是连续的, 还是由卫星群所组成?试说明你的判断方法.

解析:如果光环是连续的, 则光环是一个物体, 光环上的角速度相同, 由v1=ωR1, v2=ωR2, 得:

$\frac{v_{1}}{v_{2}} = \frac{R_{1}}{R_{2}}$ ;

如果光环是由卫星群所组成, 则由: $G \frac{Μ m_{1}}{R_{1}^{2}} = m_{1} \frac{v_{1}^{2}}{R_{1}}$ 、 $G \frac{Μ m_{2}}{R_{2}^{2}} = m_{1} \frac{v_{2}^{2}}{R_{2}}$ , 得:

$\frac{v_{1}}{v_{2}} = \sqrt{\frac{R_{2}}{R_{1}}} .$

即若v∝R, 则光环是连续的;若 $v \propto \frac{1}{\sqrt{R}}$ , 则光环是由分离的卫星群所组成.

考点二卫星所受万有引力和所受重力大小相等

1.在地球表面附近: $G \frac{Μ m}{R^{2}} = m g$

即: $g = \frac{G Μ}{R^{2}}$

2.在离地面的距离为h处: $G \frac{Μ m}{(R + h)^{2}} = m g^{'}$

即: $\frac{G Μ}{(R + h)^{2}} = g^{'}$

推广到月球上:g月 $= \frac{G Μ_{月}}{R_{月}^{2}} ‚ g$ 月为月球表面的重力加速度, M月为月球质量, R月为月球的半径.

例4.设地球表面的重力加速度为g1, 物体在距地心4R (R是地球半径) 处, 由于地球的引力作用而产生的重力加速度为g2, 则 $\frac{g_{2}}{g_{1}}$ 为 ( )

A.1 B.1/9

C.1/4 D.1/16

解析:因为 $g_{1} = \frac{G Μ}{R^{2}}, g_{2} = \frac{G Μ}{(4 R)^{2}}$ , 所以 $\frac{g_{2}}{g_{1}} = \frac{1}{16}$ , 所以D选项正确.

考点三有关近地卫星、同步卫星、赤道上随地球一起自转的物体的问题

1.近地卫星:轨道半径近似地可认为等于地球半径R, 由 $G \frac{Μ m}{R^{2}} = m \frac{v^{2}}{R}$ 得速率 $v = \sqrt{\frac{G Μ}{R}} = \sqrt{g R}$ , 周期 $Τ = \frac{2 π R}{v}$ .在所有绕地球做匀速圆周运动的人造卫星中是线速度最大, 周期最短的卫星.

2.同步卫星:地球同步卫星是相对地球表面静止的稳定运行卫星.

(1) 同步卫星一定位于赤道的正上方, 非同步人造地球卫星其轨道平面可与地轴有任意夹角.

(2) 同步卫星的运转周期与地球自转周期相同, 即:T=24h.

(3) 轨道半径为r=4.24×104km, 其离地面的高度h=5.6R=3.6×104km是一定的.

(4) 线速度大小为v=rω0=3.08×103m/s为定值, 绕行方向与地球自转方向相同.

3.赤道上随地球一起自转的物体:轨道半径等于地球半径, 运转周期与地球自转周期相同, 即:T=24h.

考点四求天体的质量

例5.已知地球绕太阳公转的轨道半径r=1.49×1011m, 公转的周期T=3.16×107s, 求太阳的质量M.

解析:根据地球绕太阳做圆周运动的向心力来源于万有引力得:

$\begin{array}{l} G \frac{Μ m}{r^{2}} = m \frac{4 π^{2}}{Τ^{2}} r \\ Μ = \frac{4 π^{2} r^{3}}{G Τ^{2}} \\ Μ = 1.96 \times 10^{30} k g . \end{array}$

例6.宇航员在一星球表面上的某高处, 沿水平方向抛出一小球.经过时间t, 小球落到星球表面, 测得抛出点与落地点之间的距离为L.若抛出时初速度增大到2倍, 则抛出点与落地点之间的距离为 $\sqrt{3} L$ .已知两落地点在同一水平面上, 该星球的半径为R, 万有引力常数为G.求该星球的质量M.

解析:设抛出点的高度为h, 第一次平抛的水平射程为X, 则有:

X2+h2=L2

由平抛运动规律得知, 当初速度增大到2倍时, 其水平射程也增大到2X, 可得:

$(2 X)^{2} + h^{2} = (\sqrt{3} L)^{2}$

设该星球上的重力加速度为g, 由平抛运动的规律得:

$h = \frac{1}{2} g t^{2}$

由万有引力定律与牛顿第二定律得:

$G \frac{Μ m}{R^{2}} = m g$

联立以上各式解得: $Μ = \frac{2 \sqrt[]{3} L R^{2}}{3 G t^{2}} .$

考点五计算天体的平均密度

通过观测天体表面运动卫星的周期T, 就可以求出天体的密度ρ.

例7.如果某行星有一颗卫星沿非常靠近此恒星的表面做匀速圆周运动的周期为T, 则可估算此恒星的密度为多少?

解析:设此恒星的半径为R, 质量为M, 由于卫星做匀速圆周运动, 则有 $G \frac{Μ m}{R^{2}} = m R \frac{4 π^{2}}{Τ^{2}}$ , 所以: $Μ = \frac{4 π^{2} R^{3}}{G Τ^{2}} .$

而恒星的体积 $V = \frac{4 π R^{3}}{3}$ , 所以恒星的密度 $ρ = \frac{Μ}{V} = \frac{3 π}{G Τ^{2}} .$

例8.一均匀球体以角速度ω绕自己的对称轴自转, 若维持球体不被瓦解的唯一作用力是万有引力, 则此球的最小密度是多少?

解析:设球体质量为M, 半径为R, 设想有一质量为m的质点绕此球体表面附近做匀速圆周运动, 则

$G \frac{Μ m}{R^{2}} = m R ω_{0}^{2}$ , 所以: $ω_{0}^{2} = \frac{4}{3} π G ρ .$

由于ω0≥ω得: $ω^{2} \leq \frac{4}{3} π G ρ$ , 则: $ρ \geq \frac{3 ω^{2}}{4 π G}$ , 即此球的最小密度为 $\frac{3 ω^{2}}{4 π G} .$

例9.某行星自转一周所需时间为地球上的6h, 在这行星上用弹簧秤测某物体的重量, 在该行星赤道上称得物重是两极时测得读数的90%, 已知万有引力恒量 $G = 6.67 \times 10^{- 11} \frac{Ν \cdot m^{2}}{k g^{2}}$ , 若该行星能看做球体, 则它的平均密度为多少?

解析:在两极, 由万有引力定律得

$m g = G \frac{Μ m}{R^{2}} ①$

在赤道 $G \frac{Μ m}{R^{2}} = m g^{'} + m \frac{4 π^{2}}{Τ^{2}} R ②$

依题意:mg′=0.9mg ③

由式①②③和球体积公式联立解得:

$ρ = \frac{3 π}{0.1 G Τ^{2}} = 3.03 \times 10^{3} k g / m^{3} .$

考点六 “双星”问题

例10.两个星球组成双星, 它们在相互之间的万有引力作用下, 绕连线上某点做周期相同的匀速圆周运动.现测得两星中心距离为R, 其运动周期为T, 求两星的总质量.

解析:设两星质量分别为M1和M2, 都绕连线上O点做周期为T的圆周运动, 星球1和星球2到O的距离分别为l1和l2.由万有引力定律和牛顿第二定律及几何条件可得:

$\begin{array}{l} l_{1} + l_{2} = R \\ G \frac{Μ_{1} Μ_{2}}{R^{2}} = Μ_{1} (\frac{2 π}{Τ})^{2} l_{1} \\ G \frac{Μ_{1} Μ_{2}}{R^{2}} = Μ_{2} (\frac{2 π}{Τ})^{2} l_{2} \end{array}$

联立解得: $Μ_{1} + Μ_{2} = \frac{4 π^{2} R^{3}}{G Τ^{2}} .$

考点七天体运动的周期性

例11. (2011 高考理综重庆卷第21题) 某行星和地球绕太阳公转的轨道均可视为圆.每过N年, 该行星会运行到日地连线的延长线上, 如图2所示.该行星与地球的公转半径比为 ( )

解析:在分析这道题之前, 我们先看下面这道题:钟表上的分针和秒针从第一次重合到第二次重合用多少时间?

解:钟表上的分针做匀速圆周运动的周期T分=60分=3600秒;角速度ω分 $= \frac{2 π}{Τ_{分}} = \frac{2 π}{3600} (r a d / s) .$

钟表上的秒针做匀速圆周运动的周期T秒=60秒;角速度ω秒 $= \frac{2 π}{Τ_{秒}} = \frac{2 π}{60} (r a d / s) .$

钟表上的分针和秒针从第一次重合到第二次重合的过程中, 秒针转动的圈数比分针多一圈, 则:ω秒t-ω分t=2π, 即: $\frac{2 π}{Τ_{秒}} t - \frac{2 π}{Τ_{分}} t = 2 π$ , 所以 $t = \frac{Τ_{分} Τ_{秒}}{Τ_{分} - Τ_{秒}} = \frac{3600 \times 60}{3600 - 60} = \frac{3600}{59} (s) .$

下面对2011 高考理综重庆卷第21题进行分析:

行星围绕太阳做匀速圆周运动的向心力是由太阳对行星的万有引力提供的.则:

$G \frac{Μ m_{1}}{r_{行}^{2}} = m_{1} \frac{4 π^{2}}{Τ_{行}^{2}} r_{行}$

得:T行 $= 2 π \sqrt{\frac{r_{行}^{3}}{G Μ}} ①$

地球围绕太阳做匀速圆周运动的向心力是由太阳对地球的万有引力提供的.则:

$G \frac{Μ m_{2}}{r_{地}^{2}} = m \frac{4 π^{2}}{Τ_{地}^{2}} r_{地}$

得: $Τ_{地} = 2 π \sqrt{\frac{r_{地}^{3}}{G Μ}} ②$

行星从第一次运行到日地连线的延长线上到行星第二次运行到日地连线的延长线上所用的时间为t, 此过程行星通过的弧所对的圆心角为θ, 此过程地球比行星多转一圈, 地球通过的弧所对的圆心角的角度比行星通过的弧所对的圆心角的角度多2π.这样可得到:

θ=ω地t

θ-2π=ω行 t

ω地 $= \frac{2 π}{Τ_{地}}$

ω行 $= \frac{2 π}{Τ_{行}}$

$\begin{array}{l} ω_{地} t - ω_{行} t = 2 π \\ \frac{2 π}{Τ_{地}} t - \frac{2 π}{Τ_{行}} t = 2 π \end{array}$

所以: $t = \frac{Τ_{行} Τ_{地}}{Τ_{行} - Τ_{地}} ③$

由题意得: t=N年, 由常识得:地球围绕太阳运动一周所用时间为1年, 即:T地=1年.

由③得:T行 $= \frac{Ν}{Ν - 1}$ 年 ④

由①②④得: $\frac{r_{行}}{r_{地}} = (\frac{Τ_{行}}{Τ_{地}})^{\frac{2}{3}} = (\frac{Ν}{Ν - 1})^{\frac{2}{3}}$

综合上面分析可得:本题答案选B.

专项练习:

1.2010年诺贝尔物理学奖授予英国科学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫, 以表彰他们在石墨烯材料方面的卓越研究.石墨烯是碳的二维结构 (如图3所示) ,

它是目前世界上已知的强度最高的材料, 为“太空电梯”缆线的制造打开了一扇“阿里巴巴”之门, 使人类通过“太空电梯”进入太空成为可能.假设有一个从地面赤道上某处连向其正上方的地球同步卫星 (其运行周期与地球自转周期相同) 的“太空电梯”, 则关于该“电梯”的“缆线”, 下列说法正确的是 ( )

A.“缆线”上各质点均处于完全失重状态

B.“缆线”上各处线速度相同

C.“缆线”上各处角速度相同

D.“缆线”上各处重力加速度相同

2.a是地球赤道上一栋建筑, b是在赤道平面内做匀速圆周运动、距地面9.6×106m的卫星, c是地球同步卫星, 某一时刻b、c刚好位于a的正上方 (如图4所示) , 经48小时, a、b、c的大致位置是图5中的 (取地球半径R=6.4×106m, 地球表面重力加速度 $g = 10 m / s^{2} ‚ π = \sqrt{10}) ()$

3.A是地球的同步卫星, 另一卫星B的圆形轨道位于赤道平面内, 离地面高度为h, 已知地球半径为R, 地球自转角速度ω0, 地球表面的重力加速度为g, O为地球中心.

(1) 求卫星B的运动周期.

(2) 如卫星B绕行方向与地球自转方向相同, 某时刻A、B两卫星相距最近 (O、B、A在同一直线上) 则至少经过多长时间, 它们再一次相距最近?

参考答案

1.C 2.B

$3 . (1) Τ_{B} = 2 π \sqrt{\frac{(R + h)^{3}}{g R^{2}}}$ ;

$(2) t = \frac{2 π}{\sqrt{\frac{g R^{2}}{(R + h)^{3}}} - ω_{0}} .$

哥白尼与“天体运行论” 篇5

记得小时候，在小学自然课本上学到，太阳系有九大行星（现在应该是八大行星了），九大行星都围绕着太阳进行运转。我们理所当然地认为这是正确的。但是如果回到五百多年前的欧洲，你如果敢说地球是围绕着太阳转的，那么就会被周围的人认为是天方夜谭，甚至有可能有生命危险。那么谁又是敢提出这一理论的第一人呢？没错，他就是哥白尼。

尼古拉·哥白尼，1473年2月19日出生于波兰畔的托伦市的一个富裕家庭。18岁时就读于波兰旧都的克拉科夫大学，期间对天文学产生了兴趣。1496年，哥白尼来到意大利，在博洛尼亚大学和帕多瓦大学攻读法律、医学和神学，博洛尼亚大学的天文学家徳·诺瓦拉对哥白尼影响极大，在他那里，哥白尼学到了天文观测技术以及希腊的天文学理论。哥白尼40岁时提出了“日心说”，并完成了他的伟大著作《天体运行论》。1533年，60岁的哥白尼在罗马做了一系列的讲演，但直到近古稀之年才终于决定将它出版。1543年5月24日，他去世的那一天才收到出版商寄来的书。

但是为什么哥白尼40岁完成了《天体运行论》，直到临去世时才敢出版？这期间有什么难言的苦衷？有什么曲折的故事？一切的一切，要从那个时代的大背景讲起。

在15、16世纪的欧洲，正在进行着一场大动荡、大变革。这时正是欧洲一些国家从封建主义向资本主义过渡的关键时期，各国的商业百度百科词条“尼古拉·哥白尼”，http://baike.baidu.com/view/53603.htm?fromId=10537 也大大发展，对外贸易极其活跃，资本主义主义正在不断地萌芽和发展壮大。但是，宗教教会仍然统治着大多数人的思想，宗教自身也在不断变革以图加强对人民的统治。罗马教廷控制了许多国家，把《圣经》作为至高无上的真理，凡是违背圣经的学说，都被斥为“异端邪说”，凡是反对神权统治的人，都要被处以火刑。为了同封建势力和教会进行斗争，新兴的资产阶级以发扬古希腊、罗马文化为载体，大力宣传人文主义思想，这就是著名的文艺复兴运动。文艺复兴起源于意大利，很快就发展到了波兰——哥白尼的故乡，并扩展到了全欧洲。哥白尼就是出生在那个大发展、大动荡的年代里。文艺复兴此时正在如火如荼地进行着。

在天文学方面，古希腊天文学家托勒密受当时的观测水平的限制，提出了“地球是宇宙中心”的学说。他认为，地球静止不动地坐镇宇宙的中心，所有的天体，包括太阳在内，都在围绕着地球运转。为了与当时的观测结果向吻合，他还提出了偏心圆和本轮的概念。托勒密的结论，是建立在当时的观测数据的基础上的，是有一种科学精神在其中的。在中世纪的一千年里，一直为人所信奉。并且由于“地心说”恰好吻合了宗教的教义，因此教会就把“地心说”视为真理，加以神化，谁敢反对“地心说”，谁就是和教会作对，谁就是反对上帝。在文艺复兴时代，人们恢复了对真理的兴趣，怀疑和求真精神再次成为一些人的追求。在大航海时代，因为船只在远洋深海往往很多天都看不到任何坐标，这就对更精确地确定经纬度提出了要求。天《从希腊天学到哥白尼革命》，陈嘉映，华东师范大学，上海200062 文学作为一门比较成熟的科学，被频繁地应用。但是人们发现，应用经典的天文学理论计算出的结果与现实的情况经常不符。与此同时，一个老问题也引起了哥白尼的质疑：行星的不整齐运动。托勒密天文体系经过后人的不断发展和完善，已经变得非常纷繁复杂了。例如为了解释一些天体的运动，需要引入本轮，在本轮上再嵌套本轮，有的天体竟然被引入了80多个本轮，而且还要引入“偏心点”和“偏心等距点”等复杂概念！这无疑是相当复杂的。

而哥白尼等科学家都相信宇宙的基本原理应该是简洁的。于是，哥白尼潜心钻研托勒密的著作，终于，功夫不负有心人，他发现了托勒密的错误结论和科学方法之间的矛盾。这进一步激发了哥白尼深入研究的热情和信心。通过对最新的天文观测数据的研究和分析以及数学工具和方法的使用，哥白尼发现：地球不是宇宙的中心！而且地球也不是静止的，而是以一定的周期和速度围绕太阳运转。哥白尼把自己的发现写进了自己的著作《天体运行论》，到40岁时，他就完成了这部书的手稿。在《在天体运行论》中，哥白尼描绘了一幅太阳系的科学图景——宇宙不是上帝创造的，太阳才是宇宙的中心，人类居住的地球不过是绕太阳旋转的一颗行星而已，地球、太阳、月亮以及各种天体的运动变化都是有联系的，以太阳为中心的宇宙是一个相互联系的统一整体。

不过《天体运行论》没有立即出版。这是因为哥白尼是一个虔诚的天主教徒，他虽然研究出了地球不是宇宙的中心的结论，但是他出 33 《哥白尼传》第298页，李兆荣著，湖北辞书出版社1998年7月第一版于天主教的信仰以及对教会强大势力的畏惧，一直没敢出版这本书。1506年哥白尼回国时，就曾亲眼看到过教会对人们的血腥镇压，很多人被抓起来活活烧死。直到去世前，哥白尼才下定决心将它出版。即便如此，《天体运行论》一书的出版也很不顺利。出版商在教会的撺掇下，窜改了原稿，删减了哥白尼学说的一些内容，力求使科学迁就当时社会的旧有认识，并且在出版后这本书还被教皇列为禁书，对其进行回收和焚毁。直到400多年后，《天体运行论》才以原版的全新面貌与世人见面。

由于受当时的观测水平和理论水平的限制，哥白尼的学说在现在看来很不科学，比如认为太阳是宇宙的中心，地球围绕太阳作严格的匀速圆周运动等等，这些显然都是错误的。但是我们仍然不能否定《天体运行论》对于当时科技水平的发展和人们的思想解放的重要意义。《天体运行论》的出版，地动日心说的诞生，这是天文学史上的一场伟大革命，是自然科学发展史上的大事件。近代科学从此向宗教神学宣告了起义，它争取自身解放的斗争由此拉开了序幕，整个自然科学的发展开始迈向新时代。

恩格斯在《自然辩证法》中这样评价《天体运行论》：自然科学借以宣布其独立并且好像是重演路德焚烧教谕的革命行为，便是哥白尼那本不朽著作的出版，他用这本书（虽然是胆怯地而且可说是只在临终时）来向自然事物方面的教会权威挑战，从此自然科学便开始从神学中解放出来。

4《哥白尼传》第297页，李兆荣著，湖北辞书出版社1998年7月第一版哥白尼的《天体运行论》对于后世的影响无遗也是巨大的。广大青年学者思想解放，成为了哥白尼学说的积极传播者。意大利科学家布鲁诺为了捍卫和发展哥白尼的学说，在欧洲广泛宣传“日心说”，同时和宗教势力作着顽强的斗争，最终被教会宣判为“异端”而活活烧死；意大利物理学家伽利略改进了天文望远镜用来观察天体，为哥白尼的学说找到了确凿的证据，标志着哥白尼学说开始走向胜利，为此伽利略也付出了惨重的代价，不断遭到教会的审判和威胁，甚至被逼宣布放弃哥白尼的学说。此后，经过无数科学家的不懈的努力钻研，哥白尼的学说不断得到修正和发展，最终形成了我们今天的天文学理论体系。

参考文献：

天体运动常见的几个模型篇6

一、地球赤道上的物体和人造地球卫星

例1如图，A为静止于地球赤道上的物体、B为近地卫星、C为地球同步卫星，地球表面的重力加速度为g，关于它们运行线速度v、角速度ω、周期T和加速度a的比较正确的是（

）

例8 如图所示，飞船从轨道1变轨至轨道2。若飞船在两轨道上都做匀速圆周运动，不考虑质量变化，相对于在轨道1上，飞船在轨道2上的

（

）

A.动能大

B.向心加速度大

C.运行周期长

D.角速度小

从这个模型我们发现虽然赤道上物体和卫星都做网周运动，但是由于向心力来源不同，故而由向心力公式得到的v、ω、T、a表达式不同，卫星的规律不一定适用于地面上的物体，而比较同一个物理量的时候要选择恰当的方法，不能生搬硬套公式，以免出错。

二、卫星变轨模型

卫星变轨问题也是万有引力定律应用非常重要的部分，对这个过程中的一些物理量的关系也需要我们能认识清楚。

例2

将卫星发射至近地圆轨道1（如图所示），然后再次点火，将卫星送入同步轨道3。轨道1、2相切于Q点，2、3相切于P点，则当卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时，以下说法正确的是

（

）

A.卫星在轨道3上的周期大于轨道1上的周期

B.卫星在轨道2上经过Q点时的速率大于它在轨道3上经过P点时的速率

C.卫星在轨道1上经过Q点时的加速度小于它在轨道3上经过P点时的加速度

D.卫星在轨道2上经过P点的加速度等于它在轨道3上经过P点时的加速度

点评：本题关键抓住万有引力提供向心力，先列式求解出线速度和角速度的表达式，再进行讨论。

练习：2009年5月，航天飞机在完成对哈勃空间望远镜的维修任务后，在A点从网形轨道Ⅰ进入椭网轨道Ⅱ，B为轨道Ⅱ上的一点，如图所示，关于航天飞机的运动，下列说法中正确的有

（

）

A.在轨道Ⅱ上经过A的速度小于经过B的速度

B.在轨道Ⅱ上经过A的动能小于在轨道Ⅰ上经过A的动能

C.在轨道Ⅱ上运动的周期小于在轨道Ⅰ上运动的周期

D.在轨道Ⅱ上经过A的加速度小于在轨道Ⅰ上经过A的加速度

让学生辨别相似的知识点之间的区别，仅仅从纯理论的角度讲解，学生即使听懂了，也不容易真正能灵活运用。如果能选择典型的例题，使得知识点习题化，呈现具体的背景，知道每一个物体适用的规律，就简单的多了。

2009年高考天体运动归类分析篇7

例1 (2009年海南省) 近地人造卫星1和2绕地球做匀速圆周运动的周期分别为T1和T2.设在卫星1、卫星2各自所在的高度上的重力加速度大小分别为g1、g2, 则 ()

解析:近地卫星绕地球做圆周运动时, 重力提供向心力

所以正确答案为 (B) 选项.

例2 (2009年四川省) 据报道, 2009年4月29日, 美国亚利桑那州一天文观测机构发现一颗与太阳系其他行星逆向运行的小行星, 代号为2009HC 82.该小行星绕太阳一周的时间为3.39年, 直径2～3km, 其轨道平面与地球轨道平面呈155°的倾角.假定该小行星与地球均以太阳为中心做匀速圆周运动则小行星和地球绕太阳运动的速度大小的比值为 ()

解析:由开普勒第三定律知=K (恒量) .

由于线速度, 所以线速度

所以正确答案为 (A) 选项.

二、万有引力定律的应用

例3 (2009年浙江省) 在讨论地球潮汐成因时, 地球绕太阳运行轨道与月球绕地球运行轨道可视为圆轨道.已知太阳质量约为月球的2.7×107倍, 地球绕太阳运行的轨道半径约为月球绕地球运行的轨道半径的400倍.关于太阳和月球对地球上相同质量海水的引力, 以下说法正确的是 ()

(A) 太阳引力远大于月球引力

(B) 太阳引力与月球引力相差不大

(D) 月球对不同区域海水的吸引力大小有差异

解析:由万有引力定律可知, , 太阳与月球对相同质量海水的引力之比=1.6875×102, 所以 (A) 对;

月球与不同区域海水的距离不同, 故吸引力大小有差异, (D) 对.

所以正确答案为 (A) 、 (D) 选项.

三、计算中心天体的密度

例4 (2009年全国Ⅰ) 天文学家新发现了太阳系外的一颗行星.这颗行星的体积是地球的4.7倍, 质量是地球的25倍.已知某一近地卫星绕地球运动的周期约为1.4小时, 引力常量G=6.67×10-11N·m 2/kg2, 由此估算该行星的平均密度约为 ()

(A) 1.8×103kg/m 3

(B) 5.6×103kg/m 3

(D) 2.9×104kg/m 3

解析:设该星球和地球的质量、半径、体积分别是M1和M2, R1和R2, V1和V2.

对于地球的近地卫星有

所以正确答案为 (D) 选项.

四、星体表面上的物体, 万有引力和重力近似相等

例5 (2009年江苏省) 英国《新科学家 (NewScientist) 》杂志评选出了2008年度世界8项科学之最, 在XTEJ1650—500双星系统中发现的最小黑洞位列其中, 若某黑洞半径R约45km, 质量M和半径R的关系满足 (其中c为光速, G为引力常量) , 则该黑洞表面重力加速度的数量级为 ()

(A) 108m/s2 (B) 1010m/s2

解析:可以认为黑洞表面物体的重力等于万有引力

将代入上式得:

所以正确答案为 (C) 选项.

五、关于卫星的发射

例6 (2009年广东省) 发射人造卫星是将卫星以一定的速度送入预定轨道.发射场一般选择在尽可能靠近赤道的地方, 如图1所示, 这样选址的优点是, 在赤道附近 ()

(A) 地球的引力较大

(B) 地球自转线速度较大

(D) 地球自转角速度较大

解析:若将地球视为一个球体, 则在地球上各处的引力大小相同, (A) 选项错;在地球上各处的角速度相同, (D) 选项错;在地球的表面附近, 赤道的半径较大, 由公式v=wr可知, 半径越大, 线速度越大, (B) 选项正确;在赤道上的重力加速度最小选项错

所以正确答案为 (B) 选项.

六、考查万有引力提供向心力

例7 (2009年宁夏) 地球和木星绕太阳运行的轨道都可以看作是圆形的.已知木星的轨道半径约为地球轨道半径的5.2倍, 则木星与地球绕太阳运行的线速度之比约为 ()

(A) 0.19 (B) 0.44

解析:由万有引力定律和圆周运动知识得:

所以木星与地球绕太阳运动的线速度之比:

正确答案为 (B) 选项.

例8 (2009年广东省) 宇宙飞船在半径为R1的轨道上运行, 变轨后的半径为R2, R1﹥R2.宇宙飞船绕地球做匀速圆周运动, 则变轨后宇宙飞船的 ()

(A) 线速度变小 (B) 角速度变小

解析:由万有引力提供向心力有:

当R减小时, 可知v增大, w增大, a增大, T减小, 所以选项 (A) 、 (B) 、 (C) 错, (D) 对.

所以正确答案为 (D) 选项.

例9 (2009年安徽省) 2009年2月11日, 俄罗斯的“宇宙—2251”卫星和美国的“铱—33”卫星在西伯利亚上空约805km处发生碰撞.这是历史首次发生的完整在轨卫星碰撞事件.碰撞过程中产生的大量碎片可能会影响太空环境.假定有甲、乙两块碎片, 绕地球运动的轨道都是圆甲的运行速率比乙的大则下列说法中正确的是 ()

(A) 甲的运行周期一定比乙的长

(B) 甲距地面的高度一定比乙的高

(D) 甲的加速度一定比乙的大

解析:根据万有引力提供向心力有:

由于v甲﹥v乙, 所以甲离地面的高度小于乙离地面的高度, 甲的周期小于乙的周期, 甲的向心加速度比乙的大.由于甲、乙质量未知, 所受向心力大小无法判断.

所以正确答案为 (D) 选项.

例10 (2009年福建省) “嫦娥一号”月球探测器在环绕月球运行过程中, 设探测器运行的轨道半径为r, 运行速率为v, 当探测器在飞越月球上一些环形山中的质量密集区上空时 ()

(A) r、v都将略为减小

(B) r、v都将保持不变

(D) r将略为增大, v将略为减小

解析:由万有引力提供向心力知, 当到达质量密集区时, 万有引力增大, 半径将减小, 速度增大.

所以正确答案为 (C) 选项.

例11 (2009年重庆市) 据报道, “嫦娥一号”和“嫦娥二号”绕月飞行器的圆形工作轨道距月球表面分别约为200km和100km, 运行速度分别为 () v1和v2.那么, v1和v2的比值为 (月球半径取1700km) ()

解析:由万有引力提供向心力

所以正确答案为 (C) 选项.

七、对第一宇宙速度的考查

例12 (2009年广东省) 关于地球的第一宇宙速度, 下列表述正确的是 ()

(A) 第一宇宙速度又叫环绕速度

(B) 第一宇宙速度又叫脱离速度

(D) 第一宇宙速度跟地球的半径无关

解析:地球卫星的第一宇宙速度又叫环绕速度, 所以选项 (A) 对, (B) 错.

因此选项 (C) 、 (D) 都错.

所以正确答案为 (A) 选项.

例13 (2009年北京) 已知地球半径为R, 地球表面重力加速度为g, 不考虑地球自转的影响.

(1) 推导第一宇宙速度v1的表达式.

(2) 若卫星绕地球做匀速圆周运动, 运行轨道距离地面高度为h, 求卫星的运行周期T.

解析: (1) 设卫星的质量为m, 地球的质量为M, 地球表面处物体质量为m′.

在地球表面附近满足:

卫星做近地圆周运动的向心力等于它受到的万有引力

将 (1) 式代入 (2) 式得v1=gR

(2) 考虑 (1) 式, 卫星受到的万有引力为:

由牛顿第二定律得

(3) (4) 式联立解得

八、有关天体运动的综合性问题

例14 (2009年山东省) 2008年9月25日至28日, 我国成功实施了“神舟”七号载人航天飞行并实现了航天员首次出舱.飞船先沿椭圆轨道飞行, 后在远地点343千米处点火加速, 由椭圆轨道变成高度为343千米的圆轨道, 在此圆轨道上飞船运行周期约为90分钟.下列判断正确的是 ()

(A) 飞船变轨前后的机械能相等

(B) 飞船在圆轨道上时航天员出舱前后都处于失重状态

(D) 飞船变轨前通过椭圆轨道远地点时的加速度大于变轨后沿圆轨道运动的加速度

解析:由于变轨过程中需点火加速, 所以变轨后飞船的机械能增大, 选项 (A) 错误.宇航员出舱前后均与飞船一起做匀速圆周运动, 万有引力提供了做圆周运动的向心力, 因此出舱前后航天员都处于失重状态, 选项 (B) 正确.飞船在圆轨道上运行的周期为90分钟, 而同步卫星的周期为24小时, 所以飞船在圆轨道上运行的角速度大于同步卫星的角速度, 选项 (C) 正确.只要在同一点受到的万有引力相同, 由牛顿第二定律得:, 即加速度相同, 选项 (D) 错误.

天体运动篇8

“天体运动”是高考物理命题的热点, 每年必考, 它具有知识点多、情景新颖、问题类型多、建模难度大等特点, 在高考中单独考查时通常是一道选择题或填空题, 有时也常与其他章节知识 (如抛体运动等) 综合考查, 包括以解答题形式考查。“天体运动”的命题热点:一是卫星 (或行星) 的环绕速度、加速度、周期、向心加速度与轨道半径的关系, 如2010天津理综第6题;二是天体质量、密度的计算, 如2010福建理综第14题;三是第一宇宙速度的求解, 如2009北京理综第22题;四是同步卫星、双星、三星等问题, 如2008山东理综第18题;五是卫星的发射、变轨等问题, 如2010江苏高考第6题;六是涉及新知识的信息题, 如黑洞、引力势能等, 如2010江苏高考第3题。

随着人类对航空航天的不断探索与宇宙探测, 涉及新情景、新知识的信息题会更受命题人的青睐, 因此, 提高科学素养至关重要。

二核心考点梳理

1. 天体运动基本参量的分析与计算

天体运动问题的基本思想可以概括为:一个中心, 两个基本点。

一个中心:万有引力提供向心力, 即:

两个基本点:黄金代换式和向心加速度。

黄金代换式:天体对其表面上的物体的万有引力近似等于重力, 即:

R、g分别是天体的半径, 表面重力加速度。此公式, 应用广泛, 称为“黄金代换式”。

向心加速度常见的有三种表达形式, 因此万有引力提供向心力就演变为三组公式, 用于解决人造天体 (如宇宙飞船、人造卫星) 的有关计算。

说明一旦卫星上天后, 其运行的线速度v就随着轨道半径r的增大而减少;

即卫星运行的角速度w也随着轨道半径的增大而减少;

说明卫星运行的周期T随着轨道半径r的增大而增大。

例1:2009年2月11日, 俄罗斯的“宇宙-2251”卫星和美国“铱-33”卫星在西伯利亚上空约805km处发生碰撞, 这是历史上首次发生在轨卫星碰撞事件, 碰撞过程中产生的大量碎片可能会影响太空环境。假定甲、乙两块碎片, 绕地球运动的轨道都是圆, 甲的运行速率比乙的大, 则下列说法中正确的是 () 。

A、甲的运行周期一定比乙的长;

B、甲距地面的高度一定比乙的高;

C、甲的向心力一定比乙的小;

D、甲的加速度一定比乙的大。

2. 估算天体的质量和密度

例2:已知地球同步卫星离地面的高度约为地球半径的6倍, 若某行星的平均密度为地球平均密度的一半, 它的同步卫星距其表面的高度是其半径的2.5倍, 则该行星的自转周期约为 () 。

A、6小时B、12小时C、24小时D、36小时

方法归纳:

(2) 根据中心天体的某些参量来估算。如已知中心天体表面重力加速度g和半径r0, 由得天体质量:天体密度

3. 同步卫星问题

同步卫星是指运行周期与地球自转周期相同且相对地球静止的人造卫星, 主要用于全球通讯。同步卫星具有“四个一定”的特点: (1) 定轨道平面:轨道平面与赤道平面共面; (2) 定运行周期:与地球的自转周期相同, 即t=24h; (3) 定运行高度:由得同步卫星离地面的高度为: (4) 定运行速率:

例3:a是地球赤道上一幢建筑, b是在赤道平面内做匀速圆周运动并距地面9.6×106 m的卫星, c是地球同步卫星, 某一时刻b、c刚好位于a的正上方 (见图1) , 经48h后, a、b、c的大致位置是图2中的 (取地球半径r=6.4×106m, 地球表面重力加速度

代入数据可求得b的周期为20000s。从图1位置经48h后, 同步卫星c应位于a的正上方, 而卫星b绕地球做完整圆周运动的次数为8.64次, 可以判断:只有B符合要求。

方法归纳:利用同步卫星的特点是解决同步卫星问题的关键, 须注意的是:赤道上的物体随地球自转而做的匀速圆周运动, 其周期虽和地球的自转周期相等, 但其向心力是由万有引力和弹力的合力提供的。

三易错易混辩析

1. 正确区分重力和万有引力

当考虑地球的自转效应时, 重力是万有引力的分力, 其方向除在两极和赤道之外不指向地心。

2. 正确理解天体质量的求解思路

利用卫星 (或行星) 的周期、轨道半径只能求中心天体的质量不能求卫星 (或行星) 的质量。

3. 混淆两种周期

如开普勒周期定律中的周期、利用卫星 (或行星) 的周期、轨道半径求中心天体的质量时的周期均指公转周期。

同步卫星的周期等于地球的自转周期, 小于其公转周期。

万有引力定律在天体运动中的应用篇9

一、知识与技能

1.掌握天体的运动状态, 会建立正确的物理模型;

2.会用万有引力定律结合牛顿第二定律计算天体质量与密度, 分析天体的运行规律;

3.掌握研究天体运动问题的两条基本思路。

二、过程与方法

通过万有引力定律在天体运动中的应用, 使学生熟练掌握万有引力定律并灵活应用其解决天体运动问题。

三、情感、态度与价值观

通过万有引力定律在天体运动中的应用, 使学生掌握方法, 会解决实际问题, 增强学习物理的热情。

四、教学重点和教学难点

应用万有引力定律和牛顿第二定律解决天体运动问题, 培养学生利用所学知识进行方法总结, 解决实际问题的能力。

【教学过程】

一、引课

通过观看图片和播放多媒体, 了解万有引力定律在天文学及现代通信方面的应用, 培养学生学习物理的兴趣和爱国热情。

二、新课学习

(一) 建立一个通用模型 (如图)

提出问题:天体运动的实质是什么?

师生相互探讨得出答案:天体运动的实质是一个物体绕另一个物体做匀速圆周运动。

(二) 提问学生回答问题, 探究两条基本思路

提出问题:1.天体运动的向心力来源是什么?

2.试总结解决上述模型问题的思路。

3.在天体表面运行的物体重力有何特点, 解决问题的思路又如何?

师生相互探讨得出答案:1.万有引力提供向心力;

2.万有引力等于向心力;

3.在天体表面或表面附近的物体, 所受重力等于天体对物体的万有引力。

对以上得出的结论整理思路;

思路1:万有引力等于向心力F引=F向=ma向

三、知识应用

1.用思路1分析天体运动规律。

例1. (2007年广东) 有两颗绕地球做匀速圆周运动的卫星A和B, 它们的半径分别为rA和rB, 如果rA>rB, 则 ()

A.A的周期比B的大B.A的线速度比B的大

C.A的角速度比B的大D.A的加速度比B的大

则正确答案为:A

【学生反思总结】中心天体一定时, 天体运行线速度、角速度、加速度均与轨道径r成反比, 周期与r成正比。

2.用思路1计算中心天体的质量与密度。

例2.在半径为R的某天体表面h高处发射一颗该天体的卫星, 已知卫星绕天体运行一周所需时间为T, 试求该天体的质量和密度。

【导析】在利用万有引力定律和圆周运动知识列方程时, 要注意区分卫星的轨道半径和中心天体的几何半径。

【解析】由思路1得:

又根据数学知识知星球体积V=4/3 πR3

【学生反思总结】

3.用思路2计算天体质量与密度

【问题】若已知天体半径R和天体表面重力加速度g, 如何求天体质量?

【学生反思总结】黄金代换在不知中心天体质量及G的情况下用天体表面的重力加速度和天体半径R的平方乘积来代替, 即:gR2=GM

4.思路1与思路2的联立解决天体运动问题。

例3.“嫦娥1号”绕月球做圆周运动, 已知绕行一圈所需时间为T, 月球半径R, 月球表面重力加速度为g, 试求“嫦娥1号”在上述圆轨道上运行时距月球表面高度h。

【导析】该题不知中心天体月球的质量, 想办法用黄金代换。

【学生反思总结】强调“黄金代换”和“黄金组合”即思路1和思路2相结合灵活应用, 在解决天体运动中的重要性。

四、课后总结

天体运动篇10

【例1】已知地球半径为R, 地球表面重力加速度为g, 不考虑地球自转的影响.

(1) 推导第一宇宙速度v1的表达式;

(2) 若卫星绕地球做匀速圆周运动, 运行轨道距离地面高度为h, 求卫星的运行周期T.

(2) 卫星受到的万有引力为

点评:卫星绕地球的运动, 万有引力提供向心力.卫星绕地球做匀速圆周运动, 其轨道平面一定过地心, 轨道半径等于卫星与地心的距离.卫星问题是高考热点, 解决卫星问题的方法是根据题述条件及物理情境, 应用相关规律列出相应方程联立解得.本题根据卫星所受的万有引力等于向心力、地面附近引力等于重力这两个关系即可列式求解.

总之, 天体运行问题的分析与求解, 是牛顿第二定律与万有引力定律的综合运用, 问题的分析与求解的关键是建模能力.这就要求我们必须从根本上理解它们的本质, 把握解决问题的关键, 不仅要知其然, 更要知其所以然.

天体运动篇11

例1.（2009，北京，22题）已知地球半径为R，地球表面重力加速度为g，不考虑地球自转的影响，

（1）推导第一宇宙速度v1的表达式；

（2）若卫星绕地球做圆周运动，运行轨道距离地面高度为h，求卫星的运行周期T。

解析：（1）第一宇宙速度即为近地卫星绕地球做匀速圆周运

例2.（2012，浙江，15题）如图所示，在火星与木星轨道之间有一小行星带。假设该带中的小行星只受到太阳的引力，并绕太阳做匀速圆周运动。下列说法正确的是（）

A.太阳对小行星的引力相同

B.各小行星绕太阳运动的周期小于一年

C.小行星带内侧小行星的向心加速度大于小行星带外侧小行星的向心加速度

天体循环篇12

宇宙:让我痴迷,让我振憾。

宇宙宏观物质的形态、性质、变化等规律由微观物质的性质决定,宏观物质对微观物质的运动,变化等起着制约作用,为进一步研究宇宙天体变化规律,必须更深入的对微观物质的性质和存在规律进行研究。我对构成原子、中子、电子的单位质能体的构成,性质、相互作用、变化等规律进行思考分析,相应得出一系列的结论。

以自己对原子的认知体系为基础,以揭示宇宙天体存在、运动、变化的本质为目标去思考分析,相应得出一些结论。如“宇宙微波背景辐射”,用红移现象得出“宇宙加速膨胀”、“引力场具有负能量”等观点未能反应相关的本质属性。“宇宙大爆炸之前,质量无穷大,体积无限小”,“上帝粒子”、“宇宙总能量和为零”、“时光倒流”、“正反粒子相遇,湮灭而转化成纯能量”、“引力由引力子产生,作用到无穷远”、“暗能量”等是错误的观点。错误的观点,误导着人们的思维和研究,有必要加以修正,故写此文。《天体循环》一文是到目前为止;宇宙学领域里最有价值,最有意义,最伟大的作品。全文共分四个部分:暗物质、引力、星球的消亡、星球的再生。

由于本人水平有限,文中可能存在不足或是错误,请读者给予指正。在此,我对2010年以来百度网《科学探索》栏目及其中数百篇相关文章的作者表示真诚的谢意。

暗物质

任何物质都包含实体和能量两个部分。能量是物质运动变化的因素,它没有质量。实体是能量的载体,它有质量。没有孤立存在的能量,也没有不携带能量的实体。实体和能量相互作用共同体现性质,为了便于表述,本文把除暗物质和黑洞之外的物质称做质能体。

原子的电子、质子、中子等由单位质能体构成。单位质能体由中微子按能力互补规律,结构区域平衡规律和能量区域平衡规律构成,构成规律我在《原子构想》一文中已作说明,这里不作讲解,构成的单位质能体对外统一成一个整体体现性质。现在人们所认知的多数基本粒子都属于单位质能体,用基本粒子相互高速碰撞会产生中微子来证明。

用能量饱和度(原子、质子、中子、电子、单位质能体、中微子等所携带的能量与质量的比称作能量饱和度)来表示原子、质子、中子、电子、单位质能体,中微子等所携带能量的多少。能量饱和度从大到小可分为三种能量状态:超饱和态、饱和态和亚饱和态。如:恒星中的原子都处于超饱和态,黑洞和暗物质中的原子趋于亚饱和下限。中微子可携带能量的能力是不同的,按可携带能量从大到小可分为高能型中微子,一般型中微子和低能型中微子三种,一个达到超饱和能量上限的高能型中微子的能量饱和度大于一个达到超饱和能量上限的一般型中微子的能量饱和度,一个达到超饱和能量上限的一般型中微子的能量饱和度大于一个达到超饱和能量上限的低能型中微子的能量饱和度。中微子携带能量的能力在一定条件下是会改变的。如:一个一般型中微子在一定条件下可变为高能型中微子,在另一种特定的条件下,一个一般型中微子可变为低能型中微子,变化的情况我在《原子构想》一文中已作说明。

根据能量饱和度的定义可得:E=mp(E表示能量,m表示质量,p表示能量饱和量度)。一个超饱和能量状态的中微子质能关系是:E1=mp1,在饱和能量状态下的质能关系是:E2=mp2,在亚饱和能量状态下的质能关系是:E3=mp3,由E1>E2>E3可得P1>P2>P3。爱因斯坦质能方程E=mc2,并不是三种能量状态下都适用,它只能表示饱和能量状态下的质能关系,即E2=E=mp2=mc2,可得P1>C2>P3,以上的表达式只能近似的进行定量表达,因为一个超饱和能量状态上限的中微子与一个亚饱和能量下限的中微子接触,超饱和能量上限的中微子的能量是一个连续减小的过程,反之,亚饱和能量下限的中微子的能量是连续升高的。一个原子从超饱和态上限到亚饱和态下限的变化过程中,所携带的能量是一个逐渐减小的过程,它通过向外传递能量和放射单位质能体来实现,原子每放射出一个单位质能体后,质能关系是:E=n1mp4—n2mp5(m是中微子质量,n1是构成原子的中微子数,n2是放射单位质能体的中微子数,P4是原来原子的能量饱和度,P5是放射单位质能体的能量饱和度,n2<n1,p4<p5,E>O)。

一个原子若处于相邻原子间能量区域连续的质能环境中,它放射单位质能体后,若它的能量饱和度比相邻原子的原量饱和度低,它得到能量的能力更强,它会得到相邻原子的能量,在很多经过原子的外来质能体中,它更易吸收与自身放射出去构成相同或类似的单位质能体,以达到与原来相同或类似的构成,因此,处于质能环境中的原子不会形成暗物质。如:恒星、行星中不存在暗物质,实验室也无法获得稳定的暗物质。

单位质能体中的中微子按构成规律构成后,对外统一成一个整体,单位质能体在构成电子、质子、中子时仍遵循三个构成规律,使得原子的结构在一定范围内总是向更加有序的方向发展。在能量较高的质能环境中,难以形成稳定的大质量原子。宇宙中总存在孤立的原子和数量较少的原子集团。以孤立的原子为例;若一个原子原来处于超饱和态上限,那么原子内部无序程度最大,原子中单位质能体的运动、能量相互传递、存在瞬时数量不等的中微子的作用,使得原子的结构区域,能量区域常发生变化,有的单位质能体辐射到原子外,剩下部分的整体或局部会重新按构成规律构成,在这个过程中,又会有单位质能体辐射到原子外,就这样,一次又一次的向外放射单位质能体,有时会放射出质能体,以时间为顺序,辐射出的一系列质能体中,按能力互补规律构成的严谨性增强,能量饱和度降低。原子向外辐射质能体的时间间隔增长,放射质能体的质量也会减小,原子的质量随着向外辐射质能体而逐渐减小,能量饱和度逐渐降低,当能量饱和度趋于亚饱和下限的一定量(这个量由构成规律和其中不同携带能量能力中微子数量比例确定)时,原子中电子、质子、中子的区别消失,中微子严密按能力互补规律构成,它只有一个能量区域,只有一个结构区域,这时它不会再向外辐射质能体,就形成了暗物质原子。在宇宙中,有的区域质能体的密度很小,甚至存在一个原子离其它原子很远的情况,它不与其它原子发生作用,那么它演化成暗物质原子的质量很小,所以宇宙中存在比氢原子质量更小的暗物质原子,但在一起的一群原子向暗物质演化的过程中,会出现几个、几十个,甚至成千上万个原子聚合演化,最终形成的暗物质原子质量较大,质量可以是地球上氢原子质量的成千上万倍。宇宙中孤立的原子形成的暗物质原子,能量饱和度不一定相同,质量也不一定相等。其它数量较少的原子集团形成的暗物质可类推。暗物质原子不论以能量饱和度划分,以质量划分、以得到质能体的能力强弱划分、还是以能力互补构成规律划分,都可以划分成很多种,把它们统称为暗物质族。暗物质原子中:有的原子高能型中微比例较大、有的原子一般型中微子比例较大、有的原子低能型中微子比例较大、由很多暗物质原子组成暗物质体(能量区域连续的暗物质原子集团)时,高能型中微子比例较大的暗物质原子更易与低能型中微子比例较大的暗物质原子相邻,因为它们得到能量的能力差相应较大。

由于暗物质的能量饱和度很低,得到能量的能力与能量饱和度成反比,所以暗物质有很强的得到质能体的能力。如果把一些暗些质原子置于足够多的单位质能体或中微子群中,而且这些单位质能体或中微子的能量区域要是空间连续,那么每个暗物质原子都会得到单位质能体或中微子,最终形成具有电子、质子、中子的原子。假设有一些原子,每个原子对应形成一个暗物质原子,部分暗物质原子得到质能体后,会恢复到原来的原子状态,如果一个达超饱和能量上限的原子形成的暗物质原子,这个暗物质原子无论如何都不会恢复到原来原子的初始状态。

宇宙中存在大量由星球相撞而产生或从星球上分离出来的尘埃,气体,孤立的原子等,它们从外界获得质能体的机会比在星球上获得质能体的机会相应更小,一个原子在不同质能环境中衰变的速度是不一样的,如:把一个原子置于恒星中。它与其它的原子一起最终形成黑洞需要数百亿年,甚至数千亿年;把它置于稀薄的宇宙气体中,它形成暗物质只需数亿年,或者上万年,上千年;把它置于没有受到质能体作用的宇宙环境中,他形成暗物质只需上万年,甚至几千年,几百年。一个原子形成暗物质这个过程所需时间由它向外辐射质能体过程中得到质能体的多少,初始能量饱和度,构成的高能型、一般型、低能型中微子的比例几种因素确定。如果一个原子辐射单位质能体比得到质能体多,它向形成暗物质的方向发展,一次又一次辐射单位质能体后,剩余的部分质量逐渐减小,能量饱和度降低,相应的温度也降低,到一定程度后,辐射的单位质能体就形成“宇宙背景辐射”。

宇宙中存在很多的暗物质,总存在部分暗物质得到质能体,逐渐得到质能体后,质量增大,能量饱和度升高,温度也相应升高,当能量饱和度高到一定量时,它向外辐射单位质能体,就形成“宇宙背景辐射”。

做一个理想的实验:假设有一棵恒星,它的光子能到达地球,它与地球的距离足够远,以致于到达地球的光子之间质能不连续,在这棵恒星和地球之间不断加入一些稀溥的气体,尘埃等宇宙微粒(这些宇宙微粒之间质能不连续),这些宇宙微粒得到质能体比自身辐射的质能体更少,经过一段时间后,其中有些微粒中的原子形成了暗物质,有些微粒的原子能量饱和度降低,暗物质和能量饱和度低的原子能吸收光子和外来质能体,吸收光子和质能体到一定程度后,它们会向外辐射质能体,有的质能体是光子,辐射的光子比原来入射光子的能量低,有的光子在与能量饱和度低的质能体和暗物质作用后,部分能量失去。使得光子从产生到到达地球时,携带的能量降低,产生红移现象。那么,及时恒星与地球的距离保持不变甚至缩短,也会产生红移现象。如果这些恒星和地球之间的宇宙微粒密度增大(不达到微粒之间公共能量区域连续),那么红移的现象更加明显。一个恒星从饱和度较高到能量饱和度逐渐降低这个过程中,总体来看,恒星辐射光子的能量也会减小,也会产生红移。宇宙中由于星球之间的相互作用和星球自身会向外放射质能体,宇宙微粒是不断增加的,就产生红多现象,而且距离越远的恒星产生红移的现象越明显。这说明由红移现象得出宇宙加速膨胀是不对的。

从上面的讲解得出:“宇宙背景辐射”和红移现象不能作为宇宙大爆炸的理论依据。

引力

四种力:电磁力、强核力、弱核力、引力,都是同一种力在不同质能环境中的不同体现。

中微子构成单位质能体,再由单位质能体构成原子的过程中,中微子始终只存在一种力,这种力就是得到能量的力。得到能量的力与能量饱和度成反比。达到超饱和能量上限的高能型中微子得到能量的力为零,趋于亚饱和能量下限的高能型中微子得到能量的力最大。孤立的中微子是以实体为中心,能量分布在实体外围的一个球体,如果两个达到超饱和能量上限的高能型中微子能量区域接触,因各自不能再得到能量,不会发生能量传递,相互作用力为零,不会形成一个整体,如果对他们相向挤压,分布在中微子之间的能量相应升高,能量由高的区域向能量低的区域流动,电磁力就体现出来,使得中微子随能量流动的方向运动,保持稳定状态后,相互作用力为零。一个超饱和能量状态的高能型中微子与一个亚饱和能量状态的高能型中微子能量区域接触后,能量低的中微子得到能量高的中微子的能量,在能量传递过程中,得到能量的力使两个中微子相向运动,表现出相互吸引,形成了引力,引力的速度是能量传递的速度,得到能量的力把两个中微子拉在一起,在受外力作用时,这种得到能量的力有维持结构状态稳定的趋势,就形成了强核力。能量传递的大小和速度,体现出力的强度,两个或两个以上的中微子构成一个整体时,能量分成两个部分,中微子各自携带的能量,形成基础能量区域。共同拥有的能量形成公共能量区域,中微子之间的距离小于基础能量区域的半径之和,能量主要集中在基础能量区域,能量饱和度越高,公共区域的能量越大。在基础能量区的相互作用过程中,引力和强核力是等价的,能量高的中微子传递能量给能量低的中微子,得到能量的力形成了电磁力。两个中微子形成一个整体时,它不体现弱核力,在由一些单位质能体构成质子、中子、电子时,由于中微子之间、中微子与单位质能体、单位质能体之间的相互作用,有时结构区域会发生变化,部分中微子得到能量的变化或失去能量的变化经常发生,这种变化到一定程度时,会使质子、中子、电子的能量区域发生变化,能量区域的变化有时会引起结构区域的变化,结构区域变化过程中,它可能使质子、中子、电子发生放射质能体,弱核力就体现出来。

如果公共区域的部分能量受其它质能体作用而失去,基础能量区域的部分能量会补充到公共能量区域。同理,在可携带能量能力的范围内,若公共能量区域因得到能量而增大,公共能量区域的部分能量会贮存到基础能量区域,以保持公共能量区域的能量与基础能量区域的能量比在一定范围内,这个比例由能量饱和度和可携带能量的能力确定。在能量饱和度相同的条件下:高能型、一般型和低能型中微子得到能量的能力是不同的,高能型中微子得到能量的能力最强,一般型中微子得到能量的能力次之,低能型中微子得到能量的能力最小。若一个高能型中微子和一个低能型中微子构成一个整体,相互得到能量的力要达到趋于相等的平衡状态,所以,高能型中微子的基础能量区域的能量大于低能型中微子基础能量区的能量。同理,在单位质能体中,高能型中微子基础能量区的能量大于一般型中微子基础能量区的能量,一般型中微子基础能量区的能量大于低能型中微子基础能量区的能量。中微子构成单位整体后,在得到能量的能力和可携带能量的能力这两个方面:若高能型中微子数量较多,就体现出类似高能型中微子的性质,一般型中微子较多,就体现出类似一般型中微子的性质,低能型中微子较多,就体现出类似低能型中微子的性质。

在质能环境中,得到能量的力主要体现在最易得到更多能量的方向上,因此,电磁力、引力、强核力主要集中在基础能量区的相互作用。两个中微子相互作用结合在一起形成稳定的结构后,强核力和引力是同一种力,引力与电磁力是一对大小相等方向相反的平衡力。如果他们之间的距离减小,电磁力增大,它们反向运动以达到作用力平衡的状态,因此它们之间保持一定距离,它们之间稳定的距离与能量饱和度和各自携带能量的能力有关,如果它们之间的距离增大,强核力就体现出来,电磁力减小,若距离继续增大到两个中微子的基础能量区断开而公共能量区连续,那么强核力消失,引力依然存在,它们相向运动以达到相互作用力平衡的状态。高能型中微子之间,高能型中微子与一般型中微子之间,高能型中微子与低能型中微子之间,一般型中微子之间,一般型中微子与低能型中微子之间,低能型中微子之间,作用过程中力的体现可类推。

一个原子有很多单位质能体构成,每个单位质能体又由很多中微子构成,原子与其它质能体的作用,原子内单位质能体之间的相互作用,有的原子甚至存在瞬时游离态中微子的作用,在遵循构成规律的前提下,结构区域,能量区域常发生变化,使得原子中相邻中微子之间的距离常发生变化,中微子得到能量的力转化成的电磁力、强核力、弱核力、引力常体现出来,一个中微子得到能量的力是有限的,由于得到能量的力主要体现在最易得到更多能量的方向上,大部分的力转化成相邻中微子之间的作用力,它通过单位质能体体现向外得到能量的力大大减小,再经过单位质能体之间能量的相互作用,这种得到能量的力大部分又转化成单位质能体之间的作用力,所以一个中微子得到能量的力最后通过原子向外体现得到能量的力时,它显得非常小,即对外体现的引力很小。中微子、单位质能体、原子携带的能量不分正负,只分大小,四种力由同一种力在不同质能作用中体现出来,同样不分正负,只分大小。

在一个原子中,每一个中微子的能量区域总存在与其它中微子的能量区域连续,单位质能体的能量区域总存在与其它单位质能体的能量区域连续,每个原子的能量在实体外围的一定范围内呈空间连续分布。如果两个原子达到超饱和能量上限,各自不能再得到能量,它们之间的能量区域接触,不会产生引力的作用。一个未达到超饱和能量上限的原子,它与任何其它原子能量区域接触都能产生引力的作用,产生能量与能量,能量与实体作用的性质。两个原子能量区域接触,其中至少有一个原子的能量未达到超饱和上限,如果它们反向运动,由于引力的作用,各原子外围能量区域被拉长,当距离超过一定限度时,它们之间能量区域断开,它们之间不发生任何相互作用,也就没有引力的作用。因此,原子之间引力的作用必须在能量区域连续并发生能量传递的条件下才能产生,而不是无穷远。两个原子在能产生引力作用的条件下,能量饱和度越低,引力作用越大,引力作用与能量饱和度成反比。

宇宙天体中:原子之间的引力,单位质能体之间的引力、单位质能体与原子的引力、天体之间的引力等引力作用可以分解成以上的情况进行分析。

对于一个中微子来说,它的引力场是它的能量区域,对于一个原子来说,它对外体现的引力场是原子实体外围的能量区域,而对于孤立的一个星球来说,它的引力场是星球往外质能体能量区域连续的范围,除黑洞之外的星球都有向外放射质能体的性质,多数星球放射质能体往往是向周围空间放射的,离开星球越远,它放射的质能体密度越小,在它周围的一定范围内,质能体的能量区域呈空间连续(即所有相邻质能体的能量区域都相互连续),再往外的一定范围内,质能体的密度由内向外逐渐减小,由于质能体之间引力的作用,能量区域呈线型连续,再往外,质能体的密度更小,质能体之间能量区域不连续,把它称为离散的质能体。星球向外放射质能体和得到质能体量的不同,能量饱和度(星球所含能量与质量的比)不同,质量不同,所处的质能环境不同,所以不同星球的引力场的强度和范围不同,如:一个孤立的星球随能量饱和度降低,引力场的范围减小,即一个星球在没有受到外来质能体作用的前提下,它随时间的推移,引力场范围逐渐减小,在引力场范围内,随着离开星球距离的增大,引力场的强度减小,引力场只有强弱之别没有正负之分。同一个星球引力场范围内,由于星球各部分构成的原子种类,比例,分布的不同,离开星球距离的不同,引力场的强度并不均匀,如果把引场强度不同进行划分,可以分成很多引力区域,由于星球的运动,受外来质能体的作用或星球自身的变化,引力场之间质能体的相互作用,引力区域会发生变化,如果某个引力区域的引力强度发生较大较快的变化,周围的其它区域会受到影响而产生引力强弱的波动。从引力的形成和作用可知,同一个原子在不同的引力区域里受到的引力作用不同,它运动和变化的速度不一样,对于这个原子来说,在不同的引力区域里,时间的流逝并不相同,地球上不同地方时间流逝不相同的原理就是这样形成的。如果一个星球与另一个星球之间相距足够远,彼此放射的质能体不能到达对方或者到达对方的质能体是离散的,因为得到能量的力只有在能量区域范围内才能体现,所以两个星球之间不产生引力的作用。如果两个星球相向运动,它们之间的距离在质能体呈线型连续的范围内,相互之间便产生引力的作用,在引力的作用下,更多的质能体向对方流动,它们之间质能体的密度增大,能量区域的线型连续区域增大。星球之间、星球与星系之间,星系之间距离与引力的关系可类推。

在宇宙质能环境中,只要质能体的能量区域连续,任何质能体不存在长期处于超饱和能量上限状态中,及时瞬时存在,它遇到能量未达超饱和能量上限的质能体时,都能产生引力的作用,所以,引力并不是由特定的粒子产生,引力并不作用到无穷远处,引入暗能量来克服引力是错误的,也就是宇宙中不存在暗能量。

假设质量相同,构成相同的两个星球a和b距离足够远,他们之间的引力场区域不连续,那么它们之间不产生引力的作用,如果它们之间有一些星球,至少相邻两个星球的引力场区域都连续,那么星球a和星球b以其它星球为介质而产生引力场区域连续,它们之间产生引力的作用,若星球a的能量饱和度大于星球b的能量饱和度,那么星球a放射的质能体往往比星球b放射的质能体多,星球a放射的质能体会向星球b运动,虽然星球b放射的质能体也会向星球a运动,但星球b从星球a获得的能量比失去的能量更多,星球a的能量饱和度降低,星球b的能量饱和度升高,以达到能星饱和度趋于相等的能量状态,若星球a和星球b的构成不同,星球a和星球b虽能以质能体为介体进行能量传递,由于都会向外放射质能体,所以星球b的能量饱和度不一定升高。质能体在引力的作用下运动方向有沿引力线运动的趋势,而引力线是沿实体最易得到能量的方向,所以就产生了时空弯曲,即:引力是时空弯曲的因素。星球之间,星球与星系之间、星系之间引力作用与距离的关系和质能体的运动可类推。

星球的消亡

把一个星球的构成,形态、质量、体积发生了较大的改变叫星球的消亡。星球的消亡有以下几种方式。

受其它星球的撞击形成消亡:太阳系中各星球,小天体、气体、尘埃等都有向外放射质能体和得到质能体的性质,它们都处于能量区域连续的质能环境中,彼此间都受到引力的作用,太阳系中行星的运动状态由初始运动状态、得失质能体、受撞击、离心力、引力等因素确定。太阳系引力场中各部分的引力强度并不均匀,把引力强弱不同进行划分,可分为多个引力区域,引力区域随各星球的运动会发生变化,使得行星、小天体的运动状态,从一个引力区域进入另一个引力区域时会发生微小的变化。同样,银河系引力场中的各部分引力的强弱不一样,其中每一个小星系可形成一个引力区域,从一个引力区域进入另一个引力区域的天体的运动状态会发生变化,每一个小星系的消亡和发生较大的变化都会使它周围的引力产生波动,使得银河系的引力区域结构发生变化,每一个小星系消亡会使相邻星系中的星球运动发生一定的变化(在能产生引力作用的前提下)。有的小星系消亡,存在其中的部分星球游离到其它的星系中。如果一个质量足够大的星球以足够大的速度冲入太阳系,它不形成太阳系的行星,如果它撞到地球上,把地球撞得粉碎,就形成了地球的消亡。

受其它星球爆炸的影响而形成消亡:太阳系从外界获得质能体小于自身向外放射的质能体总量,太阳系平均能量饱和度降低,由于星球之间引力随能量饱和度降低而增大,即太阳和各行星之间的引力逐渐增大,行星的自转速度减慢,公转速度加快,与太阳之间的距离逐渐减小,经过数十亿或上百亿年,离太阳较近的行星会先落到太阳上,如果行星的质量足够大,速度足够快,它的撞击使太阳发生爆炸,形成超新星爆发,爆炸产生的物质流会把其它离太阳较近的行星吹碎成物质流,从而造成离太阳较近的行星的消亡。假设太阳系附近有一个黑洞发生爆炸,它产生的爆炸把整个太阳系粉碎,从而形成太阳系的消亡。

受宇宙流体撞击而形成消亡:黑洞是一种密度很大,能量饱和度很低,得到能量能力很强的天体,在它的演化过程中,黑洞的初始阶段不会向外界放射质能体,它与其它的星系或星球的距离在能量区域不连续的范围内,不产生引力的作用,黑洞在初始运动状态的惯性作用下沿原来运动的方向运动,如果它运动到一个小星系能量区域呈线型连续的区域,它强大的引力性质就体现出来,那么这个小星系的气体、尘埃、小天体、行星等在引力的作用下沿引力线向黑洞快速运动。在茫茫的宇宙中,总存在两个或两个以上的小星系在某个时段受到同一个黑洞的作用,各星系的物质高速向黑洞运动,由于速度太快,而黑洞的体积比较小,所以,各星系的物质流在黑洞外高速碰撞发生爆炸,形成人们观测到的类星体中的一种。在爆炸的区域产生大量的幅射,小天体、行星、恒星等被撞成碎片、气体、尘埃、光、射线、单位质能体等,占有空间的体积膨胀增大,当某一个或几个方向爆炸膨胀的力大于黑洞对它的引力时,部分物质就向这个或几个方向运动,这些物质的运动不同于光的运动,也不同于星系中物质的运动,它是一种喷流,本文把它叫宇宙流体。当宇宙流体的方向指向地球,比较容易被观察到,宇宙流体的光有较大的红移有两种原因,一种是喷流的方向指向地球,它产生的作用力象火箭点火后推动着火箭运动一样推动着整体离地球而去的运动,从而产生红移现象,喷流的速度和强度越大,红移越大;另一种是喷流流向的一极向外放射光子和粒子的数量更多,如果它指向地球,这就使喷流与地球之间离散的质能体增多,由于喷流与地球之间能量区域不连续,其中一些离散的质能体衰变为暗物质,使得喷流与地球之间的暗物质数量逐渐增加,暗物质会得到光子等小质量的质能体与它发生作用时的部分能量和质能体,喷流与地球之间暗物质数量增多得越快,红移越大,类星体的光有较大的红移就是这种原理,这会使用红移来计算地球与类星体的距离失去准确性。如果宇宙流体冲过太阳系,会使太阳系或太阳系的部分星球被粉碎,被粉碎的星球就消亡了。

星球吞并形成消亡:前面讲到小星系在发展过程中,能量饱和度降低,星系中星球之间引力作用增强,行星围绕恒星作渐近运动,离恒星较近的行星落到恒星上,被恒星吞并,形成被吞并的行星的消亡,行星与行星也存在吞并的情况,如:一棵行星进入太阳系,该行星刚好没有被太阳系俘获而成为绕太阳运动的行星(这只是很少出现的情况,事实上,只要速度不够快的行星进入太阳系,会被太阳系俘获而成为绕太阳运动的行星),该星球撞到地球上,没有把地球撞碎,而是合二为一,形成行星之间的吞并,形成了这棵进入太阳系的星球的消亡。假设太阳系遇到一个质量足够大的黑洞,这个黑洞的质量是大阳系的数倍甚至更大,黑洞的引力作用使整个太阳系都会向黑洞运动,太阳系中的气体,尘埃等质量小的物质在引力作用下向黑洞运动的速度相比大质量的行星更快,地球会受到很强物质流的冲击,由外向内逐渐被肢解成单位质能体,原子、射线、分子、气体、尘埃、小棵粒向黑洞运动,通常情况下,地球到达黑洞之前,已经被彻底分解完了,这样,黑洞会逐渐吞并掉整个太阳系,形成太阳系的消亡。

向外放射质能体形成消亡:太阳系中的太阳经过长期发光发热(放射质能体),如果它从外界获得的质能体总量小于自身放射的质能体总量,太阳的质量逐渐减小,能量饱和度逐渐降低,太阳各部分能量饱和度大小不同形成能量区域,各能量区域的能量饱和度差异逐渐增大,由于能量传递,质能体相应发生流动,使得能量区域的数量和位置常发生变化,这种变化大到一定程度,会使太阳的外层发生爆炸,形成超新星爆发(这种原因形成的超新星爆发是很少出现的情况),从而使更多的质能体离开太阳,剩下的部分仍构成一棵星球,过一段时间后,它会按上述的规律再次形成超新星爆发,经过几次超新星爆发后,太阳的质量大大减小,能量饱和度大大的降低,到能量区域的变化不足以使太阳再次发生超新星爆发时,它只能发少量的光和热,继续向外放射质能体,质量继续减小,能量饱和度继续降低,向外放射质能体逐渐减小,当能量饱和度低到整体都不再向外放射质能体时,它就形成了一个黑洞,形成太阳的消亡,这是一个漫长的过程,太阳从形成到形成黑洞,需要上百亿年的时间甚至更长,如果太阳受到来自太阳系外质量足够大的星球的碰撞,或者由于引力作用的增强使得太阳系的部分星球落到太阳上,也会形成超新星爆发,这种情况下形成超新星爆发的因素有两种,一种是太阳受到强大的撞击发生爆炸,另一种是质量足够大的星球落到太阳上,在落下的地方形成一个新的能量区域,这个区域与周围的能量区域的能量饱和度差异大,在能量传递中,质能体相应流动,能量区域在短时间内较快的发生变化,形成了超新星爆发,超新星爆发不可能彻底使整个太阳全部炸碎散入太空,而是总有剩下的部分仍形成一个星球,这个星球遵循以上的规律进行演化,最终形成黑洞,形成太阳的消亡。宇宙中存在大量的暗物质,这些暗物质大部分以小棵粒或暗物质原子的形式存在,这些暗物质是由一般原子向外放射质能体后,吸收的质能体少或者无法得到质能体的条件下形成的,这就使我们更容易按这种演化规律来思考一棵行星放射质能体产生的消亡和最终的形式,假设有一棵自然演化的行星,当它向外放射质能体大于得到质能体的总量时,随着不断向外放射质能体,行星的能量饱和度逐渐降低,体积逐渐减小,得到能量的能力增强,体现引力作用增强,多数行星演化过程中质量逐渐减小(得到大量暗物质除外)。当它的能量饱和度低到一定程度时,它不再向外放射质能体,形成自然演化的消亡而形成黑洞,假设有两个质量相同,能量饱和度相同,得到质能体量相同的行星,它们在自然演化过程中,只要它们构成物质的元素或构成物质元素的比例不同,演化的速度也不相同,经过一段时间后,两棵行星的质量,能量饱和度也不相同,在同一质能环境中的两棵行星,质量小的行星往往演化得更快。地球从形成到形成黑洞这个过程中出现过的元素,在其它星球的演化过程中大部分元素也曾出现过。其它星系、星球、小天体、宇宙微粒、尘埃、气体等物质的演化可类推。

星球的再生

宇宙中现在的星系等宇宙物质是由大爆炸形成的还是本来就存在,只要弄清楚实体和能量是否存在相互转化这个关健的问题就可以进行一系列正确的思考和认知。我们知道:实体具有质量,它是能量的载体,能量是实体运动变化的因素,它没有质量,任何物质都包含实体和能量两个部分。如果实体和能量存在相互转化,那么人们可以找到这个结果,事实上,在宇宙现有的常态下,如:恒星的高温,大质量恒星内部和超大质量黑洞内实体受到的高压,大质量核弹爆炸时产生的高温高压,在粒子接近光速碰撞的实验中,没有实现实体和能量的相互转化;正反物质相遇,可以从实验得出,并不象人们所说的湮灭而转化成纯能量,事实上,正反物质,只是物质的能量饱和度在一定范围内构成正反物质原子中的单位质能体中高能型,一般型、低能型中微子的比例不同而形成的,它们的相遇,会使正反物质的原子相互融合,按构成规律重新构成原子,如:足够多的正负电子在一起会按单位质能体的能力互补规律构成常态的原子,在形成原子的过程中,未能按构成规律构成的中微子和单位质能体被排除群体而向外辐射。是否以超光速的运动高速碰撞可以实现实体和能量的相互转化呢?我们所说的光速是光子群体行进的速度,也可以理解为趋于平均速度,事实上,不同能量饱和度、不同质量、不同类型的原子放射的质能体中光子的速度是有一定差异的,从实验和理论的思考都可以得出,质量大于光子质量上限的物质,它的速度不可超越光速。质量小于光子质量下限的物质,如:中微子,它的极限速度可以达到光速,甚至更高,在宇宙中,存在大量运动速度超越光速的中微子,它们总存在相遇或相互碰撞,很容易得出,它们的相互作用没有形成实体和能量的相互转化。宇宙中质量守恒,能量守恒的规律是不容置凝的,人们很容易判断:宇宙中的物质不可能从无到有,也不可能从少到多,即:实体和能量不会被创生出来,实体的质量是实体本来就具有的,而不是被某种粒子或场赋予。即:“上帝粒子”只是一个虚构的概念,它不存在。从以上的讲解得出:实体和能量不存在相互转化。能量饱和度不变的情况下,一个星球的质量越大,不稳定性越强,不存在集现在所有宇宙物质和能量为一体的一个星球,也就是现在的宇宙物质不是由大爆炸统一形成的,那么宇宙中本来就存在星系等宇宙物质。

由于实体是能量的载体,由同种原子构成的两个物体,如果能量饱和度相同,那么,质量大的物体包含的能量更大,物体所含能量的大小可以用质量相关的式子间接的表示出来,数学可以成为研究物理的重要辅助手段,但物理的形式高于数学的形式,用数学可以对物质某些方面的某些阶段进行描述,但在用数学研究物理的过程中,会出现因数学运算形式而产生的一些令人费解的没有物理实际意义的概念和结论,如:虚时间、负能量等,因此,过份依懒数学来产生物理的观点和结论是不利于物理研究的。

物质的存在使时空具有了意义,时间是描述事物发展变化的量度,不管是时间、空间、物质的存在状态,还是物质的运动、变化等,它们不因参照系的不同而改变,参照系的引入只能起到比较的作用。每一个中微子可以用四维时空来表述它的运动和变化,同样,一个单位质能体、一个原子、一个星球、一个小星系等,也可用四维时空来近似的表述,宇宙可以看作是不同的四维时空的集合。一个原子形成一个暗物质原子,可以看作是它的一个时间变化阶段,这个暗物质原子若获得能量较高的质能体而形成一个常态的原子,又可以看作是一个时间的变化阶段,暗物质的时间段可以看作是两个时间段的介点,这两个时间段不存在重合,即:不存在时间倒流。一个原子在低速运动和高速运动两种状态下,高速运动中获得阶段或持续的能量相应要高,使得高速运动下的原子形成暗物质原子的时间更长,出现理论上的时间减缓,但它不会停下来,更不会出现时间倒流的现象,即:时光倒流是一种错误的认知,在宏观物质的运动中,时间的变化规律可类推。

暗物质和黑洞有些方面的性质是相同的,如:暗物质和黑洞都不会向外幅射质能体,都具有得到能量的性质,能量饱和度都很低。暗物质和黑洞在某些方面又不同,游离于宇宙的暗物质可以是一个暗物质原子,也可以是两个或两个以上的暗物质原子构成的暗物质小棵粒,也可以是暗物质体。超新星的爆发和星球星系之间的碰撞不会形成黑洞,黑洞的形成除了前面讲到的形成方式,还有一种方式,黑洞由暗物质原子组成,如:宇宙中有很多的暗物质原子,暗物质小棵粒,它们虽然分布在星系质能连续的范围之外,但由于个体在初始运动状态和受宇宙中离散质能体的影响,它们在不断运动,总存在暗物质原子,暗物质小棵粒逐渐聚集,由于它们都有很强得到能量的能力,它们会紧密结合在一起,有的最终发展成大质量的暗物质体,也就形成了黑洞。因此,暗物质从质量上可分为暗物质原子,暗物质小棵粒,暗物质体,黑洞,大质量黑洞,超大质量黑洞。暗物质原子能量主要集中在基础能量区域,公共能量区域的能量很小,所以中微子之间的距离很小,公共能量区域只延伸到暗物质原子外很小的范围,因此,组成黑洞的暗物质原子之间的距离很小,黑洞的密度很大,每个黑洞内可分成很多的能量区域,但各能量区域的能量高低差异很小,能量区域之间的能量传递很小,能量区域不易发生变化,黑洞能量区域连续的范围只延伸到黑洞外围很小的一个范围。黑洞的运动状态由初始运动状态和得到质能体,质能体与它的引力作用确定,所以,宇宙中很多的黑洞相比,运动速度不同,质量不同,自旋的速度和方向不同,得到能量的能力不同,密度不同,能量饱和度不同。

星系及其中的星球按自身发展规律和在质能环境中受质能体作用在不断发生变化,把宇宙尘埃,气体、粒子、射线,单位质能体、小棵粒等在引力的作用下相互聚集形成一个星球叫星球的再生,从宇宙整体来看;部分星球消亡,部分星球再生,生生不息,永无止境。下面谈谈星球再生的几种方式。

碰撞形成星球再生。如:地球被一棵质量足够大的星球以足够的速度碰撞而粉碎成尘埃、气体、小棵粒,射线等,大部分物质会形成绕太阳公转的物质带,这一物质带的部分物质在引力作用下相互聚集,又会形成一棵以上的星球和小行星,形成星球的再生,两棵或两棵以上的星球合并形成一棵星球也是星球再生的一种方式。如果太阳随着能量饱和度的降低,引力作用增强,致使离太阳较近的行星回落到太阳上或受到其它外来的作用形成超新星爆发,或太阳自身的变化形成超新星爆发,它与第二次超新星爆发时间间隔足够长,那么超新星爆发喷射出的大量质能体在运动中和在引力的作用下,部分会聚集而形成行星。如果太阳系在黑洞爆炸作用下被粉碎,那么它与撞击的质能体一起会形成星球的再生,如果太阳系在宇宙流体的撞击下被粉碎,那么太阳系被粉碎的质能体和宇宙流体的部分物质一起经过一段时间后形成星球的再生。星系碰撞和其它碰撞形成的星球再生可类推。

宇宙流体形成星球再生:大质量黑洞对两个或两个以上的小星系产生引力作用时,星系的物质高速沿引力线向黑洞运动,在黑洞外如果发生高速碰撞而爆作,爆炸使气体、尘埃、小棵粒等进一步分解,使得爆炸点产生物质占有体积增大,某些方向上产生的膨胀力大于黑洞对它的引力,它就会喷射而出,产生宇宙流体,有些方向上的宇宙流体会形成与爆炸点上的质能体不连续,不受到黑洞引力的作用,脱离黑洞引力的宇宙流体的质量不超过被黑洞吞食的质能体质量,那么这些宇宙流体经过一段时间后,会形成小星系,星球,形成星球的再生。

未达到超饱和能量上限的中微子,都有得到能量的能力,是实体与能量共存的特性。同样,未达超饱和能量上限的单位质能体,原子,物体等,都有得到能量的能力,所以,它们有得到质能体的趋势。构成原子的单位质能体与外界能量,质能体的作用,单位质能体中中微子之间的相互作用,结构区域变化,能量区域变化,能量饱和度的变化,能量与实体的相互作用,使得部分质能体辐射到原子外,这是原子内部运动,变化的结果。所以,对于一个常态的原子,它既有得到质能体的趋势,也有向外幅射质有体的趋势,一个星球同样有得到质能体的趋势,也有向外幅射质能体的趋势。如:一棵恒星在宇宙环境中,它产生幅射并发光发热,其实就是向外放射质能体,同时它又会获得外来的质能体,当它获得的质能体所含能量小于向外放射的质能体所含的能量时,它向形成黑洞的方向演化。同理,一棵行星从外界获得的质能体所含的能量小于向外幅射质能体所含的能量,它向形成黑洞的方向演化。不管是恒星演化形成黑洞还是行星演化形成黑洞都要经过很长的时间。同一个星球在不同的质能环境中演化形成黑洞所用的时间是不一样的。恒星,行星演化形成的初始黑洞质量往往较小。宇宙中存在超大质量的黑洞(质量可达太阳质量的百、千亿倍)是由很多质量较小的黑洞,暗物质逐渐聚合,或吞食了一定量的质能体形成的,这样大质量黑洞的形成致少要上千亿年,甚致亿亿年以上,从宇宙整体来看,宇宙的时间是无始无终的。

一个黑洞所能吞食的质能体是有限的,在一定限度内,一个黑洞能吞食的质能体质量与自身质量成正比。质量与地球相当的一个黑洞如果吞食了地球,而且各自其中的中微子携带能量的能力不发生变化,它们相互作用形成一个新的星球,这个星球的能量饱和度远远小于地球原来的能量饱和度,这个星球得到能量的能力比原黑洞更小,比原地球得到能量的能力更强,向外放射质能体的能力比原地球弱。

如果宇宙中全部都是会幅射质能体的物质,那么它就不会形成“部分星球消亡,部分星球再生,生生不息,永无止境”的循环变化,同样,如果宇宙中全部是不会幅射质能体的物质,那么它也不会形成天体循环的变化,从无限宇宙中取足够多的质能体来看,会幅射质能体的物质总量和不会幅射质能体的物质(暗物质)总量的比值并不是固定不变的,它在一定范围内波动。引起这个数值波动的原因很多,主要是实体和能量分别组合情况引起的;如:一定量的实体和一定量的能量让它们构成一种或几种原子,只有其中的少部分原子会放射质能体,而让他们构成其他的原子就不一定会放射质能体了。其次是高能型、一般型、低能型中微子的数量比发生微小变化引起的。中微子携带能量的能力在一定条件下是可以改变的,如:高速碰撞、高温、高压等。比如:一个低能型中微子变成了高能型中微子,它携带能量不变,也就是能量饱和度不变,但携带能量的能力增强了,可失去的能量减小,对外体现能量亏损,反之,一个高能型中微子变成低能型中微子,它携带的能量不变,但携带能量的能力减弱,可失去能量增多,对外体现出能量增置。单位质能体中,在各中微子携带能量能力不变的情况下,单位质能体可携带能量的能力大于或等于个体可携带能量的能力之和。如:一群中微子形成了单位质能体(假设这个过程中不与外界质能体发生作用),虽然能量饱和度不变,但从个体形成单位质能体,携带能量的能力增强,对外体现能量亏损;反之,把一个单位质能体分解成单个中微子,虽然能量饱和度不变,但会体现出能量增置。

一个原子向外幅射的质能体运动轨迹受初始运动状态,与其它质能体作用而得失能量,与其他质能体的撞击,引力作用等的影响,它有沿引力线运动的趋势,这就容易理解一个光子在宇宙中的运动不可能始终沿直线运动,也不可能无限的沿某个方向运动下去。光的波动性只有在介质中运动和群体行进时才体现出来,一个孤立的光子在不与其它物质作用时,它只体现粒子性而沿直线运动,宇宙中虽然存在很多区域的质能体能量区域不连续,但无限宇宙中的物质多到总能使一个光子在运动中受到影响,由前面讲解可知,假设宇宙有边缘,一个处于边缘上的星球向外放射的质能体不可能向更加边缘的方向超过质能连续区域运动下去。

黑洞从形成到消亡形成星系的过程可分为三个阶段:黑洞阶段,成长阶段,爆发阶段。

在能量区域连续的质能环境中,能量由高的区域向低的区域流动。由于实体与能量,质能体之间相互作用等因素,质能连续的区域里可分为很多能量区域,这些能量区域的能量高低、区域大小常发生变化,使得能量或快或慢、或强或弱不停的流动着。因此在质能体能量区域连续的质能环境中不存在暗物质,暗物质存在于星系质能连续的范围之外,把暗物质存在的区域叫暗物质区域。在宇宙中,存在非常多的暗物质区域,暗物质区域的数量,每个区域范围的大小是会发生变化的,成为暗物质区域的原因是进入(或经过)该区域的质能体的量少或是离散的,黑洞绝大多数存在于暗物质区域内,从宇宙中取足够大的范围来看,暗物质多于质能体。

每一个暗物质区域里都有非常多的暗物质,以质量所占的比例来看,其中暗物质原子最多,暗物质小棵粒其次,暗物质体较少、黑洞最少,它们之间能量区域不连续,相互间不产生引力的作用,它们由初始运动状态,撞击,外来离散质能体的作用而不停的运动,虽然运动速度和运动方向不尽相同,但运动速度普通较低。假设在某个暗物质区域的边缘有一暗物质体,它运动到星系质能连续的范围内,它能获得质能体,能量饱和度升高到一定程度后,它会向外放射质能体,暗物质体演化成质能体。同样,假设有一个质量与地球大小相近的黑洞运动到星系质能连续的范围内,它能获得质能体,能量饱和度升高,体积增大,到一定程度后,它开始会向外放射质能体,这个黑洞就形成了一个新的星球,如果这个星球被某个小星系俘获而成为其中的一棵行星,在一定时间内,它在能量饱和度、放射质能体,构成的元素等方面会出现与其它的行星不一样。其它质量的暗物质原子、暗物质棵粒、小型黑洞进入星系质能连续范围内的变化可类推。

黑洞阶段向成长阶段演化:如:在某个暗物质区域里有一暗物质原子A1,它在运动过程中与其它的一个暗物质原子相遇并形成一个暗物质小棵粒A2,A2质量大于A1,A2与A1的能量饱和度不一定相等;A2在运动过程中遇到其它的暗物质原子或暗物质小棵粒,形成暗物质小棵粒A3,A3质量大于A2,A3与A2能量饱和度不一定相等,以此类推,暗物质小棵粒A3与其它暗物质原子,暗物质小棵粒,暗物质体相遇,形成暗物质棵粒A4,A4与其它暗物质一次又一次的聚合,质量逐渐增大,质量增大到一定程度形成暗物质体A5,A5与其它暗物质一次又一次的聚合,形成质量非常大的暗物质体,就成了一个小质量黑洞,这个小质量黑洞一次又一次与其它暗物质,质能体聚合,质量不断增大,这个黑洞不可能无限长大下去,主要原因是它在成长过程中不断运动,总存在获得足量的质能体,使得它在质量增大的同时,能量饱和度升高,当能量饱和度升高到一定程度,它的结构也随着发生变化,能量饱和度继续升高到一定程度后,它开始向外放射质能体,如果它不再得到外来的质能体或获得的质能体能量不能使它的能量饱和度升高。它又向形成黑洞的方向演化,如果他继续得到质能体使它的能量饱和度继续升高,那么它向爆发形成星系的方向演化。

一个原子中的每个质子、中子、电子是由很多单位质能体构成的,每个单位质能体由很多中微子按构成规律(能力互补规律,结构区域平衡规律,能量区域平衡规律)构成,单位质能体在构成质子、中子、电子时仍遵循这个规律。一个单位质能体可以分成几个能量区域,这些能量区域是常发生变化的,能量区域变化较大时,有可能引起结构区域的变化,结构区域发生变化一定引起能量区域的变化。能量饱和度变化达到一定程度会引起结构区域的变化,其中的部分或整体中微子会重新按构成规律构成,这个变化过程中,甚至会引起相邻的单位质能体结构区域也发生变化,重新构成的部分单位质能体或原有的部分单位质能体可能会放射到原子外。单位质能体相比:高能型中微子较多的单位质能体体现出类似高能型中微子的性质,表现出更强的结合力,所以,含高能型中微子数更多的单位质能体更不易放射到原子外,这样的结果是:如地球这样的常态星球,它演化成一个黑洞后,这个黑洞中高能型中微子所占的比例大于原地球中高能型中微子所占的比例。

黑洞经过成长阶段后爆发受几个条件的限制:自身质量,能量饱和度,单位时间内获得质能体的量,自身内高能型、一般型、低能型中微子数量比例的变化。如果黑洞质量太小,在一段时间内,它获得足量的质能体不会发生爆发,它会形成一棵能向外放射质能体的常态星球,有的黑洞质量较大,在一定时间内,它吞食了成千上万倍太阳质量质能体才会发生爆发,而有的超大质量黑洞它可以吞食了银河系中大部分质能体才爆发。黑洞不管质量大小,只要能量饱和度低到其中构成的原子处于暗物质原子结构状态,它就不会形成爆发。一个黑洞在一段时间内获得一定量的质能体刚好能形成爆发,那么它在更长的时间内获得这些量的质能体就不会形成爆发。假设有一定量的能量,一定量的中微子构成一个原子,它刚好形成会向外放射质能体,如果构成这个原子的高能型中微子比例增大到一定量,它就不会向外放射质能体,同理,一个黑洞在向爆发演化过程中,如果它已无限接近临界爆发的状态,其它条件不变,如果高能型中微子的数量比减少到一定程度,它就形成爆发。

黑洞获得质能体的方式有两种:一种是离散的质能体,它在暗物质区域里就可以获得,获得离散质能体不足以使它达到爆发阶段;另一种是获得能量区域连续的质能体,这种情况只有进入星系质能连续的区域内才能获得。

下面用一个理想的试验来说明黑洞由黑洞阶段经过成长阶段达到爆发阶段的过程;假设银河系外某个暗物质区域有一个质量较大的黑洞向太阳系运动,只要进入太阳系质能连续的区域,黑洞强大的得到能量的能力(引力)性质就体现出来,这种引力作用到先与黑洞接触的原子上,受到的作用力大于原子间质子、中子、电子之间的相互作用力,原子被分解而进入黑洞,其它相邻的原子陆续被分解而吸入黑洞。由于引力的速度是能量传递的速度(引力速度不超过上限光速),能量由高的区域向低的区域流动,能量传递的大小和速度决定了力的强度,所以整个太阳系逐渐受到黑洞引力的作用,太阳系里的物质(质能体)陆续向黑洞运动,这些质能体在快速向黑洞运动的过程中,由于相互高速碰撞,强大引力等原因,使得质能体的分子、原子等被分解成个体中微子、中微子群体,单位质能体、质子、中子、电子等而进入黑洞,黑洞的运动速度,旋转速度发生改变,黑洞进入成长阶段。如果太阳系与相邻星系的质能连续断开,那么黑洞就无法通过太阳系而向其它相邻星系体现引力的作用。如果太阳系与相邻的星系质能连续较为紧密,那么太阳系相邻的星系跟随太阳系被黑洞香食。如果黑洞进入两个或两个以上小星系之间,几个小星系几乎同时受到黑洞引力而向黑洞运动,由于黑洞体积较小,大量质能体在黑洞外发生高速碰撞、聚集、拥堵而爆炸,就形成了类星体的一种,如果爆炸的质能体量达到一定程度,部分质能体会向一个或几个方向流动,形成宇宙流体,有的宇宙流体脱离了黑洞对它的引力,足够多的宇宙流体经过一段时间后会形成星球,小星系等。质能体初进入黑洞的地方能量最高,原因是:一方面黑洞里高能型中微子所占的比例较大,质能体进入后,这个比例减小,会体现出能量增置;另一方面高能型中微子在受到高压,高温,高速碰撞时,携带能量的能力减弱,其中部分高能型中微子会转化成一般型中微子或是低能型中微子,也会体现出能量增置,黑洞里能量高的区域里的能量向能量低的区域流动。黑洞成长阶段源源不断获得质能休的过程中,能量饱和度升高,暗物质原子中基础能量区的能量和公共区的能量升高,中微子之间距离增大,原子间的距离也增大,黑洞成长阶段的体积增大,密度减小,其中原子的能量饱和度升高到一定程度后,会出现两个以上的能量区域,能量饱和度继续升高,原子里中微子的运动速度和范围增大,结构区域发生改变,出现不同的结构区域,大质量原子开始分解,原子中质子、中子、电子的区别开始体现出来,开始向外放射质能体,黑洞成长阶段得到能量的能力是逐渐减小的,而部分质能体在原引力强度作用下对它产生超过能承受的作用,使得部分受到质能体作用的地方的作用力大于单位质能体之间的作用力,其中无序程度达到最大,达到爆发阶段,形成爆发而形成类星体的一种,观测到的类星体主要就是这种类型。爆发形成的质能体体现出较高的能量,爆发分为局部爆发和整体爆发两种,局部爆发是超大质量黑洞在较短时间内获得足够多的质能体,而且这些质能体以足够大的速度对黑洞产生撞击才能形成,所以局部爆发出现的情况较少。

黑洞经过爆发阶段,如果是整体爆发,在爆炸后很长一段时间内,生成的质能体质能是连续的,但质能体分布并不均匀,会形成两个或两个以上质能体相应集中的大区域,每个大区域里按能量高低又可分成几个能量区域,其中,质能体越集中的地方,能量越高。每个大区域至少可以形成一棵恒星,任何一棵恒星形成后,都会有一些剩余的质能体形成其它的星球而成为这棵恒星的卫星。这样,整体爆发后,可形成两个以上的小星系,这些小星系在形成后的一段时间内质能连续。如果黑洞经过爆发阶段的局部爆发,质能体可以从一个或几个方向上运动。如果质能体从几个方向运动,一定时间后,几个方向上的质能体之间质能不一定连续。每一个方向上运动的质能体可以形成一个以上的小星系,这些小星系在刚开始形成后的一段时间内质能连续。

形成原子质量的大小不仅与构成规律有关,还与原子的能量饱和度有关,在能量越高的区域中越不易形成大质量原子。反之,在能量越低的区域中越容易形成质量较大的原子,这是实体与能量相互作用的又一特性。不同能量饱和度的星球有不同的上限质量,在宇宙中恒星形成较稳定的状态后质量在一定范围内。在某种能量饱和度下超过上限质量就会产生裂变而向重新形成星球的方向演化,这可以用以下几个方面来理解:一个中微子可得到能量的能力在一定范围内,同理,一些中微子构成的单位质能体,电子、中子、质子等及它们的群体得到能量的力也在一定范围内,星球内能量区域的形成及变化会造成结构区域的变化而引起星球质量变化等。

下面以太阳系形成为例来说明小星系的形成,太阳系源自黑洞经过成长阶段形成的爆发,刚开始爆发时形成的质能体能量饱和度普遍较高,有一定量的反物质,反物质不超过三分之一,这些反物质与其它中微子、单位质能体、原子等相互作用,重新按构成规律构成常态的单位质能体和常态原子等,随着能量饱和度降低,反物质逐渐消失。质能体的空间分布密度影响着它在以后一段时间内能量饱和度下降的速度,爆发后形成一些质能体相应集中的大区域,其中有一个较大的质能区域(把它叫A区),在A区里质能体最集中的地方(也是能量最高的区域)在引力的作用下质能体得到优先数量的聚集,开始形成高能质能体集团,在不断获得周围质能体时,这个质能体集团的体积减小,质量增大,自转速度逐渐加快,它周围的质能体(把它叫外围质能体)在引力的作用下被拖曳着跟其旋转,当离心力与引力平衡时,外围质能体根据不同的质能区域相聚形成行星,小天体等。这样,高能质能体集团就形成了现在的太阳,太阳刚开始形成时,能量饱和度比现在高,体积比现在大,自转速度比现在快,外围质能体在太阳形成的过程中相继形成行星,内太阳系的行星是在太阳的作用下形成的,行星形成的质量和数量取决于初爆发时形成区域A的质能体量和太阳在形成过程中自转的速度。月球是地球形成过程中相邻的另一个小质能区域的质能体聚集形成的,它继地球形成后形成,地球刚形成时,虽然能量饱和度比太阳低很多,但比现在高,刚形成时是一个炽热的星球,月球刚形成时的能量饱和度比当时地球略低。在区域A外有一些较小的质能区域,跟据以上讲的原理形成星球,在与太阳引力作用下绕太阳运动而形成太阳的卫星,中太阳系的行星和外太阳系的绝大多数行星就是这样形成的。外太阳系或太阳系边缘的部分行星,小天体等是太阳系在运动过程中俘获或从其它小星系抢夺而来,有的是流浪星球或小天体进入太阳系而成为太阳系的一部分。其它小星系的形成可类推。超大质量黑洞爆发能产生很多如太阳系一样的小星系,这些小星系能构成一个以上的矮星系,大质量星系,如银河系由很多更小的星系在运动过程中经过相互合并而成为一个整体。

地球上的生物是地球所处的太阳系质能环境中各种因素相互作用的结果,相对宇宙而言,生物是偶然而又必然的产物,所以存在高等生物的星球在宇宙中还有很多。根据太阳系自身演化和能量饱和度变化来看,如果地球上的生物来自太阳系的某个星球,那么只能来自火星,以后地球不适合生物生存,如果太阳系内还有适合生物生存的星球,那么必然是金星,地球在演化过程中出现过的绝大多数元素,在金星演化过程中也会出现,到金星不再适合生物生存后,根据太阳系自身的演化,太阳系中不再有适合生物生存的星球。

摘要：原子中的电子、质子、中子等由单位质能体构成,单位质能体由中微子按能力互补规律,结构区域平衡规律和能量区域平衡规律构成。“宇宙背景辐射”和红移现象不能作为宇宙大爆炸的理论依据。四种力:电磁力、强核力、弱核力、引力都是同一种力在不同质能环境中的不同体现。引力是时空弯曲的因素。黑洞主要存在于暗物质区域里。星球的消亡分为:受其它星球撞击形成消亡,受其它星球爆炸的影响而形成消亡,受宇宙流体撞击而形成消亡,星球吞并形成消亡,向外放射质能体形成消亡。从宇宙整体来看:部分星球消亡,部分星球再生,生生不息,永无止境。星球的再生分为:碰撞形成星球再生,宇宙流体形成星球再生,黑洞经成长阶段形成爆发而形成星球再生。

关键词：中微子,暗物质,黑洞,引力,星球,单位质能体,能量饱和度,能量

参考文献

[1][英]史蒂芬·霍金著.许明贤,吴忠超译.时间简史[M].长沙:湖南科学技术出版社,2001年10月第1版.

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