河北省遵化市第一中学高中物理 从向心力的来源分析天体的运动学案 新人教版必修2.doc

万有引力专题（一）从向心力的来源分析天体的运动一关于万有引力定律考纲要求主题内容要求万有引力定律万有引力定律及其应用环绕速度第二宇宙速度和第三宇宙速度经典时空观和相对论时空观二教学目标1.知识与技能：掌握天上的卫星及“地面”上的物体做圆周运动的向心力的来源不同，理解万有引力向心力和重力间的区别与联系。会比较不同绕转天体做圆周运动的参量间的定性关系。能建立向心力与圆周运动参量间的定量关系。2.过程与方法：通过本节学习提升学生对已知知识的整合能力，强化构建知识网络意识，掌握知识的横向和纵深拓展能力和方法。3.情感态度与价值观：通过一题多变体会物理知识的灵活性，通过总结又可以多题归一，培养学生科学严谨的思维。三教学重点与难点：1.教学重点：明确做圆周运动的向心力的来源及能建立向心力与圆周运动参量间的定性关系。2.教学难点：掌握天上的卫星及“地面”上的物体做圆周运动的向心力的来源不同。四教学过程（一）.复习提问：1地球卫星绕地球做圆周运动的向心力由什么力充当？卫星的线速度、角速度、周期、加速度的表达式？2.重力与万有引力的区别与联系是什么（特别强调在赤道上的物体）？板书： 教师强调：（1）各运动参量表达式成立的条件是f万全部充当向心力才成立。（2）对于同一中心天体运动参量随轨道半径r变化而变化。（3）若中心天体不同各运动参量随轨道半径r和中心天体质量m两因素变化而变化。 (二).典型例题-赤道平面内的物体的运动例1.处在赤道平面内的四个物体，卫星a,同步卫星b,近地卫星c,赤道上的物体d，均在赤道平面内做同向的圆周运动;已知地球半径为r,质量为m,自传周期为t0，万有引力常量为g求：（1）比较四个物体的周期及角速度定性关系？（2）比较b、c、d三个物体的线速度定性关系及a、b、c三个物体的线速度定性关系？（3）比较b、c、d三个物体的加速度定性关系及a、b、c三个物体的加速度定性关系？拓展1：c卫星的轨道半径近似等于地球半径，已知该星的公转周期为t，求地球的平均密度？拓展2：求质量为m的物体d所受的重力的大小（考虑地球的自传）？拓展3:假设第球自转角速度不断增大，当角速度增大多大时，物体d刚好“飘起”？此时物体d的线速度与第一宇宙速度相比大小关系是？此时物体d做圆周运动的周期多大?拓展4：c卫星的轨道半径近似等于地球半径，c卫星与d物体的线速度相等吗？为什么？拓展5：c卫星的轨道半径近似等于地球半径为r，a卫星的轨道半径为ra ,假设某时刻a、c、两卫星在过地心的同一直线上（如图所示）求a卫星至少再经多长时间出现在c卫星的正上方？此位置还在初始位置吗？拓展6：如果在赤道上插一根很长的旗杆，当人沿旗杆往上爬，在低于同步轨道时此人此时松手人能否绕地球做圆周运动？在同步轨道和高于同步轨道时分别松手人能否绕地球做圆周运动？随堂练习1：土星外层有一个环，为了判断它是土星的一部分还是土星的卫星群，可以根据环中各层的线速度v与该层到土星中心的距离r之间的关系来判断（ ）a.若vr，则该层是土星的一部分 b.若vr，则该层是土星的卫星群c.若v21/r，则该层是土星的一部分 d.若v21/r，则该层是土星的卫星群随堂练习2：某地球同步卫星离地心距离为r，运行速度为v1，加速度为a1，地球赤道上的物体随地球自转的向心加速度为a2，第一宇宙速度为v2，地球的半径为r，则下列比例式正确的是（ ）a. b. c. d. （三）.典型例题-双星模型例2“双星系统”有两颗相距较近的恒星组成，每个恒星的半径远小于两星体之间的距离，且双星系统远离其它天体，如图所示连颗星体在相互作用的万有引力作用下绕连线上的o点做匀速圆周运动。现测得两恒星之间的距离为l，质量分别为m1和m2 则可求：m1与m2做圆周运动的轨道半径r1与r2的大小？双星m1与m2的线速度？双星的周期t=?变形1：“双星系统”有两颗相距较近的恒星组成，每个恒星的半径远小于两星体之间的距离，且双星系统远离其它天体，如图所示连颗星体在相互作用的万有引力作用下绕连线上的o点做匀速圆周运动。现测得两恒星之间的距离为l，公转周期为t ,万有引力常量为g则双星的总质量为_.变形2：宇宙中有a、b两颗天体构成的一个双星系统，它们互相环绕做圆周运动，其中天体a质量大于天体b的质量，假设两星之间存在质量转移，b的一部分质量转移到了a，若双星间的中心距离不变，则发生质量转移前后( )a.天体a、b之间的万有引力不变 b.天体a、b做圆周运动的角速不变c.天体a运动半径不变，线速度也不变 d.天体b运动半径变大，线速度也变大变形3.当mbvbvd; vcvbva; (3) acabad; acabaa;拓展1： 拓展2： 拓展3： ;与第一宇宙速度相等； 拓展4：不相等，向心力不同对c卫星;而对于d物体,显然v1v2 拓展5： 不一定是初始位置。 拓展6：不能，人将落向地球；恰好做匀速圆周运动;不能，人将远离地球随堂练习1：答案：ad 随堂练习2：答案：ad例2：解析：双星的隐含题意为两星体做圆周运动的向心力相等，圆周运动的周期相等，对两星体列向心力方程得： （1） （2）r1+r2=l （3）联立（1）（2）(3)两式可得： （4） （5）（6）联立（1）（2）(6)两式可得： （7） （8）（9）联立（4）（5）(8)(9)两式可得： （10） （11）变形1： 变形2：bd变形3.基本没区别， 按b星绕a星做圆周运动计算 按