2020版新教材高中物理 第七章 万有引力与宇宙航行 本章整合课件 新人教版必修第二册

本章整合本章知识可分为四个组成部分。第一部分:人类对行星运动规律的认识;第二部分:万有引力定律;第三部分:万有引力定律的应用;第四部分:相对论时空观与牛顿力学的局限性。一、人类对行星运动规律的认识一、人造卫星稳定运行时,各运动参量的分析1.卫星稳定运动时各运动参量由𝐺𝑚地𝑚𝑟2=ma=m𝑣2𝑟=mω2r=m4π2𝑇2r得a=𝐺𝑚地𝑟2,v=𝐺𝑚地𝑟,ω=𝐺𝑚地𝑟3,T=2π𝑟3𝐺𝑚地,即随着轨道半径的增大,卫星的向心加速度、线速度、角速度均减小,周期增大。2.两种特殊卫星(1)近地卫星:卫星轨道半径约为地球半径,受到的万有引力近似等于重力,故有G𝑚地𝑚𝑅2=m𝑣2𝑅=mg。(2)地球同步卫星:相对于地面静止,它的周期T=24h,所以它只能位于赤道正上方某一确定高度h,故地球上所有同步卫星的轨道均相同,但它们的质量可以不同。例1“静止”在赤道上空的地球同步气象卫星把广阔视野内的气象数据发回地面,为天气预报提供准确、全面和及时的气象资料。设地球同步卫星的轨道半径是地球半径的n倍,下列说法中正确的是()A.同步卫星的运行速度是第一宇宙速度的1𝑛B.同步卫星的运行速度是地球赤道上物体随地球自转获得的速度的1𝑛C.同步卫星的运行速度是第一宇宙速度的1𝑛D.同步卫星的向心加速度是地球表面重力加速度的1𝑛解析:同步卫星绕地球做圆周运动,由万有引力提供向心力,则G𝑚地𝑚𝑟2=ma=m𝑣2𝑟=mω2r=m4π2𝑇2r,得同步卫星的运行速度v=𝐺𝑚地𝑟,又第一宇宙速度v1=𝐺𝑚地𝑅,所以𝑣𝑣1=𝑅𝑟=1𝑛,故A错误,C正确;a=𝐺𝑚地𝑟2,g=𝐺𝑚地𝑅2,所以𝑎𝑔=𝑅2𝑟2=1𝑛2,故D错误;同步卫星与地球自转的角速度相同,则v=ωr,v自=ωR,所以𝑣𝑣自=𝑟𝑅=n,故B错误。答案:C二、人造卫星的发射、变轨与对接1.发射问题要发射人造卫星,动力装置在地面处要给卫星以很大的发射初速度,且发射速度vv1=7.9km/s,人造卫星做离开地球的运动;当人造卫星进入预定轨道区域后,再调整速度,使F引=F向,即G𝑚地𝑚𝑟2=m𝑣2𝑟,从而使卫星进入预定轨道。2.变轨问题如图所示,一般先把卫星发射到较低轨道1上,然后在P点点火,使卫星加速,让卫星做离心运动,进入轨道2,到达Q点后,再使卫星加速,进入预定轨道3。回收过程:与发射过程相反,当卫星到达Q点时,使卫星减速,卫星由轨道3进入轨道2,当到达P点时,再让卫星减速进入轨道1,再减速到达地面。例2(多选)我国成功发射空间实验室天宫二号的过程如下:由长征运载火箭将实验室送入近地点为A、远地点为B的椭圆轨道上,B点距离地面的高度为h,地球的中心位于椭圆的一个焦点上。天宫二号飞行几周后进行变轨进入预定圆轨道,如图所示。已知天宫二号在预定圆轨道上飞行n圈所用时间为t,引力常量为G,地球半径为R。则下列说法正确的是()A.天宫二号从B点沿椭圆轨道向A点运行的过程中,引力为动力B.天宫二号在椭圆轨道的B点的向心加速度大于在预定圆轨道上B点的向心加速度C.天宫二号在椭圆轨道的B点的速度大于在预定圆轨道上的B点的速度D.根据题目所给信息,可以计算出地球质量解析:天宫二号从B点沿椭圆轨道向A点运行的过程中,速度在变大,故受到的地球引力为动力,所以A正确。在B点天宫二号产生的加速度都是由万有引力产生的,因为同在B点万有引力大小相等,故不管在哪个轨道上运动,在B点时万有引力产生的加速度大小相等,故B错误。天宫二号在椭圆轨道的B点加速后做离心运动才能进入预定圆轨道,故天宫二号在椭圆轨道的B点的速度小于在预定圆轨道的B点的速度,故C错误。天宫二号在预定圆轨道上飞行n圈所用答案:ADn圈所用时间为t,故周期为T=𝑡𝑛,根据万有引力提供向心力G𝑚地𝑚(𝑅+ℎ)2=m4π2(𝑅+ℎ)𝑇2,得地球的质量m地=4π2(𝑅+ℎ)3𝐺𝑇2=4π2𝑛2(𝑅+ℎ)3𝐺𝑡2,故D正确。