高二物理暑期辅导班 课题七 万有引力与航天教学案（无答案）.doc

课题七 万有引力与航天2【走进考场】1. 2010年10月1日，我国第二颗探月卫星“嫦娥二号”成功发射，“嫦娥二号”最终进入距月球表面h=100 km的圆形工作轨道，开始进行科学探测活动.设月球半径为r，月球表面的重力加速度为g，万有引力常量为g，则下列说法正确的是a. “嫦娥二号”绕月球运行的周期为b. 月球的平均密度为c. “嫦娥二号”在工作轨道上的绕行速度为d. 在“嫦娥二号”的工作轨道处的重力加速度为2.某星球的质量约为地球的9倍，半径约为地球的一半.若从地球上高h处平抛一物体，射程为60m，则在该星球上，从同样高度、以同样的初速度平抛同一物体，射程应为多少？【学习目标】1. 了解三个宇宙速度的含义；能推算第一宇宙速度.2. 了解不同类型的人造卫星的异同.3. 能定性了解卫星变轨问题.4. 了解发射速度和运行速度的区别.【方法探究】天体表面和某高度的重力加速度的关系表面处的重力加速度g： 某高度（h）重力加速度g： 所以重力加速度随地面高度的增大而减小.但高度h 地球半径r时，可忽略这种变化，认为重力加速度是不变的。【例1】一物体在地球表面重16n，它在以5m/s2 的加速度加速上升的火箭中的视重为9n，则此火箭离地球表面的距离为地球半径r的（ ）a. 2倍 b. 3倍 c. 4倍 d. 1/2不同类型的人造卫星的异同1. 由于卫星做圆周运动的向心力必须由地球给它的万有引力来提供，所以所有的地球卫星包括同步卫星，其轨道圆的圆心都必须在地球的 上. 2.同步卫星的特点：（1） 周期一定： （2） 角速度一定： （3） 轨道一定： （4） 线速度大小一定： 【例2】甲、乙为两颗地球卫星，其中甲为地球同步卫星，乙的运行高度低于甲的运行高度，两卫星轨道均可视为圆轨道.以下判断正确的是（ ）a. 甲的周期大于乙的周期 b. 乙的速度大于第一宇宙速度c. 甲的加速度小于乙的加速度 d. 甲在运行时能经过北极的正上方环绕速度和发射速度的联系和区别1. 不同高度处的人造卫星在圆轨道上的运行速度即环绕速度v环绕 ， 其大小随半径的增大而减小.但是，由于在人造地球卫星发射过程中火箭要克服地球引力做功，势能增大，所以将卫星发射到离地球越远的轨道，在地面上所需的发射速度就越大，此时 2. 人造地球卫星的最小发射速度对应将卫星发射到近地表面运行，此时发射时的动能全部作为绕行的动能而不需要转化为重力势能.此速度即为第一宇宙速度，此时 【例3】宇航员在月球上做自由落体实验，将某物体由距月球表面高h处释放，经时间t后落到月球表面（设月球半径为r）。据上述信息推断，飞船在月球表面附近绕月球做匀速圆周运动所必须具有的速率为 a b c d【同步练习】一颗以华人物理学家“吴健雄”命名的小行星，半径约为16 km，密度与地球相近.若在此小行星上发射一颗绕其表面运行的人造卫星，它的发射速度约为多少？.已知地球的半径r=6.4103 km，取g=10 m/s2 【例4】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点从圆形轨道进入椭圆轨道，b为轨道上的一点，如图所示.关于航天飞机的运动，下列说法中正确的是（ ）a. 在轨道上经过a的速度小于经过b的速度b. 在轨道上经过a的动能小于在轨道上经过a的动能c. 在轨道上运动的周期小于在轨道上运动的周期p地球q轨道1轨道2d. 在轨道上经过a的加速度小于在轨道上经过a的加速度【强化练习】 2008年9月25日至28日我国成功实施了“神舟”七号载入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 c飞船在此圆轨道上运动的角度速度大于同步卫星运动的角速度 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要点四：人造地球卫星中的超重和失重在载人卫星发射过程中，整个卫星以加速度a向上加速运动，这时卫星中的人和其他物体的动力学方程为fmgma，则fmgma.即fmg，这就是所谓的“超重”现象.当卫星进入轨道以后，围绕地球做匀速圆周运动，这时卫星中的人和其他物体均以本身受的重力作为向心力，即mgmv2/r.显然，他们不再给支持物以压力或拉力，卫星上的物体完全“失重”，在卫星中处于“漂浮”状态.因此，在卫星上，凡是原理与重力有关的仪器均不能使用.【例5】2008年9月27日“神舟七号”航天员翟志刚顺利完成出舱活动任务，他的第一次太空行走标志着中国航天事业全新时代的到来.“神舟七号”绕地球做近似匀速圆周运动，其轨道半径为r，若另有一颗卫星绕地球做匀速圆周运动的半径为2r，则可以确定（ ）a. 卫星与“神舟七号”的加速度大小之比为14b. 卫星与“神舟七号”的线速度大小之比为1c. 翟志刚出舱后不再受地球引力d. 翟志刚出舱任务之一是取回外挂的实验样品，假如不小心实验样品脱手，则它做自由落体运动综合题型【例6】宇航员站在一星球表面上的某高处，沿水平方向抛出一个小球，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.若抛出时的初速度增大到原来的2倍，则抛出点与落地点之间的距离为 .已知两落地点在同一水平面上，该星球的半径为r，引力常量为g，求该星球的质量m.【例7】两颗卫星在同一轨道平面绕地球做匀速圆周运动，地球半径为r，a卫星离地面的高度等于r，b卫星离地面高度为3r，则（1）a、b两卫星周期之比tatb是多少?（2）若某时刻两卫星正好同时通过地面同一点的正上方，则a至少经过多少个周期两卫星相距最远?【效果评估】bac地球1.如图所示，a、b、c是在地球大气层外圆形轨道上运动的3颗卫星，下列说法正确的是( ) ab、c的线速度大小相等，且大于a的线速度；bb、c的向心加速度大小相等，且大于a的向心加速度；cc加速可追上同一轨道上的b，b减速可等候同一轨道上的c；da卫星由于某原因，轨道半径缓慢减小，其线速度将增大。2.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c. 重力加速度较大 d. 地球自转角速度较大3.2008年9月25日，我国成功发射了“神舟七号”载人飞船.在飞船绕地球做匀速圆周运动的过程中，下列说法正确的是（）a. 知道飞船的运行轨道半径和周期，再利用万有引力常量，就可以算出飞船的质量b. 航天员从船舱中慢慢“走”出并离开飞船，飞船因质量减小，受到地球的万有引力减小，则飞船速率减小 c. 飞船返回舱在返回地球的椭圆轨道上运动，在进入大气层之前的过程中，返回舱的动能逐渐增大，势能逐渐减小d. 若有两个这样的飞船在同一轨道上，相隔一段距离沿同一方向绕行，只要后一飞船向后喷出气体，则两飞船一定能实现对接4.2011 年8 月,“嫦娥二号”成功进入了环绕“日地拉格朗日点”的轨道，我国成为世界上第三个造访该点的国家. 如图所示,该拉格朗日点位于太阳和地球连线的延长线上,一飞行器处于该点,在几乎不消耗燃料的情况下与地球同