2019-2020年高中物理 第六章《萬有引力與航天》復(fù)習(xí)教案 新人教版必修2.doc
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2019-2020年高中物理 第六章萬有引力與航天復(fù)習(xí)教案 新人教版必修2【知識結(jié)構(gòu)】計算天體質(zhì)量萬有引力的成就宇宙航行發(fā)現(xiàn)未知天體公式:開普勒行星運(yùn)動定律第一定律第二定律第三定律太陽與行星間的引力:萬有引力定律適用條件:質(zhì)點(diǎn)間的相互作用經(jīng)典力學(xué)的局限性第一宇宙速度:v1=7.9km/s(會推導(dǎo))第三宇宙速度:v3=16.7km/s(會推導(dǎo))第二宇宙速度:v2=11.2km/s萬 有 引 力 與 航 天【疑難解析】1理解和運(yùn)用開普勒第三定律時要注意以下兩點(diǎn):(1) 圓周運(yùn)動可看成是橢圓運(yùn)動的特例(長軸和短軸相等)在一般情況下,經(jīng)常把行星的運(yùn)動當(dāng)作圓周運(yùn)動來處理,因此開普勒第三定律亦可應(yīng)用于行星繞太陽作圓周運(yùn)動的問題,式中,R為圓周運(yùn)動的半徑,T為圓周運(yùn)動的周期。(2),對行星繞太陽運(yùn)轉(zhuǎn)的系統(tǒng)來說,這個常量k僅與太陽的質(zhì)量有關(guān)而與行星無關(guān)這個規(guī)律也可推廣到宇宙間其它行星繞某恒星運(yùn)轉(zhuǎn)的系統(tǒng),或一些衛(wèi)星繞某行星運(yùn)轉(zhuǎn)的系統(tǒng),這里的常量K僅與該系統(tǒng)的中心天體質(zhì)量有關(guān)而與周圍繞行的星體無關(guān)也就是說,中心天體不同的系統(tǒng)k值是不同的,在中心天體相同的系統(tǒng)里k值是相同的2理解和運(yùn)用萬有引力定律時可注意以下三點(diǎn):(1)萬有引力定律只適用于質(zhì)點(diǎn)間的相互作用,表達(dá)式中的r是兩個質(zhì)點(diǎn)間的距離。兩個質(zhì)量分布均勻的球體間的相互作用也可以用萬有引力定律的表達(dá)式來計算,其中應(yīng)把r理解為兩個球心的距離。(2)我們可以把地球看作各層質(zhì)量均勻分布的球體,所以地面上質(zhì)量為m的物體所受地球的引力可以表示為,式中M和R分別表示地球的質(zhì)量和地球的半徑。(3)一般質(zhì)量很小的物體之間的引力十分微小,特別在研究微觀粒子時,萬有引力一般忽略不計。3萬有引力定律的應(yīng)用領(lǐng)域主要是自然天體質(zhì)量計算和人造天體的運(yùn)動,其基本思路是:(1)做圓周運(yùn)動的天體所需要的向心力由萬有引力來提供,即:(2)任何星體表面近似的萬有引力等于重力,這一代替關(guān)系在數(shù)據(jù)計算中尤為重要4. 關(guān)于宇宙速度要注意的兩個問題:(1)推導(dǎo)地球上第一宇宙速度的方法,也可以推廣運(yùn)用到其它星球上去即知道了某個星球的質(zhì)量M和半徑r,或該星球的半徑r及表面的重力加速度g,可以用同樣的方法,求得該星球上的第一宇宙速度(2)第一宇宙速度是地球衛(wèi)星的最小發(fā)射速度,也是所有繞地球做勻速圓周運(yùn)動的衛(wèi)星的最大速度,第二宇宙速度(脫離速度):v = 11.2 km/s(衛(wèi)星掙脫地球引力束縛的最小發(fā)射速度) ,第三宇宙速度(逃逸速度):v = 16.7 km/s(衛(wèi)星掙脫太陽引力束縛的最小發(fā)射速度)5. 關(guān)于地球同步衛(wèi)星要注意的問題:所謂地球同步衛(wèi)星就是相對于地面靜止的運(yùn)轉(zhuǎn)周期與地球自轉(zhuǎn)周期相同的衛(wèi)星特點(diǎn):(1)周期T24h(2)地球同步衛(wèi)星位置定在赤道上空,即衛(wèi)星軌道平面均在赤道平面內(nèi)(3)軌道半徑和繞行速度均相同(4)同步衛(wèi)星只能位于赤道正上方某一確定高度h由得R表示地球半徑6關(guān)于經(jīng)典力學(xué)要注意的問題:以牛頓運(yùn)動定律為基礎(chǔ)的經(jīng)典力學(xué)只適用于解決低速運(yùn)動問題,不適用于處理高速運(yùn)動問題;只適用于宏觀物體,一般不適用于微觀粒子;只使用于弱引力,而不使用于強(qiáng)引力的情況。【典例精析】例1 兩顆人造地球衛(wèi)星質(zhì)量的比,軌道半徑之比。求:(1)這兩顆衛(wèi)星運(yùn)行的周期之比;(2)線速度之比;(3)角速度之比;(4)向心加速度之比;(5)向心力之比。解析處理這樣的問題一般都是建立靜力學(xué)的向心力與動力學(xué)向心力相等的式子來解決。即 , 由得, 由得, 由得, 由得, 例2 在1700K的高空飛行的人造衛(wèi)星,它的速度多大?運(yùn)行周期多長?(g取10 m/s2,地球半徑R=6400 km)解析萬有引力等于向心力,且由 得: 又因為得: 聯(lián)立得:km/s因為 ,所以T=7121 s有關(guān)天體的運(yùn)算要特別注意指數(shù)運(yùn)算。例3 在某星球上,宇航員用彈簧秤稱得質(zhì)量m的砝碼重量為F,乘宇宙飛船在靠近該星球表面空間飛行,測得其環(huán)繞周期是T根據(jù)上述數(shù)據(jù),試求該星球的質(zhì)量解析m物體的重量等于萬有引力,設(shè)星球的半徑為R 由得:R=設(shè)一個質(zhì)量為m1的衛(wèi)星,在該星球表面飛行,其軌道半徑等于星球半徑,做圓周運(yùn)動的向心力等于萬有引力。即:,解得:M=。A B b a v2v1圖7-3A1A1A2A1B2A1B1A1例4 如圖7-3,行星繞太陽的運(yùn)行軌道為橢圓,近地點(diǎn)A到太陽的距離為a,遠(yuǎn)日點(diǎn)B到太陽的距離為b,求行星在A、B兩點(diǎn)的速率之比。解析 以近地點(diǎn)和遠(yuǎn)地點(diǎn)為中心,取一個同樣的極短的時間間隔t,由開普勒第二定律可知,在這個時間t內(nèi),衛(wèi)星和地心的連線掃過的面積相等,如圖7-3所示設(shè)衛(wèi)星在近地點(diǎn)和遠(yuǎn)地點(diǎn)的速率分別為v1和v2,并把衛(wèi)星在這極短時間t內(nèi)的運(yùn)動看成勻速率運(yùn)動圖7-4因這兩個扇形面積相等:所以:v1:v2=b:a例5 如圖7-4所示,A、B、C是在地球大氣層外的圓形軌道上運(yùn)行的三顆人造地球衛(wèi)星,下列說法中正確的是 ( )AB、C的線速度相等,且大于A的線速度BB、C的周期相等,且大于A的周期CB、C的向心加速度相等,且大于A的向心加速度D若C的速率增大可追上同一軌道上的B解析 由衛(wèi)星線速度公式可以判斷出 vC=vBvA,因而選項A是錯誤的由衛(wèi)星運(yùn)行周期公式 ,可以判斷出TB =TCTA,故選項B是正確的衛(wèi)星的向心加速度是萬有引力作用于衛(wèi)星上產(chǎn)生的,由,可知aA=aB=aC ,因而選項C是錯誤的若使衛(wèi)星C速率增大,則必然會導(dǎo)致衛(wèi)星C偏離原軌道,它不可能追上衛(wèi)星B,故D也是錯誤的所以本題正確選項為B。 方法指導(dǎo):由于人造地球衛(wèi)星在軌道上運(yùn)行時,所需要的向心力是由萬有引力提供的,若由于某種原因,使衛(wèi)星的速度增大,則所需要的向心力也必然會增加,而萬有引力在軌道不變的時候,是不可能增加的,這樣衛(wèi)星由于所需要的向心力大于外界所提供的向心力而會作離心運(yùn)動。- 1.請仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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