《广东省惠州大亚湾经济技术开发区第一中学物理必修2第三章 万有引力定律的应用导学案（无答案）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《广东省惠州大亚湾经济技术开发区第一中学物理必修2第三章 万有引力定律的应用导学案（无答案）（5页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、必修2第三章 万有引力定律的应用【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预习案一、万有引力定律：内容：自然界中任何两个物体都是相互吸引的 ,引力的大小跟这两个物体的_成正比 ,跟它们的_成反比。公式：_1、m1和m2表示: _2、r表示：_3、G为引力常量: _物理意义:两质量各为1kg的物体相距1m时万有引力的大小。
2、4、引力常数的测定: _【注意】万有引力公式适用于：_ r是：_二、三大宇宙速度1第一宇宙速度v1= km/s第一宇宙速度是人造地球卫星在 环绕地球做匀速圆周运动时具有的速度。第一宇宙速度是人造卫星的 速度 ,也是人造地球卫星的 速度。2第二宇宙速度脱离速度：v2= km/s ,使物体挣脱 引力束缚的最小发射速度。3第三宇宙速度逃逸速度：v3= km/s ,使物体挣脱 引力束缚的最小发射速度。三、球体体积公式：【预习自测】1、对于万有引力定律的数学表达式FGMm/R2 ,以下说法正确的选项是 A. 公式中G为引力常量 ,是人为规定的。B. R趋近于0时 ,万有引力趋于无穷大C. M、m受到的万
3、有引力总是大小相等,方向相反 ,是一对相互作用力。D. M、m受到的万有引力总是大小相等、方向相反 ,是一对平衡力。2、地球质量是月球质量的81倍 ,假设地球吸引月球的力大小为F ,那么月球吸引地球的力的大小为 A、16F B、 F C、9F D、81F3、两大小相同的实心小铁球球心相距R时 ,它们之间的万有引力为F ,假设两个小铁球距离变成R时 ,那么它们之间的万有引力为 A、2F B、4F C、8F D、16F / 探究案模型一：环绕模型天体运动视为圆周运动 ,万有引力充当着向心力的作用。等量关系：F引=F向物理量：M , r , v, 或T ,知二求其他1、天体运动参数的计算。如：中心天
4、体的质量、行星或卫星的轨道半径 ,求：行星或卫星的线速度、角速度、周期。2、用万有引力定律求中心天体的质量和密度如：行星或卫星的轨道半径、周期或线速度、角速度 ,求：中心天体的质量及密度。探究一：卫星绕行速度、角速度、周期与半径的关系：1.有人说围绕地球做匀速圆周运动的卫星 ,离地面越高 ,其飞行线速度越大 ,周期越大 ,这种说法对吗？为什么？随着卫星离地面的距离的增加它的线速度 ,角速度 ,周期是-如何变化的？答： 两个卫星在不同轨道上绕地球做圆周运动 ,a与b之间的： 线速度关系是： 角速度关系是： 周期关系是： 探究二：中心天体的质量与密度讨论：月球绕地球做匀速圆周运动 ,假设其公转周期
5、为T,月球到地心距离为R ,如何通过这些条件 ,应用万有引力定律计算地球质量? 探究三： 第一宇宙速度1.曾设想：山顶上的一门大炮假设以足够大的速度水平射出一颗炮弹 ,它将围绕地球运动而不掉下来 ,如今牛顿的理想已经变为现实 ,那么牛顿所说的足够大的速度是多少呢？2.地球不过是太阳系中的一颗而已 ,那如果有天人们登上了火星 ,那么在火星外表发射人造卫星的最小速度又是多少呢？你能总结出宇宙中任意一颗行星上发射卫星的最小速度吗？3如果发射速度大于第一宇宙速度 ,将会怎样？卫星的发射速度和环绕速度是一回事吗？探究四：同步卫星所谓地球同步卫星是指相对于地面静止的人造卫星 ,它的周期与地球自转的周期相同
6、。T24h地球半径为R=6.4106m, g=10m/s2, 估算同步卫星的高度. (结果只保存2位有效数字)模型二：星球外表上的物体将物体在行星外表所受到的万有引力近似看作等于物体的重力忽略地球自转的影响。行星外表的加速度近似看作是由万有引力产生的。思考：除了探究二中的方法 ,还有没有其它方法可以计算地球的质量？小结：训练案1.假设一作圆周运动的人造地球卫星的轨道半径增大到原来的2倍, 那么A.由公式v=wr,可知卫星运动的线速度将增大到原来的2倍B.由公式F=mv2/r,可知卫星所需的向心力将减小到原来的1/2C.由公式F=GMm/r2,可知地球提供的向心力将减小到原来的1/4D.根据上述
7、(B)和(C)给出的公式,可知卫星运动的线速度将减小到原来的2/22.地球的第一宇宙速度为7.9km/s,某行星的质量是地球质量的8倍,半径是地球半径的2倍,求环绕该行星外表作圆周运动的卫星的线速度.A、B、C三颗卫星绕地球作圆周运动, 卫星质量mC=2mA=2mB,轨道半径rB=rC=4rA.那么卫星的:A.加速度aA:aB:aC=16:1:1 B.线速度vA:vB:vC=2:1:1C.角速度wA:wB:wC=1:1:1 D.周期TA:TB:TC=1: 1:8:83.据报道,嫦娥一号卫星环月工作轨道为圆轨道,轨道高度200 km,运动周期127分钟.假设还知道引力常量和月球平均半径,仅利用以
8、上条件能求出的是A.卫星绕月球运行的速度 B.卫星绕月运行的加速度C.月球外表的重力加速度 D.月球对卫星的吸引力4.对于绕地球做圆周运动的卫星,在以下给出的四个图中哪些可能是卫星的轨道 ,哪些可能是同步卫星的轨道 DCBA5. 在地球上空有许多同步卫星,对于这些同步卫星:A.一定位于赤道平面内,在赤道的正上方B.它们的质量可能不同,高度、速率一定相同C.它们的速度大于7.9km/s D.它们的加速度一定小于9.8m/s26.设土星绕太阳的运动为匀速圆周运动 ,假设测得土星到太阳的距离为R ,土星绕太阳运动的周期为T ,万有引力常量G ,根据这些数据能够求出的物理量是 土星线速度的大小土星加速
9、度的大小土星的质量太阳的质量A B. C. D.7.地球绕太阳公转的轨道半径为 ,公转周期是 ,那么太阳的质量是 A、 B、 C、 D、8.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、火星和地球到太阳的距离之比 D、火星和地球绕太阳运行速度大小之比9. 可发射一颗人造卫星 ,使其圆轨道满足以下条件 A、与地球外表上某一纬度线非赤道是共面的同心圆 B、与地球外表上某一经度线是共面的同心圆C、与地球外表上的赤道线是共面同心圆,且卫星相对地面是运动的D、与地球外表上的赤道线是共面同心圆,且卫星相对地面是静止的10
10、.在地球看作质量均匀分布的球体上空有许多同步卫星 ,下面说法中正确的选项是 A它们的质量可能不同B它们的速度可能不同C它们的向心加速度可能不同D它们离地心的距离可能不同11. 利用以下哪组数据 ,可以计算出地球质量： A地球半径和地面重力加速度 B卫星绕地球作匀速圆周运动的轨道半径和周期C月球绕地球作匀速圆周运动的周期和月球质量 D同步卫星离地面高度和地球自转周期12地球质量为M ,半径为R ,自转周期为T ,地球同步卫星质量为m ,引力常量为G ,有关同步卫星 ,以下表述正确的选项是 A、卫星距地面的高度为 B、卫星的运行速度小于第一宇宙速度C、卫星运行时受到的向心力大小为D、卫星运行的向心
11、加速度小于地球外表的重力加速度132002年12月30日凌晨 ,我国的“神舟四号飞船在酒泉载人航天发射场发射升空 ,按预定方案在太空飞行了6天零18个小时 ,环绕地球108圈后 ,在内蒙古中部地区准确着陆 ,圆满完成了空间科学和技术试验任务 ,为最终实现载人飞行奠定了坚实根底.假设地球的质量、半径和引力常量G均 ,根据以上数据可估算出“神舟四号飞船的 A.离地高度 B.环绕速度 C.发射速度 D.所受的向心力14.宇航员站在某一星球外表上的高h处 ,沿水平方向抛出一小球。经过时间t ,小球落到星球外表为。该星球的半径为R ,万有引力常数为G。求该星球的质量M。15.无人飞船“神州二号曾在离地高
12、度为H3. 4105m的圆轨道上运行了47小时。求在这段时间内它绕行地球多少圈？地球半径R=6.37106m ,重力加速度g9.8m/s216.现代宇宙学理论告诉我们 ,恒星在演变过程中 ,会形成一种密度很大的天体 ,成为白矮星或中子星 ,1m3的中子星物质的质量为1.51017kg.假设某一中子星半径为10km ,求此中子星的第一宇宙速度。G=6.6710-11Nm2/kg2,球体的体积V=17.如下图, A为赤道上的物体, B为环绕地球外表做圆周运动的卫星, C为同步卫星.它们做圆周运动的线速度分别为v1、v2、v3;角速度为w1、 w2、w3,加速度为a1、a2、a3.写出它们的表达式,
13、比拟它们的大小.补充探究：1. 当v增大时 ,所需向心力m将_ ,即万有引力_提供向心力 ,卫星将做_运动 ,脱离原来的圆轨道 ,轨道半径_ ,但卫星一旦进入新的轨道运行 ,由v知其运行速度要_使卫星进入预定轨道利用了这一原理。2. 当卫星的速度突然减小时 ,向心力_ ,即万有引力_卫星所需的向心力 ,因此卫星将做_ ,同样会脱离原来的圆轨道 ,轨道半径变小 ,进入新轨道运行时由v知运行速度将增大卫星的回收利用了这一原理探究自测：1.发射地球同步卫星时 ,先将卫星发射至近地圆轨道1 ,然后点火 ,使其沿椭圆轨道2运行 ,最后再次点火 ,将卫星送入同步轨道3.轨道1、2相切于Q点 ,轨道2、3相切于P点 ,如下图。那么当卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时 ,以下说法正确的选项是：( ) A卫星在轨道3上的速率大于在轨道1上的速率B卫星在轨道3上的角速度小于在轨道1上的角速度C卫星在轨道1上经过Q点时的加速度大于它在轨道2上经过Q点时的加速度D卫星在轨道2上经过P点时的加速度等于它在轨道3上经过P点时的加速度2.200
