高一物理人教必修2课件第六章万有引力与航天本章整合

1、本章整合BENZHANG ZHENGHE,专题一,专题二,专题三,专题一处理天体问题的方法 分析处理天体运动问题,要抓住“一个模型”、应用“两个思路”、区分“三个不同”。 1.一个模型 无论是自然天体(如行星、月球等),还是人造天体(如人造卫星、空间站等),只要天体的运动轨迹为圆形,就可将其简化为质点的匀速圆周运动。 2.两个思路 (1)所有做圆周运动的天体,所需的向心力都来自万有引力。因此,向心力等于万有引力,据此所列方程是研究天体运动的基本关系式,即 G 2 =m 2 =m2r=m 4 2 2 r=ma,专题一,专题二,专题三,(2)不考虑地球或天体自转影响时,物体在地球或天体表面受到的万

2、有引力约等于物体的重力,即 G 2 =mg 变形得GM=gR2,此式通常称为黄金代换式。 3.三个不同 (1)不同公式中r的含义不同。 在万有引力定律公式(F=G 1 2 2 )中,r的含义是两质点间的距离;在向心力公式(F=m 2 =m2r)中,r的含义是质点运动的轨道半径。 当一个天体绕另一个天体做匀速圆周运动时,两式中的r相等。,专题一,专题二,专题三,专题一,专题二,专题三,(3)卫星的向心加速度a、地球表面的重力加速度g、在地球表面的物体随地球自转做匀速圆周运动的向心加速度a的含义不同。 绕地球做匀速圆周运动的卫星的向心加速度a,由G 2 =ma,得a= 2 ,其中r为卫星的轨道半径

3、。 若不考虑地球自转的影响,地球表面的重力加速度为g= 2 ,其中R为地球的半径。 地球表面的物体随地球自转做匀速圆周运动的向心加速度a=2Rcos ,其中、R分别是地球的自转角速度和半径,是物体所在位置的纬度值。,专题一,专题二,专题三,例题1同步卫星位于赤道上方,相对地面静止不动。如果地球半径为R,自转角速度为,地球表面的重力加速度为g。那么,同步卫星绕地球的运行速度为() A. B. C. 2 D. 3 R 2 解析:同步卫星的向心力等于地球对它的万有引力G Mm r 2 =m2r,故卫星的轨道半径r= 3 2 。物体在地球表面的重力约等于所受地球的万有引力G 2 =mg,即GM=gR2

4、。所以同步卫星的运行速度v=r= 3 2 2 = 3 2 ,选项D正确。 答案:D,专题一,专题二,专题三,专题二卫星的在轨运行和变轨问题 1.卫星的轨道 (1)赤道轨道:卫星的轨道在赤道平面内。同步卫星就是其中的一种。 (2)极地轨道:卫星的轨道过南北两极,即在垂直于赤道的平面内。如定位卫星系统中的卫星轨道。 (3)其他轨道:除以上两种轨道外的卫星轨道。 2.卫星的稳定运行与变轨运行分析 (1)圆轨道上的稳定运行: G 2 =m 2 =mr2=mr( 2 )2 (2)变轨运行分析: 当卫星由于某种原因速度突然改变时(开启或关闭发动机或空气阻力作用),万有引力就不再等于向心力,卫星将做变轨运行

5、。,专题一,专题二,专题三,例题2(多选)如图所示,发射同步卫星的一般程序是:先让卫星进入一个近地的圆轨道,然后在P点变轨,进入椭圆形转移轨道(该椭圆轨道的近地点为近地圆轨道上的P,远地点为同步圆轨道上的Q),到达远地点Q时再次变轨,进入同步轨道。设卫星在近地圆轨道上运行的速率为v1,在椭圆形转移轨道的近地点P点的速率为v2,沿转移轨道刚到达远地点Q时的速率为v3,在同步轨道上的速率为v4,三个轨道上运动的周期分别为T1、T2、T3,则下列说法正确的是() A.在P点变轨时需要加速,Q点变轨时要减速 B.在P点变轨时需要减速,Q点变轨时要加速 C.T1v1v4v3,专题一,专题二,专题三,解析

6、:卫星在椭圆形转移轨道的近地点P时做离心运动,所受的万有引力小于所需要的向心力,即G 1 2 v1;同理,由于卫星在转移轨道上Q点做近心运动,可知v3v4,由以上所述可知选项D正确。由于轨道半径R1R2R3,因开普勒第三定律 3 2 =k(k为常量)得T1T2T3,故选项C正确。 答案:CD,专题一,专题二,专题三,专题三航天器中的失重和超重 1.航天器中的“完全失重”现象 宇宙飞船绕地球做匀速圆周运动时,满足关系G 2 =mg=ma,即a=g,方向指向地心,故此时宇宙飞船处于完全失重状态,航天员整个人都飘浮在半空,就好像重力消失了一样。从表面上看,物体受到的地球的引力就像消失了一样。 2.航天器中的超重现象 人造卫星、宇宙飞船等各种航天器在发射过程中需要加速,在回收过程中需要减速;在这两个过程中航天器的加速度方向都向上,因此它们处于超重状态。,专题一,专题二,专题三,例题3在圆轨道上运动的国际空间站里,一宇航员A静止(相对空间舱)“站”于舱内朝向地球一侧的“地面”B上,如图,下列说法正确的是() A.宇航员不受地球引力作用 B.宇航员受到地球的引力、“地面”对他的支持力 和重力三个力的作用 C.宇航员与“地面”之间无弹力作用 D.若宇航员将手中一小球无初速度(相对空间舱)释放,该小球将落到“地面”上 解析:宇航员随空间站一起绕地球