专题力和物体的曲线运动第课时市公开课金奖市赛课一等奖课件

第2课时万有引力定律及应用基础回扣1.在处理天体运动问题时,通常把天体运动看成是

运动,其所需要向心力由

提供.其基本关系式为.在天体表面,忽略自转情况下有.2.卫星绕行速度、角速度、周期与轨道半径r关系(1)由,得v=

,则r越大,v越小.匀速圆周万有引力第1页(2)由,得ω=

,则r越大,ω越小.(3)由,得T=

,则r越大,T越大.三种宇宙速度(1)第一宇宙速度(围绕速度):v1=

,是人造地球卫星最小发射速度.(2)第二宇宙速度(脱离速度):v2=

,使物体摆脱地球引力束缚最小发射速度.(3)第三宇宙速度(逃逸速度):v3=

,使物体摆脱太阳引力束缚最小发射速度.天体质量M、密度ρ估算测出卫星绕天体做匀速圆周运动半径r和周期T,由3.7.9km/s11.2km/s16.7km/s4.第2页,得,,r0

为天体半径.当卫星沿天体表面绕天体运行时,r=r0,则ρ=

.思路方法1.分析天体运动类问题一条根本就是F万=F向,抓住黄金代换GM=

.2.近地卫星线速度即第一宇宙速度,是卫星绕地球做圆周运动

速度,也是发射卫星

速度.3.因卫星上物体重力用来提供绕地球做圆周运动向心力,所以均处于

状态,与重力相关仪器不能使用,与重力相关试验不能进行.gR2最大最小失重第3页4.卫星变轨时,离心运动后速度变

,向心运动后速度变

.5.确定天体表面重力加速度方法有:①测重力法;②单摆法;③

(或竖直上抛)物体法;④近地卫星环绕法.小大平抛题型1万有引力定律应用

例1(·重庆市第二次调研抽测)宇宙中存在一些离其它恒星很远四颗恒星组成四星系统,通常可忽略其它星体对它们引力作用.稳定四星系统存在各种形式,其中一个是四颗质量相等恒第4页星位于正方形四个顶点上,沿着外接于正方形圆形轨道做匀速圆周运动;另一个如图3-2-1所表示,四颗恒星一直位于同一直线上,均围绕中点O做匀速圆周运动.已知万有引力常量为G,请回答(1)已知第一个形式中每颗恒星质量均为m,正方形边长为L,求其中一颗恒星受到协力.(2)已知第二种形式中两外侧恒星质量均为m、两内侧恒星质量均为M,四颗恒星一直位于同一直线,且相邻恒星之间距离相等.求内侧恒星质量M与外侧恒星质量m比值.图3-2-1第5页解析(1)对其中任意一颗恒星,它受到协力为(2)设相邻两颗恒星间距为a,四颗星总位于同一直线上,即四颗恒星运动角速度ω相同,由万有引力定律和牛顿第二定律,对内侧恒星M有对外侧恒星m有解得M∶m=85∶63答案(1)(2)85∶63第6页1.在利用万有引力定律处理天体运动相关问题时,通常把天体运动看成匀速圆周运动,其需要向心力就是由天体之间相互作用万有引力提供.即.2.对于多星组成系统匀速圆周运动向心力,是所受万有引力协力提供.预测演练1(·昆明市5月适应性检测)4月15日零时16分,西昌卫星发射中心成功地将我国北斗卫星导航系统建设计划中第二颗组网卫星——“北斗二号”送入地球同时轨道.美国全球卫星定位系统(简称GPS)中卫星运行周期约为12小时,则“北斗二号”卫星与GPS卫星相比 ()第7页A.离地球更近B.线速度更小C.角速度更大D.加速度更大解析同时卫星周期T=二十四小时,由,得知“北斗二号”r1比GPS卫星r2大,故A错.由,得B项正确.答案B预测演练2(·杭州市模拟二)已知万有引力常量G,那么在以下给出各种情景中,能依据测量数据求出月球密度是()A.在月球表面使一个小球做自由落体运动,测出落下高度H和时间t第8页B.发射一颗贴近月球表面绕月球做圆周运动飞船,测出飞船运动周期TC.观察月球绕地球圆周运动,测出月球直径D和月球绕地球运动周期TD.发射一颗绕月球做圆周运动卫星,测出卫星离月球表面高度H和卫星周期T解析月球密度,求ρ需先知道M和月球半径R.A项由,得,由gR2=GM,求不出ρ;B项由,求得,故B项正确;C项不知月球质量,故C项错;D项不知月球半径,故D项错.答案

B第9页例2(·合肥市第三次质量检测)(14分)如图3-2-2所表示,一颗绕地球做匀速圆周运动卫星,其轨道平面与地球赤道平面重合.离地面高度等于地球半径R0.该卫星不停地向地球发射微波信号.已知地球表面重力加速度为g.(1)求卫星绕地球做圆周运动周期T.(2)设地球自转周期为T0,该卫星绕地球转动方向与地球自转方向相同,则在赤道上任意一点能连续接收到该卫星发射微波信号时间是多少?(图中A1、B1为开始接收到信号时,卫星与接收点位置关系).题型2卫星和航天问题图3-2-2第10页解题关键1.开始接收到信号时,A1B1恰好为切线.同样,当微波信号消失时,卫星与接收点连线也为地球切线方向.2.要注意卫星转动时,地球同时要自转.解析(1)；(4分)

(2)设人在B1位置刚好看见卫星出现在A1位置,最终在B2位置看到卫星从A2位置消失OA1=2OB1(2分)第11页有∠A1OB1=∠A2OB2=(2分)设从B1到B2时间为t,则有(4分)则有

(2分)答案

(1)(2)第12页预测演练3(·大连市第二次模拟)为纪念伽利略将望远镜用于天文观察400周年,被定为国际天文年.我国发射“嫦娥一号”绕月卫星在完成了既定任务后,于3月1日16时13分成功撞月.如图3-2-3为“嫦娥一号”卫星撞月模拟图.卫星在控制点①开始进入撞月轨道.假设卫星绕月球做圆周运动轨道半径为r,周期为T,月球半径为R,引力常量为G.依据题中信息,以下说法正确是()图3-2-3第13页解析由,求得月球质量,R已知,能求得月球密度,故A项正确.“嫦娥一号”质量不知,故B错误.在控制点处进入撞月轨道,“嫦娥一号”需做向心运动,所以在①处应减速,D正确.“嫦娥一号”没有脱离地球束缚,知C项错误.答案ADA.能够求出月球平均密度B.能够求出月球对“嫦娥一号”卫星引力C.“嫦娥一号”在地面发射时速度大于11.2km/sD.“嫦娥一号”卫星在控制点①处应减速第14页预测演练4(·山东·18)9月25日至28日,我国成功实施了“神舟”七号载人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343千米圆轨道,在此圆轨道上飞船运行周期约为90分钟.以下判断正确是()A.飞船变轨前后机械能相等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角速度大于同时卫星运动角速度D.飞船变轨前经过椭圆轨道远地点时加速度大于变轨后沿圆轨道运动加速度第15页解析因为变轨过程中需点火加速,所以变轨后飞船机械能增大,选项A错误.宇航员出舱前后均与飞船一起做匀速圆周运动,万有引力提供了做圆周运动向心力,所以出舱前后航天员都处于失重状态,选项B正确.飞船在圆轨道上运行周期为90分钟,而同时卫星周期为二十四小时,所以飞船在圆轨道上运动角速度大于同时卫星角速度,选项C正确.只要在同一点受到万有引力相同,由牛顿第二定律得,即加速度相同,选项D错误.答案BC第16页

例3(·象山北仓两地适应性考试)在太阳系中有一颗行星半径为R,若在该星球表面以初速度v0竖直上抛一物体,则该物体上升最大高度为H.已知该物体所受其它力与行星对它万有引力相比较可忽略不计(万有引力常量G未知).则依据这些条件,能够求出物理量是()A.该行星密度B.该行星自转周期C.该星球第一宇宙速度D.该行星附近运行卫星最小周期题型3万有引力定律与抛体运动结合第17页解题关键由竖直上抛运动确定该星球表面重力加速度g.解析由竖直上抛运动得

依据已知条件不能分析行星自转情况,B错.据

得,C正确.由

得,D正确.,A错.答案CD第18页天体表面抛体运动经常与万有引力定律结合来求解围绕天体做匀速圆周运动物体相关物理量,处理问题方法是经过抛体运动求天体表面重力加速度,再依据万有引力定律求T、ω、天体质量或密度.也能够先依据万有引力定律求重力加速度,再分析抛体运动.预测演练5(·辽宁省考前模拟)宇航员在月球上将一小石块水平抛出,最终落在月球表面上.假如已知月球半径R,万有引力常量G.要估算月球质量,还需测量出小石块运动物理量是()第19页解析

由，对平抛运动,水平位移x=v0t竖直位移或,所以得或,可知B正确.答案BA.抛出高度h和水平位移xB.抛出高度h和运动时间tC.水平位移x和运动时间tD.抛出高度h和抛出点到落地点距离L第20页题型4与万有引力定律相关能量问题例4(·哈师大附中第三次模拟)北京时间3月1日16时13分10秒,嫦娥一号卫星在北京航天飞行控制中心科技人员准确控制下,成功地实施了对月球撞击.现将嫦娥一号卫星运动过程作以下简化处理:设嫦娥一号卫星质量为m,在距月球表面高h处绕月球做匀速圆周运动,重力势能为Ep(以月球表面为零势能面).在飞行控制中心指令下发动机点火向前喷射气体,使卫星瞬间减速制动,在此过程中卫星克服阻力做功,其大小为W,之后变轨撞向月球.已知月球半径为R,第21页月球表面重力加速度为g,忽略月球自转影响.求:(1)嫦娥一号卫星制动前绕月球做匀速圆周运动时速率.(2)卫星刚撞到月球表面时速率.解析(1)设月球质量为M,卫星绕月球运动速率为v1,由牛顿第二定律得物体在月球表面有解得(2)设卫星瞬间制动后速率为v2,由动能定理得第22页制动后撞向月球,设抵达月球表面速度为v3,由机械能守恒定律得解得答案

(1)(2)1.在只有卫星和天体组成相互作用系统内,机械能是守恒.当外力对卫星做正功时,系统机械能增加.2.卫星动能可利用万有引力定律结合圆周运动知识求出线速度,再求动能.3.当选择月球表面为零势能面时,高度h处重力势能为Ep=mgh.第23页预测演练6(·西安市第三次质检)发射通信卫星惯用方法是,先用火箭将卫星送入一近地椭圆轨道运行,然后再适时开动星载火箭,将其送上与地球自转同时运行轨道,那么 ()A.变轨后瞬间与变轨前瞬间相比,卫星机械能增大,动能增大B.变轨后瞬间与变轨前瞬间相比,卫星机械能增大,动能减小C.变轨后卫星运行速度一定比变轨前卫星在椭圆轨道上运行时最大速度要大D.变轨后卫星运行速度一定比变轨前卫星在椭圆轨道上运行时最小速度要小第24页解析

变轨时,需要给卫星提供能量,使其速度变大,从而做离心运动,故A项正确.变轨后卫星运行速度比变轨前在椭圆轨道上最大速度要小，比变轨前最小速度要大.答案A1.(·广元市第三次适应性考试)“嫦娥一号”探月飞船绕月球做“近月”匀速圆周运动,周期为T,则月球平均密度ρ表示式为(k为某个常数)()A.B.ρ=kTC.D.ρ=kT2第25页解析

由,与,得,故C项正确.答案C2.(2009·烟台市高考适应性练习三)据美国媒体报道,美国和俄罗斯两颗通信卫星今年2月11日在西伯利亚上空相撞.这是人类有史以来首次卫星碰撞事件.碰撞发生地点位于西伯利亚上空490英里(约790公里),恰好比国际空间站轨道高270英里(约434公里).这是一个非经常用轨道,是用来远距离探测地球卫星和电话卫星轨道,则以下相关说法中正确是()第26页A.在碰撞轨道上运行卫星周期比国际空间站周期小B.国际空间站里工作人员处于失重状态C.发射一颗到碰撞轨道运行卫星,发射速度要大于11.2km/sD.在同一轨道上,若后面卫星加速,就可能与前面卫星相碰撞答案

B解析

由,知r大,则T大,故A项错.卫星及卫星内全部物体受地球万有引力,使其做圆周运动,均处于完全失重状态,故B项正确.在碰撞轨道卫星是在地球引力下运转,故发射速度不会大于11.2km/s,所以C项不对.D项后面卫星加速,就会做离心运动,偏离原来轨道,故D项错误.第27页3.(·福建·14)“嫦娥一号”月球探测器在围绕月球运行过程中,设探测器运行轨道半径为r,运行速率为v,当探测器在飞越月球上一些环形山中质量密集区上空时 ()A.r、v都将略为减小B.r、v都将保持不变C.r将略为减小,v将略为增大D.r将略为增大,v将略为减小C解析

由万有引力提供向心力

知,当抵达质量密集区时,万有引力增大,半径将减小,速度增大,故C对.第28页4.(·诸暨市质量检测)均匀分布在地球赤道平面上空三颗同时通信卫星能够实现除地球南北极等少数地域外“全球通信”.已知地球半径为R,地球表面重力加速度为g,地球自转周期为T,下面列出是关于三颗卫星中任意两颗卫星间距离s表示式,正确是 ()A.B.C.D.A解析

由题意知s=2rsin60°,其中r为三颗卫星轨道半径.由,gR2=GM,得,从而求得A项正确.第29页5.(·长春、哈尔滨、沈阳、大连四市第三次联考)气象卫星装有电视摄像机和红外探测器,能够拍摄云照片,测量温度、湿度、风速等各种气象参数,它既能观察大面积以至全球范围气象资料,又能测量离地面不一样高度上气象数据.我国先后发射“风云一号”和“风云二号”气象卫星,运行轨道不同,前者采取“极地圆形轨道”,轨道平面与赤道平面垂直,经过地球两极,每12h巡视地球一周,天天只能对同一地域进行两次观察;后者采取“地球同时轨道”,轨道平面在赤道平面内,能对同一地域进行连续观察.关于这两种不一样轨道气象卫星,在绕地运行进行连续观察时,以下说法正确是()第30页A.“风云一号”气象卫星观察区域比“风云二号”气象卫星观察区域大B.“风云一号”气象卫星轨道半径比“风云二号”气象卫星轨道半径大C.“风云一号”气象卫星运行周期比“风云二号”气象卫星运行周期大D.“风云一号”气象卫星运行速度比“风云二号”气象卫星运行速度大答案AD解析

风云一号周期T1=12h,同时卫星“风云二号”周期T2=24h,由,分析B、C、D,知D正确.第31页6.(·杭州市模拟五)研究表明,月球密度和地球密度差不多,当卫星贴近月球表面做匀速圆周运动时,以下哪些物理量大小跟卫星贴近地球表面做匀速圆周运动时差不多()A.角速度B.线速度C.向心加速度D.向心力A解析

由与联立分析,得A项正确.第32页7.(·江苏·3)英国《新科学家(NewScientist)》杂志评选出了世界8项科学之最,在XTEJ1650—500双星系统中发觉最小黑洞位列其中,若某黑洞半径R约为45km,质量M和半径R关系满足(其中c为光速,G为引力常量),则该黑洞表面重力加速度数量级为()A.108m/s2B.1010m/s2C.1012m/s2