万有引力定律的应用天体运动[学习目标]

长沙市一中和株洲市十八中联合命制必修2第六章学业水平复习学案备课教师刘立红1万有引力定律的应用：天体运动【学习目标】（1）通过万有引力定律在天文学上的应用，使学生能在头脑中建立一个清晰的解决天体问题的思路.（2）能利用万有引力作为天体做圆周运动的向心力求解天体的向心加速度、线速度、角速度、周期，甚至求解天体的质量（3）通过万有引力定律在天文学上的应用使学生感受到自己能应用所学物理知识解决实际问题——天体运动，增强学生学习物理的热情【自主学习】知识点1—人造地球卫星（m）围绕地球（M）做匀速圆周运动的求解步骤（一）知识回顾求解物体做匀速圆周运动的问题的解题步骤：（1）找圆周，确定圆心（2）确定半径（3）受力分析寻找向心力来源（4）应用F=ma列方程（二）知识迁移到具体的情境中：人造地球卫星（m）围绕地球（M）做匀速圆周运动的相关问题的求解步骤：（1）找圆周，确定圆心：（2）确定半径：（3）向心力来源（4）应用F=ma列方程针对练习：在右图a、b、c、d中，哪个不可能是人造地球卫星的轨道？()A．aB．bC．cD．d【合作探究】知识点1——利用人造地球卫星（m）围绕地球（M）做匀速圆周运动是地球对卫星的万有引力提供向心力这一关系推导向心加速度an、线速度v、角速度w、周期T与轨道半径r的关系。（设引力常数为G，推导时先画好物理情境图）仔细观察推导出来的公式，分析小结：一个天体（m）围绕另一个天体（M）做匀速圆周运动的向心加速度an、卫星地球cbad长沙市一中和株洲市十八中联合命制必修2第六章学业水平复习学案备课教师刘立红2线速度v、角速度w、周期T与轨道半径r的关系：an=v=w=T=（1）an、v、w、T与哪些因素有关：.（2）在中心天体（M）一定的情况下，an、v、w、T与半径的定性关系.针对练习：1．若人造卫星绕地球做匀速圆周运动，则下列说法中正确的是（）A．卫星的轨道半径越大，它的线速度越大B．卫星的轨道半径越大，它的角速度越小C．卫星的轨道半径越大，它的周期越大D．卫星的轨道半径越大，它的向心加速度越大2．如图所示，a、b、c是地球大气层外圆形轨道上运动的三颗卫星，a和b质量相等且小于c的质量，则（）A．b、c的向心加速度大小相等，且大于aB．b、c的周期相等，且大于a的周期C．b、c的线速度大小相等，且小于a的线速度D．b所需要向心力最小挑战高考：1．（2005.全国理综）把火星和地球绕太阳运行的轨道视为圆周，由火星和地球绕太阳运动的周期之比可求得（）A．火星和地球的质量之比B．火星和太阳的质量之比C．火星和地球绕太阳运行速度之比D．火星和地球到太阳中心的距离之比2．（2004.上海高考）火星有两颗卫星，分别是火卫一和火卫二，它们的轨道近似为圆。已知火卫一的周期为7小时39分，火卫二的周期为30小时18分，则两颗卫星相比:()A．火卫一距火星表面较近B．火卫二角速度较大C．火卫一的运动速度较大D．火卫二的向心加速度较大【合作探究】知识点2——利用人造地球卫星（m）围绕地球（M）做匀速圆周运动是地球对卫星的万有引力提供向心力这一规律还可以求解中心天体的质量和密度：求中心天体的质量M：；求中心天体的密度ρ：；针对练习：（2006年北京理综）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，只需要测量（）A．飞船的轨道半径B．飞船的运行速度abc地球长沙市一中和株洲市十八中联合命制必修2第六章学业水平复习学案备课教师刘立红3abcwC．飞船的运行周期D．行星的质量【合作探究】知识点3——你能求出一个人造地球（m）围绕地球（M）做匀速圆周运动的线速度的最大值吗？小结：第一宇宙速度1．定义：使物体在绕地球做圆周运动的速度。2．表达式：，大小为：，针对练习：1.利用所学知识，推导第一宇宙速度的另一个表达式v=gR2.（06.全国高考）我国将要发射一颗绕月运行的探月卫星“嫦娥1号”。设该卫星的轨道是圆形的，且贴近月球表面。已知月球的质量约为地球质量的1/81，月球的半径约为地球半径的1/4，地球上的第一宇宙速度约为7.9km/s，则该探月卫星绕月运行的速率约为（）A.0.4km/sB.1.8km/sC.11km/sD.36km/s小结：3．对其他星球均成立。4．是最大的环绕速度，却是的速度。【自主学习】知识点2—什么叫第二宇宙速度和第三宇宙速度？阅读教材P41.【合作探究】知识点4——同步卫星右图中，你能判断哪个可能是同步卫星（通讯卫星）吗？小结：同步卫星（通讯卫星）的特点：（1）周期：。（2）位置：。（3）求同步卫星距离地面的高度：。针对练习：1.（2003年春季高考）在地球（看作质量均匀分布的球体）上空有许多同步卫星,下列的说法正确的是:（）A．.它们离地心的距离可能不同B．它们的速率可能不同长沙市一中和株洲市十八中联合命制必修2第六章学业水平复习学案备课教师刘立红4C．它们的向心加速度可能不同D．它们的质量可能不同2.(2000.春）可以发射一颗这样的人造地球卫星，使其圆轨道（）A．与地球表面上某一纬度线（非赤道）是共面同心圆B．与地球表面上某一经度线所决定的圆是共面同心圆C．与地球表面上的赤道线是共面同心圆，且卫星是相对地面静止的D．与地球表面上的赤道线是共面同心圆，但卫星相对于地球是运动的。【课堂小结】【课后巩固】1.物理书P44第3题2．（2008年山东理综）据报道．我国数据中继卫星“天链一号01星”于2008年4月25日在西昌卫星发射中心发射升空，经过4次变轨控制后，于5月l日成功定点在东经77°赤道上空的同步轨道。关于成功定点后的“天链一号01星”，下列说法正确的是（）A．运行速度大于7.9km/sB．离地面高度一定，相对地面静止C．绕地球运行的角速度比月球绕地球运行的角速度大D．向心加速度与静止在赤道上物体的向心加速度大小相等3．（07天津）我国绕月探测工程的预先研究和工程实施已取得重要进展。设地球、月球的质量分别为m1、m2，半径分别为R1、R2，人造地球卫星的第一宇宙速度为v，对应的环绕周期为T，则环绕月球表面附近圆轨道飞行的探测器的速度和周期分别为（）A．2112mRvmR，312321mRTmRＢ．1221mRvmR，321312mRTmRC．2112mRvmR，321312mRTmRD．1221mRvmR，312321mRTmR4．（2008年北京高考）据媒体报道，嫦娥一号卫星环月工作轨道为圆轨道，轨道高度200km，运行周期127分钟。若还知道引力常量和月球平均半径，仅利用以上条件不能求出的是（）A．月球表面的重力加速度B．月球对卫星的吸引力C．卫星绕月球运行的速度D．卫星绕月运行的加速度