高三物理一轮复习《万有引力定律及其应用》学案.doc

高三物理一轮复习万有引力定律及其应用复习案【学习目标】1、知道行星绕恒星运动及卫星绕行星运动的共同点：万有引力作为行星、卫星做圆周运动的向心力。2、会应用万有引力定律计算天体的质量、密度。3、知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度。4、掌握人造卫星的周期、线速度、角速度跟其轨道半径大小的关系。知道地球同步卫星的运动规律。【重点难点】1、应用万有引力定律计算天体的质量、密度。2、准确理解三个宇宙速度的含义。【使用说明与学法指导】先通读教材有关内容，进行知识梳理归纳，再认真限时完成课前预习部分内容，并将自己的疑问记下来（写上提示语、标记符号）。【课前预习】一、万有引力定律在天文学上的应用1、基本方法：把天体（或人造卫星）的运动看成是匀速圆周运动，其所需要的向心力由万有引力提供。 解决问题时可根据题设条件选择相应的公式分析、计算。2、求天体质量和密度的方法（1）、通过观察绕天体做匀速圆周运动的行星（卫星）的运动周期、转动半径，由万有引力等于向心力，得天体质量m= _。（2）、若知天体的半径r，则天体的密度已知卫星绕天体表面飞行，这时可认为r=r，则该天体的密度=_。 （3）、由物体的重力等于地球的引力公式mg=gmm/r2 ，可求出地球的质量m=_。二、人造卫星1、人造卫星运行规律设卫星（质量为m）绕地球（质量为m）做匀速圆周运动，则所需要的向心力由地球引力提供，即： 由g得卫星运行的线速度v=_。由此可知，卫星的轨道半径r越大，线速度v越_。由2得卫星运行的角速度=_。由此可知，卫星的轨道半径r越大，角速度越_。由得卫星运行的周期t=_。由此可知，卫星的轨道半径r越大，周期t越_。2、地球同步卫星所谓地球同步卫星，是相对地面静止的、人眼睛看来静止在太空不动的卫星。要成为地球同步卫星，必须满足下列条件： （1）、卫星绕地球的运行方向与地球自转方向_，卫星的运行周期与地球自转周期_，即同步卫星的运转周期等于_小时。（2）、同步卫星运行的轨道平面与地球的赤道平面重合，即同步卫星只能定点在_上空。三、宇宙速度1、第一宇宙速度（1）、第一宇宙速度（也叫环绕速度）：是人造卫星在地面附近环绕地球做匀速圆周运动必须具有的速度，是人造地球卫星的_（填最大或最小）发射速度,是所有绕地球运转的人造卫星中运转_（填最大或最小）的速度。（2）、推导：方法1：由地球对卫星的引力充当卫星环绕地球运动的向心力有：g式中r取地球半径r=6400km，m为地球质量m=61024 kg，m为卫星质量，v是卫星环绕地球的速度。v=_=_ km/s。方法2：由于地球对卫星的引力等于卫星所在处的重力mg，这个重力mg就是卫星环绕地球运动的向心力。所以有mg=m，v=_=_ km/s。式中g为地球表面的重力加速度9.8 m/s2，r为地球半径6400 km2、第二宇宙速度(也叫脱离速度)在地面上发射人造卫星，使之能够脱离_的引力作用，成为绕太阳运行的人造行星或飞到其他行星上所必须具有的_发射速度，v=_ km/s3、第三宇宙速度(也叫逃逸速度)在地面上发射人造卫星，使之最后能脱离_的引力范围，飞到太阳系以外的宇宙空间所必须具有的_速度，v=_ km/s注意：以上三个速度均是在地面发射卫星的瞬时理论速度，与实际的卫星发射过程不同。【课内探究案】探究一 万有引力定律在天文学上的应用1、中子星是恒星演化过程的一种可能结果，它的密度很大。现有一中子星，观测到它的自转周期为。问该中子星的最小密度应是多少才能维持该星的稳定，不致因自转而瓦解。计算时星体可视为均匀球体。（引力常量g6.671011 nm2/kg2）2、地球绕太阳公转轨道半径，周期为，月球绕地球公转轨道半径为，周期为，则太阳和地球的质量之比为多少？探究二 对卫星的发射、变轨、运行问题3、设地球半径为r，一颗人造卫星在离地面高度h=r的圆形轨道上运行，其运行速度是第一宇宙速度的多少倍?4.假如一个做圆周运动的人造卫星的轨道半径增大到原来的2倍仍做圆周运动，则（ ）a、根据公式v=r可知卫星运动的线速度将增加到原来的2倍b、根据公式f=mv2r可知卫星所需向心力减小到原来的12c、根据公式f=gmmr2可知地球提供的向心力将减小到原来的14d、根据上述b和c中给出的公式，可知卫星运动的线速度将减小到原来的2探究三 双星系统问题的分析5 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l，其运动周期为t，求两星的总质量。 【拓展提升案】1、一飞船在某行星表面附近沿圆轨道绕该行星飞行，认为行星是密度均匀的球体，要确定该行星的密度，只需要测量 （ ） a飞船的轨道半径 b飞船的运行速度c飞船的运行周期 d行星的质量2.有质量相等的两个人造地球卫星a和b，分别在不同的轨道上绕地球做匀速圆周运动。两卫星的轨道半径分别为ra和rb，且rarb。则a和b两卫星相比较，以下说法正确的是（ ）a卫星a的运行周期较大b卫星a受到的地球引力较大c卫星a的动能较大d卫星a的机械能较大3我国将要发射一颗绕月运行的探月卫星“嫦娥1号”。设该卫星的轨道是圆形的，且贴近月球表面。已知月球的质量约为