高中物理 第六章万有引力与航天复习 新人教版必修2

用心 爱心 专心1 学习课题学习课题 万有引力与航天万有引力与航天 高考定位高考定位 万有引力定律及其应用 开普勒行星运动定律 第一 二 三宇宙速度 经典力学的局限性 学习目标学习目标 一 一 知识与技能 1 知道开普勒行星运动定律 三个宇宙速度 经典力学的局限性 2 理解万有引力定律 二 二 过程与方法 通过万有引力研究方法的学习 使学生能综合运用知识 来探究新问题的研究方法 三 情感态度与价值观 通过万有引力定律的推证和实验证明 渗透实践是检验真理的标准 学习重点学习重点 万有引力定律在天体运动问题中的应用 学习难点学习难点 万有引力定律与牛顿运动定律结合解决有关的航天问题 学法指导学法指导 启发 引导 讨论 交流 归纳 推理 姓 名 上课时间 学习过程学习过程 一 自主学习自主学习 一 开普勒定律 二 万有引力定律及其应用 1 万有引力定律 1 表达式 其中引力常量 G 6 67 10 11N m2 kg2 2 适用条件 2 万有引力定律的应用 1 计算天体质量 M 不考虑星球的自转 星球对物体引力等于物体所受重力 由 mg G 得 g 2 R Mm G 星球表面 或 M M R2 测出卫星绕天体做匀速圆周运动的半径 r 和周期 T 由 2 22 4Mm Gmr rT 得 23 2 4r M GT 2 发现未知天体 三 宇宙航行 1 环绕天体或环绕中心天体做匀速圆周运动 以万有引力做向心力 由 得 r T mrm r v m r Mm G 2 2 2 2 2 4 v T 2 三种宇宙速度 意义 数值 第一宇宙速度 二 疑点探究与点拨二 疑点探究与点拨 一 万有引力定律的应用 1 基本方法 把天体 人造卫星 的运动看成匀速圆周运动 其所需向心力由万有引力提 供 2 解决天体圆周运动问题的两条思路 1 在地面附近万有引力近似等于物体的重力 即 F引 mg 2 天体运动都可以近似地看成匀速圆周运动 其向心力由万有引力提供 即 F引 F向 二 两类运动 稳定运行和变轨运行 卫星绕天体稳定运行时 万有引力提供了卫星做圆周运动向心力 即 r v m r Mm G 2 2 当卫星由于某种原因 其速度 v 突然变化时 F万和不再相等 因此就不能再根据 r v m 2 来确定 r 的大小 当 F万 时 卫星做近心运动 当 F万 时 卫星做 r M Gv r v m 2 r v m 2 离心运动 用心 爱心 专心2 三 精讲精练三 精讲精练 例 1 同步卫星离地心距离 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加速度为 a2 第一宇宙速度为 v2 地球半径为 R 则以下正确的是 多选 A a1 a2 r R B a1 a2 r R 2 C v1 v2 r R D v1 v2 r R 1 2 例 2 将卫星发射至近地圆轨道 1 如图所示 再次点火 将卫 星送到停泊轨道 2 然后将卫星送入同步轨道 3 轨道 1 2 相切于 Q 点 2 3 相切于 P 点 则当卫星分别在 1 2 3 轨道上正常运行时 以下说法正 确的是 单选 A 卫星在轨道 3 上的速率大于轨道 1 上的速率 B 卫星在轨道 3 上的角速度大于在轨道 1 上的角速度 C 卫星在轨道 1 上经过 Q 点时的加速度大于它在轨道 2 上经过 Q 点时 的加速度 D 卫星在轨道 2 上经过 P 点的加速度等于它在轨道 3 上经过 P 点时的 加速度 例 3 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 只需测量 单选 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 例 4 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 例 5 如图所示 一个质量为 M 的匀质实心球 半径为 R 如果从球上挖 去一个直径为 R 的球 放在相距为 d 的地方 求下列两种情况下 两球之间 的引力分别是多大 1 从球的正中心挖去 2 从与球面相切处挖去 例 6 神舟 七号载人飞船在圆轨道上绕地球运行 n 圈所用的时间为 t 若地球表面的重力加速度为 g 地球半径为 R 求 1 飞船的圆轨道离地面的高度 2 飞船在圆轨道上运行的速率 例 7 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 R 其运动周期为 T 求两星的总质量 例 8 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 三个顶点上 并沿外接于等边三角形的圆形轨道运行 设每个星体的质量均 为 m 1 试求第一种形式下 星体运动的线速度和周期 2 假设两种形式星体的运动周期相同 第二种形式下星体之间的距离应为多 少 课后反思课后反思 P 1 2 3 Q 用心 爱心 专心3 跟踪训练跟踪训练 一 单项选择题 1 2008 年 9 月 27 号下午 4 时 30 分 翟志刚出舱完成了中国人的第一 次太空行走 为建立中国的轨道空间站计划的实施又迈出坚实的一步 宇航 员出舱后 A 他相对地球是静止的 B 他处于完全失重状态 受的重力为零 C 他围绕地球做匀速圆周运动 D 轨道舱的速度变大 2 自 1957 年前苏联第一颗人造卫星上天后 迄今人类向太空发射的 航天器已经超过 4000 枚 它们进入轨道后 有的因失去时效而报废 有的 因出现故障而失灵 但都仍旧在太空中漫游 形成了大量的太空垃圾 在太 阳活动期 地球大气会受太阳风的影响而扩张使一些在大气层外绕地球飞行 的太空垃圾被大气包围 而开始向地面下落 大部分太空垃圾在落地前已经 燃烧成灰烬 但体积较大的太空垃圾则会落到地面上 对人类造成危害 太 空垃圾下落的原因是 A 大气的扩张使垃圾受到的万有引力增大而导致下落 B 太空垃圾在燃烧过程中质量不断减小 根据牛顿第二运动定律 向心 加速度不断增大 由此导致下落 C 太空垃圾在大气阻力作用下速度减小 做圆周运动所需的向心力将小 于实际的万有引力 过大的万有引力将垃圾拉向了地面 D 太空垃圾的上表面受到的大气压力大于其下表面受到的大气压力 这 种压力差将它推向地面 3 某人造地球卫星因受高空稀薄空气的阻力作用 绕地球运转的轨道 会慢慢改变 某次测量卫星的轨道半径为 r1 后来变为 r2 r2 r1 用 Ek1 Ek2 表示卫星在这两个轨道上的动能 T1 T2表示卫星在这两个轨道上的运行周 期 则 A Ek2 Ek1 T2 T1 B Ek2T1 C Ek2 Ek1 T2Ek1 T2 T1 4 两个行星 A B 在这两个行星表面附近各有一颗卫星 若这两颗 卫星运动的周期相等 则下列说法正确的是 A 两颗卫星的角速度 线速度一定分别相等 B 行星 A B 表面重力加速度与它们的半径成反比 C 行星 A B 的质量和半径一定分别相等 D 行星 A B 的密度一定相等 5 有一宇宙飞船到了某行星上 该行星没有自转运动 以速度 v 接近行 星赤道表面匀速飞行 测出运动的周期为 T 已知万有引力常量为 G 则以 下说法错误的是 A 该行星的半径为 vT 2 B 该行星的平均密度为 3 GT2 C 无法测出该行星的质量 D 该行星表面的重力加速度为 2 v T 6 宇宙中两个星球可以组成双星 它们只在相互间的万有引力作用下 绕球心连线的某点做周期相同的匀速圆周运动 根据字宙大爆炸理论 双星 间的距离在不断缓慢增加 设双星仍做匀速圆周运动 则下列说法错误的是 A 双星相互间的万有引力减小 用心 爱心 专心4 B 双星圆周运动的角速度增大 C 双星圆周运动的周期增大 D 双星圆周运动的半径增大 二 多项选择题 7 嫦娥一号 探月卫星发动机关闭 轨道控制结束 卫星进入地月 转移轨道 图中 MN 之间的一段曲线表示转移轨道的一部分 P 是轨道上的 一点 直线 AB 过 P 点且和两边轨道相切 下列说法正确的是 A 卫星在此轨道上 动能一直减小 B 卫星经过 P 点时动能最小 C 卫星经过 P 点时速度方向由 P 向 B D 卫星经过 P 点时加速度为 0 8 质量为 m 的人造卫星在地面上未发射时的重力为 G0 它在离地面 的距离等于地球半径 R 的圆形轨道上运行时 A 周期为 4 B 速度为 G R 0 m2mR G 0 2 C 动能为 G0R 4 D 重力为 0 9 一宇宙飞船绕地心做半径为 r 的匀速圆周运动 飞船舱内有一质量 为 m 的人站在可称体重的台秤上 用 R 表示地球的半径 g 表示地球表面处 的重力加速度 g 表示宇宙飞船所在处的地球引力加速度 N 表示人对秤的 压力 下面说法中正确的是 A g 0 B g R2g r2 C N 0 D N mRg r 10 如图是中国月球探测工程形象标志 它以中国书法的笔触 抽象 地勾勒出一轮明月 一双脚印踏在其上 象征着月球探测的终极梦想 我国 的 嫦娥一号 已成功发射 若已知月球质量为 M 半径为 R 万有引力常 量为 G0 以下畅想可能的是 A 在月球表面以初速度 v0竖直上抛一个物体 物体上升的最大高度为 R2v20 2G0M B 在月球上发射一颗绕它运行的卫星的最小周期为 2 M G R 0 C 在月球上发射一颗绕它运行的卫星的最小发射速度为RM G 0 D 在月球上荡秋千 将人视为质点 秋千质量不计 摆长不变 摆角小 于 90 若秋千经过最低位置的速度为 v0 人能上升的最大高度是 R2v20 2G0M 三 计算题 11 宇航员在地球表面以一定初速度竖直上抛一小球 经过时间 t 小球落 回原处 若他在某星球表面以相同的初速度竖直上抛同一小球 需经过时间 5t 小球落回原处 取地球表面重力加速度 g 10m s2 空气阻力不计 1 求该星球表面附近的重力加速度 g 2 已知该星球的半径与地球半径之比为 R星 R地 1 4 求该星球的质 量与地球的质量之比 M星 M地 12 天文