风陵渡中学高一物理必修二总复习学案3——万有引力与航天

风陵渡中学高一物理必修二总复习学案风陵渡中学高一物理必修二总复习学案 3 3 万有引力与航天 自主学习自主学习 1 万有引力定律揭示了自然界中物体间一种基本相互作用的规律 以下正确的是 万有引力定律揭示了自然界中物体间一种基本相互作用的规律 以下正确的是 A 人造地球卫星绕地球运动的向心力由地球对它的万有引力提供 人造地球卫星绕地球运动的向心力由地球对它的万有引力提供 B 物体的重力不是地球对物体的万有引力引起的 物体的重力不是地球对物体的万有引力引起的 C 人造地球卫星离地球越远 受到地球的万有引力越大 人造地球卫星离地球越远 受到地球的万有引力越大 D 宇宙飞船内的宇航员处于失重状态是由于没有受到万有引力的作用 宇宙飞船内的宇航员处于失重状态是由于没有受到万有引力的作用 2 对地球同步卫星 下列说法正确的是 对地球同步卫星 下列说法正确的是 A 只能定点在赤道的正上方 不同的同步卫星轨道半径可以不同只能定点在赤道的正上方 不同的同步卫星轨道半径可以不同 B 运行的角速度与地球自转角速度相同 相对地球静止运行的角速度与地球自转角速度相同 相对地球静止 C 轨道半径都相同 以第一宇宙速度运行轨道半径都相同 以第一宇宙速度运行 D 可在我国的北京上空运行可在我国的北京上空运行 3 3 假如一做圆周运动的人造地球卫星的轨道半径增大到原来 假如一做圆周运动的人造地球卫星的轨道半径增大到原来 2 2 倍 则倍 则 A A 根据公式 根据公式 v rv r 可知卫星运动的线速度增大到原来的 可知卫星运动的线速度增大到原来的 2 2 倍倍 B B 根据公式根据公式 可知卫星所需的向心力将减小到原来的 可知卫星所需的向心力将减小到原来的 1 21 2 2 v Fm r C C 根据公式根据公式 可知地球提供的向心力将减小到原来的 可知地球提供的向心力将减小到原来的 1 41 4 2 Mm FG r D D 根据上述选项 根据上述选项 B B 和和 C C 给出的公式 可知卫星运动的线速度将减小到原来的给出的公式 可知卫星运动的线速度将减小到原来的2 2 4 一艘宇宙飞船绕一个不知名的行星表面飞行 飞船只受到引力的作用 已知引力常量为一艘宇宙飞船绕一个不知名的行星表面飞行 飞船只受到引力的作用 已知引力常量为 要测定该行星的密度 仅仅只需测出下列哪一个量 要测定该行星的密度 仅仅只需测出下列哪一个量 飞船绕行星运行的周期飞船绕行星运行的周期 飞船运行的轨道半径飞船运行的轨道半径 飞船运行时的速度大小飞船运行时的速度大小 该行星的质量该行星的质量 5 两颗靠得较近的天体叫双星 它们以两者质心连线上的一点为圆心做匀速圆周运动 因 两颗靠得较近的天体叫双星 它们以两者质心连线上的一点为圆心做匀速圆周运动 因 而不至于因引力的作用而吸引在一起 以下关于双星的说法中正确的是 而不至于因引力的作用而吸引在一起 以下关于双星的说法中正确的是 A 运动的线速度与其质量成反比运动的线速度与其质量成反比 B 运动的角速度与其质量成反比运动的角速度与其质量成反比 C 运动轨道的半径与其质量成反比运动轨道的半径与其质量成反比 D 所受的向心力与其质量成反比所受的向心力与其质量成反比 6 已知引力恒量 已知引力恒量 G 则还需知道下面哪一选项的数据 就可以计算地球的质量 则还需知道下面哪一选项的数据 就可以计算地球的质量 A 已知地球绕太阳运行的周期及地球中心到太阳中心的距离 已知地球绕太阳运行的周期及地球中心到太阳中心的距离 B 已知月球绕地球运行的周期及月球中心到地球中心的距离 已知月球绕地球运行的周期及月球中心到地球中心的距离 C 已知人造地球卫星在地面附近绕行的速度及地球的半径 已知人造地球卫星在地面附近绕行的速度及地球的半径 D 已知地球同步卫星的周期 已知地球同步卫星的周期 7 7 下列器材适宜航天员在轨道舱中进行锻炼的是 下列器材适宜航天员在轨道舱中进行锻炼的是 A A 哑铃哑铃B B 弹簧拉力器弹簧拉力器C C 单杠单杠D D 跑步机跑步机 8 8 如图 发射地球同步卫星时 先将卫星发射至近地圆轨道 如图 发射地球同步卫星时 先将卫星发射至近地圆轨道 1 1 然 然 后经点火使其沿椭圆轨道后经点火使其沿椭圆轨道 2 2 运行 最后再次点火将卫星送入同步圆轨运行 最后再次点火将卫星送入同步圆轨 道道 3 3 轨道 轨道 1 1 2 2 相切于相切于 Q Q 点 轨道点 轨道 2 2 3 3 相切于相切于 P P 点 则当卫星分别点 则当卫星分别 在在 1 1 2 2 3 3 轨道正常运行时 下列说法中正确的是轨道正常运行时 下列说法中正确的是 A A 卫星在轨道 卫星在轨道 3 3 上的周期大于在轨道上的周期大于在轨道 1 1 上的周期上的周期 B B 卫星在轨道 卫星在轨道 3 3 上的速率大于在轨道上的速率大于在轨道 1 1 上的速率上的速率 C C 卫星在轨道 卫星在轨道 2 2 上运行时 经过上运行时 经过 Q Q 点时的速率大于轨道点时的速率大于轨道 1 1 上的速率上的速率 D D 卫星在轨道 卫星在轨道 2 2 上运行时 经过上运行时 经过 P P 点时加速度大于轨道点时加速度大于轨道 3 3 上的加速度上的加速度 9 9 嫦娥一号嫦娥一号 登月飞船贴近月球表面做匀速圆周运动 测得其周期为登月飞船贴近月球表面做匀速圆周运动 测得其周期为 T T 飞船在月球上着飞船在月球上着 陆后 自动机器人用测力计测得质量为陆后 自动机器人用测力计测得质量为 m m 的仪器的重力为的仪器的重力为 P P 已知引力常量为已知引力常量为 G G 由以上数 由以上数 据可以求出的量有据可以求出的量有 A A 月球的半径 月球的半径B B 月球的质量 月球的质量 C C 月球表面的重力加速度 月球表面的重力加速度D D 月球绕地球做匀速圆周运动的向心加速度 月球绕地球做匀速圆周运动的向心加速度 1010 某质量分布均匀的小行星半径为 某质量分布均匀的小行星半径为 16km 16km 其密度与地球相同其密度与地球相同 已知地球半径已知地球半径kmkm 6400 R 地球表面重力加速度为地球表面重力加速度为 g g 这个小行星表面的重力加速度为这个小行星表面的重力加速度为 A A 400g400g B B C C 20g20g D D g 40020 g 11 地球表面的平均重力加速度为地球表面的平均重力加速度为 g 地球半径为 地球半径为 R 引力恒量为 引力恒量为 G 则地球的平均密度是 则地球的平均密度是 A RG4 g3 B GR4 g3 2 C RG g D GR g 2 12 地球同步卫星离地心距离为地球同步卫星离地心距离为 r 环绕速度大小为 环绕速度大小为 v1 加速度大小为 加速度大小为 a1 地球赤道上的物体随地球自 地球赤道上的物体随地球自 转的向心加速度大小为转的向心加速度大小为 a2 第一宇宙速度为 第一宇宙速度为 v2 地球半径为 地球半径为 R 下列关系式正确的是 下列关系式正确的是 A R r a a 2 1 B 2 2 1 R r a a C R r v v 2 1 D r R v v 2 1 13 人们依据万有引力定律计算的轨道而发现的行星是人们依据万有引力定律计算的轨道而发现的行星是 1414 一卫星在地面的重力为 一卫星在地面的重力为 mgmg 在距地面高为地球半径 在距地面高为地球半径 R R 的轨道上做匀速圆周运动时 卫的轨道上做匀速圆周运动时 卫 星的重力 向心加速度及线速度分别是多少星的重力 向心加速度及线速度分别是多少 15 某物体在地面上受到的重力为某物体在地面上受到的重力为 160N 将它放置在卫星中 在卫星以加速度 将它放置在卫星中 在卫星以加速度随火箭向上加速随火箭向上加速2 ga 度上升的过程中 当物体与卫星中的支持物的相互挤压力为度上升的过程中 当物体与卫星中的支持物的相互挤压力为 90N 时 求此时卫星距地球表面有多远 时 求此时卫星距地球表面有多远 地球半径 地球半径 R 6 4 103km g 取取 10m s2 1616 如果你用卫星电话通过同步卫星转发的无线电信号与对方通话 则在你讲完话后 最 如果你用卫星电话通过同步卫星转发的无线电信号与对方通话 则在你讲完话后 最 短要等多少时间才能听到对方的回话 已知地球的质量为短要等多少时间才能听到对方的回话 已知地球的质量为M M 地球半径为 地球半径为R R 引力常量为 引力常量为 G G 地球自转周期为 地球自转周期为T T 无线电信号的传播速度为 无线电信号的传播速度为c c 17 某卫星绕某行星作匀速圆周运动 已知卫星运动轨道半径为某卫星绕某行星作匀速圆周运动 已知卫星运动轨道半径为 r 周期为 周期为 T 万有引力常 万有引力常 量为量为 G 求 求 1 求该行星质量 求该行星质量 M 2 若测得该行星的半径为卫星轨道半径的 若测得该行星的半径为卫星轨道半径的 1 n 则 则 此行星表面重力加速度此行星表面重力加速度 g 为多大 忽略行星的自转 为多大 忽略行星的自转 3 在该行星表面附近将一个物体 在该行星表面附近将一个物体 以初速度以初速度 v0水平抛出 物体落到得星表面时速度方向与水平方向的夹角为 不考虑该行星水平抛出 物体落到得星表面时速度方向与水平方向的夹角为 不考虑该行星 大气对物体运动的阻力 求物体在空中的运动时间大气对物体运动的阻力 求物体在空中的运动时间 t 总结反思总结反思 一 地心说和日心说一 地心说和日心说 1 1 地心说认为地心说认为 是宇宙中心 其它天体绕其做是宇宙中心 其它天体绕其做 运动 运动 2 2 日心说认为日心说认为 是宇宙中心 其它天体绕其做是宇宙中心 其它天体绕其做 运动 由波兰天文学家哥白尼创运动 由波兰天文学家哥白尼创 立的 立的 3 3 开普勒行星运动定律由德国科学家开普勒行星运动定律由德国科学家 在研究丹麦天文学家在研究丹麦天文学家 资料时得出 内容如下 资料时得出 内容如下 1 1 2 2 3 3 表达式表达式 二 二 万有引力定律万有引力定律 1 1 内容 内容 2 2 表达式表达式 引力常量引力常量 G G G G 值由值由 测得 测得 3 3 适用条件 适用条件 公式适用于公式适用于 间的相互作用 间的相互作用 当两物间距离当两物间距离 时 物时 物 体可忽略自身大小 体可忽略自身大小 计算均匀球体间引力时 计算均匀球体间引力时 r r 为为 4 4 万有引力遵守牛顿第三定律 不论两物的质量大小如何 它们之间的引力总是万有引力遵守牛顿第三定律 不论两物的质量大小如何 它们之间的引力总是 5 5 推导万有引力定律 推导万有引力定律 三 万有引力定律应用思路 中心天体质量三 万有引力定律应用思路 中心天体质量M M 天体半径天体半径R R 轨道半径轨道半径 r r 天体表面重力加速度天体表面重力加速度g g 1 1 万有引力 万有引力 向心力向心力 适用情景 适用情景 关系式关系式 2 2 重力 重力 万有引力万有引力 适用情景 适用情景 关系式关系式 四 四 万有引力和重力的关系 万有引力和重力的关系 1 1 重力是万有引力的一个分力 另一个分力提供重力是万有引力的一个分力 另一个分力提供 2 2 在赤道上有在赤道上有 由 由知向心力最大 则知向心力最大 则 g g 值最值最 因向心力随纬度增大而 因向心力随纬度增大而 mgFF 向引 2 mrF 向 故 故 g g 值随纬度增大而值随纬度增大而 3 3 由由知物体的重力随高度的增高而知物体的重力随高度的增高而 即重力加速度 即重力加速度 g g 随高度的增高而随高度的增高而 2 m hR GMm g 4 4 在地球表面 忽略地球自转时有在地球表面 忽略地球自转时有 可得黄金代换式 可得黄金代换式 五 估算天体的质量和密度 五 估算天体的质量和密度 1 1 T T r r 法 由法 由 得 得 即只要测出环绕星体 即只要测出环绕星体 M M 卫星运转的半卫星运转的半 径和周期 就可以计算出中心天体的质量 再综合径和周期 就可以计算出中心天体的质量 再综合及及得天体密度得天体密度 当 当 V M 3 3 4 RV 时 即卫星是近地面卫星时有 时 即卫星是近地面卫星时有 由此可以测量天体的密度 由此可以测量天体的密度 2 2 g g R R 法 由法 由 得 得 可得天体密度 可得天体密度 六 人造卫星六 人造卫星 1 1 卫星的绕行速度 角速度 周期与半径的关系卫星的绕行速度 角速度 周期与半径的关系 1 1 由 由 得得 即轨道半径越大 绕行速度越即轨道半径越大 绕行速度越 v 2 2 由 由 得 得 即轨道半径越大 绕行角速度越即轨道半径越大 绕行角速度越 3 3 由 由 得 得 即轨道半径越大 绕行周期越即轨道半径越大 绕行周期越 T 4 4 由 由 得 得 即轨道半径越大 绕行加速度越即轨道半径越大 绕行加速度越 a 2 2 三种宇宙速度三种宇宙速度 1 1 第一宇宙速度 第一宇宙速度 v v m sm s 是人造地球卫星的最小是人造地球卫星的最小 最大 最大 2 2 第二宇宙速度 第二宇宙速度 v v km skm s 是物体挣脱是物体挣脱 需要的最小发射速度 需要的最小发射速度 3 3 第三宇宙速度 第三宇宙速度 v v km skm s 是物体挣脱是物体挣脱 需要的最小发射速度 需要的最小发射速度 4 4 第一宇宙速度两种表达式的推导 第一宇宙速度两种表达式的推导 方法一 由万有引力提供向心力 方法一 由万有引力提供向心力 方法二 由重力提供向心力 方法二 由重力提供向心力 3 3 近地卫星特点近地卫星特点 1 1 近地卫星的轨道半径 近地卫星的轨道半径r r可以近似地认为等于地球半径可以近似地认为等于地球半径R R 2 2 近地卫星的线速度大小为 近地卫星的线速度大小为v v1 1 7 9km s 7 9km s 是人造卫星中环绕速度最大的 是人造卫星中环绕速度最大的 3 3 近地卫星的周期为 近地卫星的周期为T T 5 06 10 5 06 103 3s 84mins 84min 是人造卫星中周期最小的 是人造卫星中周期最小的 4 4 地球同步卫星 通信卫星 地球同步卫星 通信卫星 是指相对于地面静止的人造卫星 其特点有 是指相对于地面静止的人造卫星 其特点有 1 1 只能定点在 只能定点在 正上方正上方 2 2 同步卫星的角速度 周期与 同步卫星的角速度 周期与 的角速度 周期相同的角速度 周期相同 3 3 同步卫星距地面高度一定 由 同步卫星距地面高度一定 由得得 h 4 2 2 2 R T m hR Mm G hm 7 106 3 4 4 同步卫星的线速度一定 同步卫星的线速度一定 v 3 08km sv 3 08km s 5 5 卫星的变轨问题卫星的变轨问题 1 1 渐变 渐变 由于某些因素使卫星的半径缓慢变化 卫星每一周的运动仍可以看做是匀速圆周 解决此由于某些因素使卫星的半径缓慢变化 卫星每一周的运动仍可以看做是匀速圆周 解决此 类问题 先要判断是离心还是向心 即半径是增还是减 然后再判断其他相关物理量如何变化 如 人类问题 先要判断是离心还是向心 即半径是增还是减 然后再判断其他相关物理量如何变化 如 人 造卫星绕地做圆周运动时 受到稀薄大气的阻力作用造卫星绕地做圆周运动时 受到稀薄大气的阻力作用 其轨道半径会逐渐其轨道半径会逐渐 运行速度会逐渐 运行速度会逐渐 如果不及时进行轨道维持 即启动星上发动机 如果不及时进行轨道维持 即启动星上发动机 及时给卫星 及时给卫星 速 填加 减 速 填加 减 否则就会偏离原来 否则就会偏离原来 的轨道 的轨道 2 2 突变 突变 由于技术上的需要 有时要在适当的位置短时间启动飞行器上的发动机 使飞行器轨道发由于技术上的需要 有时要在适当的位置短时间启动飞行器上的发动机 使飞行器轨道发 生突变 使其到达预定的目标 简单的说 生突变 使其到