2.万有引力.doc

- 李老师教辅分享 -个性化教学辅导教案姓名年级性别 课题：万有引力与天体物理学教学目标知识点：万有引力的概念、公式、万有引力和重力的关系、三个宇宙速度考点：计算天体的质量、密度等各个参数；第一宇宙速度的性质；同步卫星的性质能力：运用万有引力的公式求解相关题型方法：通过受力分析，结合圆周运动公式、重力公式以及牛顿定律，具体问题具体分析难点重点重点：中心天体、卫星运动等相关计算课堂教学过程课前检查作业完成情况：优 良 中 差 建议_过程窗体底端【基本概念】一、万有引力定律1、定律内容：任何两个物体都是相互吸引的，引力的大小跟两个物体的质量的乘积成正比，跟它们的距离的平方成反比。2、表达式：,其中G=6.6710-11Nm2/kg23、几点理解和注意(1) 万有引力定律适用于一切物体，而公式在中学阶段只能直接用于定律适用于可视为质点的两个物体间的相互引力的计算，r指两个质点间的距离。若两物体是质量均匀分布的球体，r就是两个球心间的距离。(2)天体的质量是巨大的，所以天体之间的万有引力很大，因而万有引力定律是研究天体运动的基本定律，一般物体质量较小，尤其微观粒子其质量更小，因而一般情况下万有引力都是忽略不计。4、万有引力常数的测定在牛顿发现万有引力定律一百多年以后，英国的卡文迪许巧妙地利用扭秤装置，第一次在实验室里比较准确地测出了万有引力常数的数值。5、万有引力与重力：万有引力可以分为两个分力：重力和跟随地球自转所需的向心力。重力的方向在赤道和两极处指向地心，在其它方向并不指向地心。6、地球上物体重力变化的原因（1）自转的影响当物体位于纬度处时，万有引力为 ，向心力为Fn=m2Rcos，则重力：。当物体位于赤道时，=0，当物体位于两极时，=90，可见，物体的重力产生于地球对物体的引力，但在一般情况下，重力不等于万有引力，方向不指向地心，由于地球自转的影响，从赤道到两极，物体的重力随纬度的增大而增大（2）地面到地心的距离R和地球密度的影响由于地球是椭球体，质量分布也不均匀，根据 可知，随着R和的变化，重力也会发生变化。物体的重力从地面到高空随高度的增大而逐渐减小。说明：由于地球自转的影响，从赤道到两极，重力变化为千分之五；地面到地心的距离R每增加一千米，重力减少不到万分之三。所以，在近似计算中，mgF。7、万有引力定律的应用（1）计算地面上空h处的重力加速度 （2）计算中心天体的质量M和密度 当r=R，即近地卫星绕中心天体运行时，2、 人造卫星、宇宙航行1、人造地球卫星的有关规律 人造地球卫星和星体作环绕运动（视为圆周运动）时，万有引力提供向心力，即： 2、人造地球卫星的机械能 由可得：卫星的动能 卫星的机械能E =EK +Ep ，其中Ep为引力势能。由上面公式可知卫星离地面越高，其速率越小，周期越大，角速度越小，动能越小，势能越大。3、宇宙速度 第一宇宙速度环绕速度7.9km/s。 这个速度是人造地球卫星发射的最小速度，也是人造地球卫星环绕地球运转的最大速度。 第二宇宙速度脱离速度11.2 km/s。 第三宇宙速度逃逸速度16.7 km/s。4、人造地球卫星中的超重和失重在卫星发射升空的加速运动过程中（背离地球加速）或返回地面的减速运动过程中（面向地球减速），人造卫星以及其中的人和物体都处于超重状态。人造卫星以及其中的人和物体在太空中做圆周运动时处于失重状态。5、同步地球卫星的特点 同步地球卫星的主要特征是与地面相对静止，卫星这个特征就决定了： 所有同步卫星必须在赤道上空，其轨道平面必然和赤道平面重合； 所有同步卫星运转周期与地球自转周期相同； 所有同步卫星高度必为定值（大约3.59107米）； 所有同步卫星以相同的速率绕地球运行，即v一定。【课后习题】1、 选择题1、关于开普勒第三定律中的公式，下列说法中正确的是A适用于所有天体 B适用于围绕地球运行的所有卫星C适用于围绕太阳运行的所有行星 D以上说法均错误2、 已知地球半径为R，地球表面的重力加速度为g，若高空中某处的重力加速度为g，则该处距地面球表面的高度为A（1）R BR C R D2 R3、一个行星，其半径比地球的半径大2倍，质量是地球的25倍，则它表面的重力加速度是地球表面重力加速度的A6倍 B4倍 C25/9倍 D12倍4、要使两物体间万有引力减小到原来的1/4,可采取的方法是A使两物体的质量各减少一半,距离保持不变B使两物体间距离变为原来的2倍,质量不变C使其中一个物体质量减为原来的1/4,距离不变D使两物体质量及它们之间的距离都减为原来的1/45、根据天体演变的规律,太阳的体积在不断增大,几十亿年后将变成红巨星.在此过程中太阳对地球的引力(太阳和地球的质量可认为不变)将A变大 B变小 C不变 D不能确定6、设土星绕太阳的运动为匀速圆周运动,若测得土星到太阳的距离为R,土星绕太阳运动的周期为T,万有引力常量G已知,根据这些数据,能够求出的量有A土星线速度的大小 B土星加速度的大小 C土星的质量 D太阳的质量7、已知下面的哪组数据,可以算出地球的质量M(引力常量G为已知)A月球绕地球运动的周期T 及月球到地球中心的距离R B地球绕太阳运行周期T 及地球到太阳中心的距离RC人造卫星在地面附近的运行速度V和运行周期TD地球绕太阳运行速度V 及地球到太阳中心的距离R8、某行星的卫星，在靠近行星表面轨道上运行若要计算行星的密度，唯一要测量出的物理量是 A. 行星的半径 B. 卫星的半径C. 卫星运行的线速度 D.卫星运行的周期9、下列说法正确的是 A. 天王星是人们由万有引力定律计算其轨道而发现的 B. 海王星及冥王星是人们依据万有引力定律计算其轨 道而发现的 C.天王星的运行轨道偏离,其原因是由于天王星受到 轨道外面的其它行星的引力作用 D.以上说法均不正确10、关于地球的第一宇宙速度,下列说法中正确的是A它是人造地球卫星环绕地球运转的最小速度B它是近地圆行轨道上人造卫星的运行速度C 它是能使卫星进入近地轨道最小发射速度D它是能使卫星进入轨道的最大发射速度11、地球上有两位相距非常远的观察者,都发现自己的正上方有一颗人造地球卫星相对自己静止不动,则这两位观察者的位置以及两颗人造地球卫星到地球中心的距离可能是A一人在南极,一人在北极,两卫星到地球中心的距离一定相等B一人在南极,一人在北极,两卫星到地球中心的距离可以不等,但应成整数倍C两人都在赤道上,两卫星到地球中心的距离一定相等D两人都在赤道上,两卫星到地球中心的距离可以不等,但应成整数倍12、把太阳系各行星的运动近似看作匀速圆周运动,则离太阳越远的行星A周期越小 B线速度越小 C角速度越小 D加速度越小13、我们国家在1986年成功发射了一颗实用地球同步卫星,从1999年至今已几次将”神州”号宇宙飞船送入太空,在某次实验中,飞船在空中飞行了36h,环绕地球24圈.则同步卫星与飞船在轨道上正常运转相比较A卫星运转周期比飞船大 B卫星运转速度比飞船大C卫星运加转速度比飞船大D卫星离地高度比飞船大14、关于人造地球卫星及其中物体的超重.失重问题,下列说法正确的是A在发射过程中向上加速时产生超重现象B 在降落过程中向下减速时产生超重现象C 进入轨道时做匀速圆周运动, 产生失重现象 D失重是由于地球对卫星内物体的作用力减小而引起的15、在绕地球做匀速圆周运动的航天飞机外表面,有一隔热陶瓷片自动脱落,则A陶瓷片做平抛运动 B陶瓷片做自由落体运动 C陶瓷片按原圆轨道做匀速圆周运动D陶瓷片做圆周运动,逐渐落后于航天飞机16、宇宙飞船和空间站在同一轨道上运动,若飞船想与前面的空间站对接,飞船为了追上轨道空间站,可采取的方法是A飞船加速直到追上轨道空间站,完成对接 B飞船从原轨道减速至一个较低轨道,再加速追上轨道空间站,完成对接. C飞船加速至一个较高轨道,再减速追上轨道空间站,完成对接. D无论飞船如何采取何种措施,均不能与空间站对接17、“神舟六号”的发射成功，可以预见，随着航天员在轨道舱内停留时间的增加，体育锻炼成了一个必不可少的环节，下列器材适宜航天员在轨道舱中进行锻炼的是 A哑铃 B弹簧拉力器 C单杠 D跑步机18、宇宙中存在一些质量相等且离其他恒星较远的四颗星组成的四星系统，通常可忽略其他星体对它们的引力作用设四星系统中每个星体的质量均为m，半径均为R，四颗星稳定分布在边长为的正方形的四个顶点上已知引力常量为G关于四星系统，下列说法错误的是 A四颗星围绕正方形对角线的交点做匀速圆周运动 B四颗星的轨道半径均为C四颗星表面的重力加速度均为 D四颗星的周期均为2、 计算题18若取地球的第一宇宙速度为8km/s,某行星的质量是地球质量的6倍,半径是地球半径的1.5倍,则这一行星的第一宇宙速度为_19、两颗人造地球卫星，都在圆形轨道上运行，质量之比为mAmB=12,，轨道半径之比rArB=1:2,则它们的(1)线速度之比 vAvB= (2)角速度之比 A：B = (3)周期之比 TATB = (4)向心加速度之比aAaB =20、地球的同步卫星距地面高H约为地球半径R的5倍, 同步卫星正下方的地面上有一静止的物体A,则同步卫星与物体A的向心加速度之比是多少?若给物体A以适当的绕行速度,使A成为近地卫星,则同步卫星与近地卫星的向心加速度之比是多少?21、一宇航员为了估测一星球的质量，他在该星球的表面做自由落体实验：让小球在离地面h高处自由下落，他测出经时间t小球落地，又已知该星球的半径为R，试估算该星球的质量。已知万有引力常量G22、在某星球表面以初速度v0竖直上抛一个物体，如果仅考虑物体受该星球的引力作用，忽略其他力的影响，物体上升的最大高度为H，已知该星球的直径为D，若发射一颗在该星球表面附近绕该星球做匀速圆周运动的卫星，求这颗卫星的速度。23、已知地球半径为R，地球表面的重力加速度为g，地球自转的周期为T，试求地球同步卫星的向心加速度大小。24、地球表面的重力加速度g=10m/s2，地球半径R=6.4106m，某物体在地面上受到的重力为160N，将它放置在卫星中，在卫星以的加速度随火箭上升的过程中，求当物体与卫星中的支持物的相互挤压力为90N时，卫星到地球的距离。25、宇宙中存在一些离其他恒星较远的、由质量相等的三颗星组成的三星系统,通常可忽略其他星体对它们的引力作用.已观测到稳定的三星系统存在两种基本的构成形式:一种是三颗星位于同一直线上,两颗星围绕中央星在同一半径为R的圆轨道上运行;另一种形式是三颗星位于等边三角形的三个