第六章 万有引力与航天单元备课教案

第六章  万有引力与航天单元备课教案
第六章  万有引力与航天单元备课教案

第六章万有引力与航天

单元教学目标

知识与技能

1.能根据开普勒行星运动定律和牛顿第三定律推导出太阳与行星间的引力表达式;

2.了解万有引力定律得出的思路和过程,理解万有引力定律的含义,掌握万有引力定律的公式;

3.了解地球表面物体的万有引力两个分力的大小关系,计算地球质量;

4.行星绕恒星运动、卫星的运动的共同点:万有引力作为行星、卫星圆周运动的向心力,会用万有引力定律计算天体的质量;了解万有引力定律在天文学上有重要应用。

5.了解人造卫星的有关知识;知道三个宇宙速度的含义,会推导第一宇宙速度。

6.知道牛顿运动定律的适用范围;了解经典力学在科学研究和生产技术中的广泛应用;

过程与方法:

1.通过托勒密、哥白尼、第谷·布拉赫、开普勒等几位科学家对行星运动的不同认识,了解人类认识事物本质的曲折性并加深对行星运动的理解。通过推导太阳与行星间的引力公式,体会逻辑推理在物理学中的重要性;

2.培养学生根据数据分析找到事物的主要因素和次要因素的一般过程和方法;培养学生根据事件的之间相似性采取类比方法分析新问题的能力与方法;培养学生归纳总结建立模型的能力与方法。

3.通过用万有引力定律推导第一宇宙速度,培养学生运用知识解决问题的能力。情感、态度与价值观

1.澄清对天体运动裨秘、模糊的认识,掌握人类认识自然规律的科学方法。

2.感悟科学是人类进步不竭的动力。感受太阳与行星间的引力关系,从而体会大自然的奥秘。培养学生认真严禁的科学态度和大胆探究的心理品质;体会物理学规律的简洁性和普适性,领略物理学的优美。

3.通过介绍我国在卫星发射方面的情况.激发学生的爱国热情;感知人类探索宇宙的梦想.促使学生树立献身科学的人生价值观。通过对牛顿力学适用范围的讨论,使学生知道物理中的结论和规律一般都有其适用范围,认识知识的变化性和无穷性,培养献身于科学的时代精神。

教学重点:

1.理解和掌握开普勒行星运动定律,认识行星的运动。学好本节有利于对宇宙中行星的运动规律的认识,掌握人类认识自然规律的科学方法,并有利于对人造卫星的学习。

2.根据开普勒行星运动定律和牛顿第三定律推导出太阳与行星间的引力公式,记住推导出的引力公式。

3.地球质量的计算、太阳等中心天体质量的计算。

4第一宇宙速度的推导。

5牛顿运动定律的适用范围。

教学难点:

1.对开普勒行星运动定律的理解和应用,通过本节的学习可以澄清人们对天体运动神秘、模糊的认识。

2.太阳与行星间的引力公式的推导过程,根据已有条件求中心天体的质量。运行速率与轨道半径之间的关系。

3.高速运动的物体,速度和质量之间的关系。

单元课时安排

6.1行星的运动1课时

6.2太阳与行星间的引力1课时

6.3万有引力定律2课时

6.4万有引力的成就2课时

6.5宇宙航行2课时

6.6经典力学的局限性1课时

学情分析:

高考物理万有引力与航天专题训练答案

高考物理万有引力与航天专题训练答案 一、高中物理精讲专题测试万有引力与航天 1.一名宇航员到达半径为R 、密度均匀的某星球表面,做如下实验:用不可伸长的轻绳拴一个质量为m 的小球,上端固定在O 点,如图甲所示,在最低点给小球某一初速度,使其绕O 点在竖直面内做圆周运动,测得绳的拉力大小F 随时间t 的变化规律如图乙所示.F 1、F 2已知,引力常量为G ,忽略各种阻力.求: (1)星球表面的重力加速度; (2)卫星绕该星的第一宇宙速度; (3)星球的密度. 【答案】(1)126F F g m -=(212()6F F R m -(3) 128F F GmR ρπ-= 【解析】 【分析】 【详解】 (1)由图知:小球做圆周运动在最高点拉力为F 2,在最低点拉力为F 1 设最高点速度为2v ,最低点速度为1v ,绳长为l 在最高点:2 22mv F mg l += ① 在最低点:2 11mv F mg l -= ② 由机械能守恒定律,得 221211222 mv mg l mv =?+ ③ 由①②③,解得1 2 6F F g m -= (2) 2 GMm mg R = 2GMm R =2 mv R 两式联立得:12()6F F R m -

(3)在星球表面:2 GMm mg R = ④ 星球密度:M V ρ= ⑤ 由④⑤,解得12 8F F GmR ρπ-= 点睛:小球在竖直平面内做圆周运动,在最高点与最低点绳子的拉力与重力的合力提供向心力,由牛顿第二定律可以求出重力加速度;万有引力等于重力,等于在星球表面飞行的卫星的向心力,求出星球的第一宇宙速度;然后由密度公式求出星球的密度. 2.a 、b 两颗卫星均在赤道正上方绕地球做匀速圆周运动,a 为近地卫星,b 卫星离地面高度为3R ,己知地球半径为R ,表面的重力加速度为g ,试求: (1)a 、b 两颗卫星周期分别是多少? (2) a 、b 两颗卫星速度之比是多少? (3)若某吋刻两卫星正好同时通过赤道同--点的正上方,则至少经过多长时间两卫星相距最远? 【答案】(1 )2 ,16(2)速度之比为2 【解析】 【分析】根据近地卫星重力等于万有引力求得地球质量,然后根据万有引力做向心力求得运动周期;卫星做匀速圆周运动,根据万有引力做向心力求得两颗卫星速度之比;由根据相距最远时相差半个圆周求解; 解:(1)卫星做匀速圆周运动,F F =引向, 对地面上的物体由黄金代换式2 Mm G mg R = a 卫星 2 224a GMm m R R T π= 解得2a T =b 卫星2 2 24·4(4)b GMm m R R T π= 解得16b T = (2)卫星做匀速圆周运动,F F =引向, a 卫星2 2a mv GMm R R =

(完整版)第六章万有引力与航天知识点总结

万有引力与航天 1、开普勒行星运动定律 (1).所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆,太阳处在椭圆的一个焦点上. (2).对任意一个行星来说,它与太阳的连线在相等的时间内扫过相等的面积. (3).所有行星的轨道的半长轴的三次方跟它的公转周期的二次方的比值都相等. 3 2a K T = (K 只与中心天体质量M 有关) 行星轨道视为圆处理,开三变成3 2r K T =(K 只与中心天体质量M 有关) 2、万有引力定律: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质量 的乘积成正比,跟它们距离的二次方成反比。 表达式:122,m m F G r =2211kg /m N 1067.6??=-G 适用于两个质点(两个天体)、一个质点和一个均匀球(卫星和地球)、两个均匀球。 (质量均匀分布的球可以看作质量在球心的质点) 3、万有引力定律的应用: (天体质量M , 卫星质量m ,天体半径R, 轨道半径r ,天体表面重力加速度g ,卫星运行 向心加速度n a ,卫星运行周期T) 两种基本思路: 1.万有引力=向心力 (一个天体绕另一个天体作圆周运动时,r=R+h ) 人造地球卫星(只讨论绕地球做匀速圆周运动的人造卫星r=R+h ): r GM v =,r 越大,v 越小;3 r GM =ω,r 越大,ω越小;GM r T 324π=,r 越大,T 越大; 2n GM a r =,r 越大,n a 越小。 (1)求质量:①天体表面任意放一物体重力近似等于万有引力:= G M m R 2→2 gR M G = ②当一个星球绕另一个星球做匀速圆周运动时,设中心星球质量为M ,半径为R ,环绕 星球质量为m ,线速度为v ,公转周期为T ,两星球相距r ,由万有引力定律有: 2 222??? ??==T mr r mv r GMm π,可得出中心天体的质量:23224GT r G r v M π==

(完整版)万有引力与航天重点知识归纳及经典例题练习

第五讲 万有引力定律重点归纳讲练 知识梳理 考点一、万有引力定律 1. 开普勒行星运动定律 (1) 第一定律(轨道定律):所有的行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆,太阳处在椭圆的一个焦点上。 (2) 第二定律(面积定律):对任意一个行星来说,它与太阳的连线在相等时间内扫过相等的面积。 (3) 第三定律(周期定律):所有行星的轨道的半长轴的三次方跟公转周期二次方的比值都相等,表达式: k T a =23 。其中k 值与太阳有关,与行星无关。 (4) 推广:开普勒行星运动定律不仅适用于行星绕太阳运转,也适用于卫星绕地球运转。当卫星绕行星旋转时,k T a =2 3 ,但k 值不同,k 与行星有关,与卫星无关。 (5) 中学阶段对天体运动的处理办法: ①把椭圆近似为园,太阳在圆心;②认为v 与ω不变,行星或卫星做匀速圆周运动; ③k T R =2 3 ,R ——轨道半径。 2. 万有引力定律 (1) 内容:万有引力F 与m 1m 2成正比,与r 2成反比。 (2) 公式:2 21r m m G F =,G 叫万有引力常量,2211 /10 67.6kg m N G ??=-。 (3) 适用条件:①严格条件为两个质点;②两个质量分布均匀的球体,r 指两球心间的距离;③一个均匀球体和球外一个质点,r 指质点到球心间的距离。 (4) 两个物体间的万有引力也遵循牛顿第三定律。 3. 万有引力与重力的关系 (1) 万有引力对物体的作用效果可以等效为两个力的作用,一个是重力mg ,另一个是物体随地球自转所需的向心力f ,如图所示。 ①在赤道上,F=F 向+mg ,即R m R Mm G mg 22 ω-=; ②在两极F=mg ,即mg R Mm G =2 ;故纬度越大,重力加速度越大。 由以上分析可知,重力和重力加速度都随纬度的增加而增大。 (2) 物体受到的重力随地面高度的变化而变化。在地面上,2 2 R GM g mg R Mm G =?=;在地球表面高度为h 处: 22)()(h R GM g mg h R Mm G h h +=?=+,所以g h R R g h 2 2 ) (+=,随高度的增加,重力加速度减小。 考点二、万有引力定律的应用——求天体质量及密度 1.T 、r 法:2 3 2224)2(GT r M T mr r Mm G ππ=?=,再根据3 23 33,34R GT r V M R V πρρπ=?== ,当r=R 时,2 3GT πρ= 2.g 、R 法:G g R M mg R Mm G 22 = ?=,再根据GR g V M R V πρρπ43,3 43=?== 3.v 、r 法:G rv M r v m r Mm G 2 22 =?=

万有引力与航天试题附答案

万有引力与航天单元测试题 一、选择题 1.关于日心说被人们接受的原因是( ) A.太阳总是从东面升起,从西面落下 B.若以地球为中心来研究的运动有很多无法解决的问题 C.若以太阳为中心许多问题都可以解决,对行星的描述也变得简单 D.地球是围绕太阳运转的 2.有关开普勒关于行星运动的描述,下列说法中正确的是( ) A.所有的行星绕太阳运动的轨道都是椭圆,太阳处在椭圆的一个焦点上 B.所有的行星绕太阳运动的轨道都是圆,太阳处在圆心上 C.所有的行星轨道的半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等 D.不同的行星绕太阳运动的椭圆轨道是不同的 3.关于万有引力定律的适用范围,下列说法中正确的是( ) A.只适用于天体,不适用于地面物体 B.只适用于球形物体,不适用于其他形状的物体 C.只适用于质点,不适用于实际物体D.适用于自然界中任意两个物体之间 4.已知万有引力常量G,要计算地球的质量还需要知道某些数据,现在给出下列各组数据,可以计算出地球质量的是( ) A.地球公转的周期及半径B.月球绕地球运行的周期和运行的半径 C.人造卫星绕地球运行的周期和速率D.地球半径和同步卫星离地面的高度 5.人造地球卫星由于受大气阻力,轨道半径逐渐变小,则线速度和周期变化情况是( ) A.速度减小,周期增大,动能减小B.速度减小,周期减小,动能减小 C.速度增大,周期增大,动能增大D.速度增大,周期减小,动能增大 6.一个行星,其半径比地球的半径大2倍,质量是地球的25倍,则它表面的重力加速度是地球表面重力加速度的( ) A.6倍B.4倍C.25/9倍D.12倍 7.假如一个做圆周运动的人造卫星的轨道半径增大到原来的2倍仍做圆周运动,则( )

高中物理万有引力与航天专题训练答案及解析

高中物理万有引力与航天专题训练答案及解析 一、高中物理精讲专题测试万有引力与航天 1.如图所示,质量分别为m 和M 的两个星球A 和B 在引力作用下都绕O 点做匀速圆周运动,星球A 和B 两者中心之间距离为L .已知A 、B 的中心和O 三点始终共线,A 和B 分别在O 的两侧,引力常量为G .求: (1)A 星球做圆周运动的半径R 和B 星球做圆周运动的半径r ; (2)两星球做圆周运动的周期. 【答案】(1) R=m M M +L, r=m M m +L,(2)()3L G M m + 【解析】 (1)令A 星的轨道半径为R ,B 星的轨道半径为r ,则由题意有L r R =+ 两星做圆周运动时的向心力由万有引力提供,则有:22 22244mM G mR Mr L T T ππ== 可得 R M r m = ,又因为L R r =+ 所以可以解得:M R L M m = +,m r L M m =+; (2)根据(1)可以得到:2222244mM M G m R m L L T T M m ππ==?+ 则:()()233 42L L T M m G G m M π= =++ 点睛:该题属于双星问题,要注意的是它们两颗星的轨道半径的和等于它们之间的距离,不能把它们的距离当成轨道半径. 2.载人登月计划是我国的“探月工程”计划中实质性的目标.假设宇航员登上月球后,以初速度v 0竖直向上抛出一小球,测出小球从抛出到落回原处所需的时间为t.已知引力常量为G ,月球的半径为R ,不考虑月球自转的影响,求: (1)月球表面的重力加速度大小g 月; (2)月球的质量M ; (3)飞船贴近月球表面绕月球做匀速圆周运动的周期T .

第六章 万有引力与航天教案

第六章万有引力与航天 第一节行星的运动 从古到今,人类不仅创作了关于星空的神话、史诗,也在 孜孜不倦地探索日月星辰的运动奥秘.所谓“斗转星移”,从古希腊科学家托勒密的地心说、波兰天文学家哥白尼的日心说到丹麦天文学家第谷的观测资料和德国天文学家开普勒的三大定律,人们终于认识到了行星运动的规律. 1.了解地心说和日心说的基本内容及其代表人物. 2.知道人类对行星运动的认识过程是漫长的,了解对天体运动正确认识的重要性.3.理解开普勒三定律,知道其科学价值,了解第三定律中k值的大小只与中心天体有关. 4.了解处理行星运动问题的基本思路,体会科学家的科学态度和科学精神. 一、两种学说

二、开普勒行星运动定律 的一 它与太 公式: a3 T2=k,k是一个与行 星无关的常量 三、开普勒行星运动定律的实际应用 1.行星绕太阳运动的轨道十分接近圆,太阳处在圆心. 2.对某一行星来说,它绕太阳转动的角速度(或线速度)大小不变,即行星做匀速圆周运动. 3.所有行星轨道半径的三次方跟它的公转周期的二次方比值都相等. 行星运动的模型 一、模型特点 1.行星绕太阳运动的轨道十分接近圆,太阳处在圆心. 2.对某一行星,它绕太阳运动的角速度(或环绕速度大小)不变,行星做匀速圆周运动.3.所有行星轨道半径的三次方跟它的公转周期的二次方的比值相同.若用r表示轨道半径,T表示公转周期,则 r3 T2=k.

二、典例剖析 飞船沿半径为r 的圆周绕地球运动,其周期为T ,如果飞船要返回地面,可在轨道上的某一点A 处,将速率降低到适当数值,从而使飞船沿着地心为焦点的特殊椭圆轨道运动,椭圆和地球表面在B 点相切,如图所示.如果地球半径为r 0,求飞船由A 点到B 点所需的时间. 解析:由开普勒第三定律知,飞船绕地球做圆周(半长轴和半短轴相等的特殊椭圆)运动时,其轨道半径的三次方跟周期的平方的比值,等于飞船绕地球沿椭圆轨道运动时其半长轴的三次方跟周期平方的比值.飞船椭圆轨道的半长轴为r +r 02,设飞船沿椭圆轨道运动的周 期为T′,则有r 3T 2=(r +r 0)3 8T ′2 .而飞船从A 到B 点所需的时间为:t =T ′2=28???? 1+r 0r 32·T. 答案:28 ???? 1+r 0r 32·T 第二、三节 太阳与行星间的引力 万有引力定律 哥白尼说:“太阳坐在它的皇位上,管理着围绕着它的一切星球”,那么是什么原因使行星绕太阳运动呢?伽利略、开普勒以及法国数学家笛卡尔都提出过自己的解释.然而,只有牛顿才给出了正确的解释……

万有引力定律与航天练习题

万有引力定律与航天 练习题 Revised on November 25, 2020

万有引力定律与航天章节练习题 一、选择题 1.如图所示,火星和地球都在围绕太阳旋转,其运行轨道是椭圆,根据开普 勒行星运动定律可知( ) A. 火星绕太阳运动过程中,速率不变 B. 火星绕太阳运行一周的时间比地球的长 C. 地球靠近太阳的过程中,运行速率将减小 D. 火星远离太阳的过程中,它与太阳的连线在相等时间内扫过的面积逐渐增大 2.经国际小行星命名委员会命名的“神舟星”和“杨利伟星”的轨道均处在 火星和木星轨道之间,它们绕太阳沿椭圆轨道运行,其轨道参数如下表。 注:AU 是天文学中的长度单位,1AU=149 597 870 700m (大约是地球到太阳的平均距离)。“神舟星”和“杨利伟星”绕太阳运行的周期分别为T 1和T 2,它们在近日点的加速度分别为a 1和a 2。则下列说法正确的是( ) A. 1212,T T a a >< B. 1212,T T a a << C. 1212,T T a a >> D. 1212,T T a a 3.过去几千年来,人类对行星的认识与研究仅限于太阳系内,行星“31peg b” 的发现拉开了研究太阳系外行星的序幕。“31peg b”绕其中心恒星做匀速圆周运 动,周期大约为4天,轨道半径约为地球绕太阳运动半径的1 20,该中心恒星 与太阳的质量比约为( ) A. 1 10 B. 1 C. 5 D. 10 4.2013年6月13日,“神舟十号”与“天空一号”成功实施手控交会对接,下列关于“神舟十号”与“天空一号”的分析错误的是( ) A .“天空一号”的发射速度应介于第一宇宙速度与第二宇宙速度之间

曲线运动万有引力与航天测试题带答案

第4章曲线运动万有引力与航天 一、选择题(本大题共15小题) 1.一个物体受到恒定的合力作用而做曲线运动,则下列说法正确的是 A.物体的速率可能不变 B.物体一定做匀变速曲线运动,且速率一定增大 C.物体可能做匀速圆周运动 D.物体受到的合力与速度的夹角一定越来越小,但总不可能为零 2.一物体在光滑的水平桌面上运动,在相互垂直的x方向和y方向上的分运动速度随时间变化的规律如图1所示.关于物体的运动,下列说法正确的是 图1 A.物体做曲线运动 B.物体做直线运动 C.物体运动的初速度大小是50 m/s D.物体运动的初速度大小是10 m/s 3.小船过河时,船头偏向上游与水流方向成α角,船相对静水的速度为v,其航线恰好垂直于河岸.现水流速度稍有增大,为保持航线不变,且准时到达对岸,下列措施中可行的是 A.增大α角,增大船速v B.减小α角,增大船速v C.减小α角,保持船速v不变 D.增大α角,保持船速v不变 4.(2011·上海市闸北调研)质量为2 kg的质点在x-y平面上做曲线运动,在x方向的速度图象和y方向的位移图象如图2所示,下列说法正确的是

图2 A .质点的初速度为5 m/s B .质点所受的合外力为3 N C .质点初速度的方向与合外力方向垂直 D .2 s 末质点速度大小为6 m/s 5.如图3所示,甲、乙、丙三个轮子依靠摩擦转动,相互之间不打滑,其半径分别为r 1、r 2、r 3.若甲轮的角速度为ω1,则丙轮的角速度为 图3 A.r 1ω1r 3 B.r 3ω1 r 1 C. r 3ω1r 2 D.r 1ω1 r 2 6.如图4所示,轻杆的一端有一个小球,另一端有光滑的固定轴O.现给球一初速度,使球和杆一起绕O 轴在竖直面内转动,不计空气阻力,用F 表示球到达最高点时杆对小球的作用力.则F 图4 A .一定是拉力 B .一定是推力 C .一定等于0 D .可能是拉力,可能是推力,也可能等于0

备战2021新高考物理-重点专题-万有引力与航天(三)(含解析)

备战2021新高考物理-重点专题-万有引力与航天(三) 一、单选题 1.三颗人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动,运行方向如图所示.已知 ,则关于三颗卫星,下列说法错误的是() A.卫星运行线速度关系为 B.卫星轨道半径与运行周期关系为 C.已知万有引力常量G,现测得卫星A的运行周期T A和轨道半径R A,可求地球的平均密度 D.为使A 与B同向对接,可对A适当加速 2.如图所示,A、B、C是在地球大气层外的圆形轨道上运行的三颗人造地球卫星,下列说法中正确的是() A.B,C的角速度相等,且小于A的角速度 B.B,C的线速度大小相等,且大于A的线速度 C.B,C的向心加速度相等,且大于A的向心加速度 D.B,C的周期相等,且小于A的周期 3.2020年4月24日,国家航天局宣布,我国行星探测任务命名为“天问”,首次火星探测任务命名为“天问一号”。已知万有引力常量,为计算火星的质量,需要测量的数据是() A.火星表面的重力加速度和火星绕太阳做匀速圆周运动的轨道半径 B.火星绕太阳做匀速圆周运动的轨道半径和火星的公转周期 C.某卫星绕火星做匀速圆周运动的周期和火星的半径 D.某卫星绕火星做匀速圆周运动的轨道半径和公转周期 4.一宇宙飞船绕地心做半径为r的匀速圆周运动,飞船舱内有一质量为m的人站在可称体重的台秤上.用R表示地球的半径,g表示地球表面处的重力加速度,g′表示宇宙飞船所在处的地球引力加速度,F N表示人对秤的压力,下面说法中正确的是()

A.g′=0 B.g′= C.F N=0 D.F N= 5.2019年11月23日8时55分,我国在西昌卫星发射中心用“长征三号“乙运载火箭,以“一箭双星”方式成功发射第50、51颗北斗导航卫星。两颗卫星均属于中圆轨道(MEO)卫星,是我国的“北斗三号”系统的组网卫星。这两颗卫星的中圆轨道(MEO)是一种周期为12小时,轨道面与赤道平面夹角为60°的圆轨道。是经过GPS和GLONASS运行证明性能优良的全球导航卫星轨道。关于这两颗卫星,下列说法正确的是() A.这两颗卫星的动能一定相同 B.这两颗卫星绕地心运动的角速度是长城随地球自转角速度的4倍 C.这两颗卫星的轨道半径是同步卫星轨道半径的 D.其中一颗卫星每天会经过赤道正上方2次 6.如图所示,a、b、c是地球大气层外圆形轨道上运行的三颗人造地球卫星,a、b质量相等且小于c的质量,则下列判断错误的是() A.b所需向心力最小 B.b、c周期相等,且大于a的周期 C.b、c向心加速度大小相等,且大于a的向心加速度 D.b、c线速度大小相等,且小于a的线速度 7.将地球看成质量均匀的球体,假如地球自转速度增大,下列说法中正确的是() A.放在赤道地面上的物体所受的万有引力增大 B.放在两极地面上的物体所受的重力增大 C.放在赤道地面上的物体随地球自转所需的向心力增大 D.放在赤道地面上的物体所受的重力增大 8.太阳系中有一颗绕太阳公转的行星,距太阳的平均距离是地球到太阳平均距离的4倍,则该行星绕太阳公转的周期是() A.2年 B.4年 C.8年 D.10年 9.若将八大行星绕太阳运行的轨迹可粗略地认为是圆,各星球半径和轨道半径如下表所示:从表中所列数据可以估算出海王星的公转周期最接近( )

第六章《万有引力与航天》测试题(含详细解答)

《万有引力与航天》测试题 一、选择题(每小题4分,全对得4分,部分对的得2分,有错的得0分,共48分。) 1.第一次通过实验比较准确的测出引力常量的科学家是( ) A . 牛顿 B . 伽利略 C .胡克 D . 卡文迪许 2.如图1所示a 、b 、c 是在地球大气层外圆形轨道上运动的3颗卫星,下列说法正确的是( ) A .b 、c 的线速度大小相等,且大于a 的线速度; B .b 、c 的向心加速度大小相等,且大于a 的向心加速度; C .c 加速可追上同一轨道上的b ,b 减速可等候同一轨道上的c ; D .a 卫星由于某种原因,轨道半径变小,其线速度将变大 3.宇宙飞船为了要与“和平号“轨道空间站对接,应该:( ) A.在离地球较低的轨道上加速 B.在离地球较高的轨道上加速 C.在与空间站同一高度轨道上加速 D.不论什么轨道,只要加速就行 4、 发射地球同步卫星时,先将卫星发射至近地圆轨道1,然后经点火, 使其沿椭圆轨道2运行,最后再次点火,将卫星送入同步圆轨道3,轨道1、2相切于Q 点,轨道2、3相切于P 点,如图2所示。则在卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时,以下说法正确的是:( ) 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 点时的速度大于它在轨道2 上经过Q 点时的速度。 D .卫星在轨道2上经过P 点时的加速度等于它在轨道3 b a c 地球 图1

上经过P 点时的加速度 5、 宇航员在围绕地球做匀速圆周运动的空间站中会处于完全失重中,下列说法中正确的是 ( ) A.宇航员仍受重力的作用 B.宇航员受力平衡 C.宇航员受的重力正好充当向心力 D.宇航员不受任何作用力 6.某星球质量为地球质量的9倍,半径为地球半径的一半,在该星球表面从某一高度以10 m/s 的初 速度竖直向上抛出一物体,从抛出到落回原地需要的时间为(g 地=10 m/s 2 )( ) A .1s B . 91s C .18 1 s D . 36 1 s 7.假如地球自转速度增大,关于物体重力,下列说法正确的是( ) A 放在赤道地面上的万有引力不变 B 放在两极地面上的物体的重力不变 C 放在赤道地面上物体的重力减小 D 放在两极地面上的物体的重力增加 8、设想把质量为m 的物体放在地球的中心,地球的质量为M ,半径为R ,则物体与地球间的万有引力是( ) A.零 B.无穷大 C.2 GMm R D.无法确定 9.对于质量m 1和质量为m 2的两个物体间的万有引力的表达式12 2m m F G r ,下列说法正确的是 ( ) 和m 2所受引力总是大小相等的 B 当两物体间的距离r 趋于零时,万有引力无穷大 C.当有第三个物体m 3放入之间时,m 1和m 2间的万有引力将增大 D.所受的引力性质可能相同,也可能不同 10地球赤道上的重力加速度为g ,物体在赤道上随地球自转的向心加速度为a ,要使赤道上物 体“飘” 起来,则地球的转速应为原来转速的( )

万有引力与航天专题

A O 万有引力与航天专题 1.【2012?湖北联考】经长期观测发现,A 行星运行的轨道半径为R 0,周期为T 0但其实际运行的轨道与圆轨道总存在一些偏离,且周期性地每隔t 0时间发生一次最大的偏离.如图所示,天文学家认为形成这种现象的原因可能是A 行星外侧 还存在着一颗未知行星B ,则行星B 运动轨道半径为( ) A . 030002()2t R R t T =- B .T t t R R -=000 C . 3 20000)(T t t R R -= D .300200T t t R R -= 2.【2012?北京朝阳期末】2011年12月美国宇航局发布声明宣布,通过开普勒太空望远镜项目证实了太阳系外第一颗类似地球的、可适合居住的行星。该行星被命名为开普勒一22b (Kepler 一22b ),距离地球约600光年之遥,体积是地球的2.4倍。这是目前被证实的从大小和运行轨道来说最接近地球形态的行星,它每290天环绕着一颗类似于太阳的恒星运转一圈。若行星开普勒一22b 绕恒星做圆运动的轨道半径可测量,万有引力常量G 已知。根据以上数据可以估算的物理量有( ) A.行星的质量 B .行星的密度 C .恒星的质量 D .恒星的密度 3.【2012?江西联考】如右图,三个质点a 、b 、c 质量分别为m 1、m 2、 M (M>> m 1,M>> m 2)。在c 的万有引力作用下,a 、b 在同一平面内 绕c 沿逆时针方向做匀速圆周运动,它们的周期之比T a ∶T b =1∶k ; 从图示位置开始,在b 运动一周的过程中,则 ( ) A .a 、b 距离最近的次数为k 次 B .a 、b 距离最近的次数为k+1次 C .a 、b 、c 共线的次数为2k D .a 、b 、c 共线的次数为2k-2 4.【2012?安徽期末】2011年8月26日消息,英国曼彻斯特大学的天文学家认为,他们已经在银河系里发现一颗由曾经的庞大恒星转变而成的体积较小的行星,这颗行星完全

第六章万有引力与航天

第六章 万有引力与航天 要点解读 一、天体的运动规律 从运动学的角度来看,开普勒行星运动定律提示了天体的运动规律,回答了天体做什么样的运动。 1.开普勒第一定律说明了不同行星的运动轨迹都是椭圆,太阳在不同行星椭圆轨道的一个焦点上; 2.开普勒第二定律表明:由于行星与太阳的连线在相等的时间内扫过相等的面积,所以行星在绕太阳公转过程中离太阳越近速率就越大,离太阳越远速率就越小。所以行星在近日点的速率最大,在远日点的速率最小; 3.开普勒第三定律告诉我们:所有行星的轨道的半长轴的三次方跟它的公转周期的二次方的比值都相等,比值是一个与行星无关的常量,仅与中心天体——太阳的质量有关。 开普勒行星运动定律同样适用于其他星体围绕中心天体的运动(如卫星围绕地球的运动),比值仅与该中心天体质量有关。 二、天体运动与万有引力的关系 从动力学的角度来看,星体所受中心天体的万有引力是星体作椭圆轨道运动或圆周运动的原因。若将星体的椭圆轨道运动简化为圆周运动,则可得如下规律: 1.加速度与轨道半径的关系:由2 Mm G ma r =得2r GM a = 2.线速度与轨道半径的关系:由22Mm v G m r r =得v = 3.角速度与轨道半径的关系:由22Mm G m r r ω=得ω=4.周期与轨道半径的关系:由r T m r Mm G 222?? ? ??=π得GM r T 32π= 若星体在中心天体表面附近做圆周运动,上述公式中的轨道半径r 为中心天体的半径R 。

学法指导 一、求解星体绕中心天体运动问题的基本思路 1.万有引力提供向心力; 2.星体在中心天体表面附近时,万有引力看成与重力相等。 二、几种问题类型 1.重力加速度的计算 由2 ()Mm G mg R h =+得2()GM g R h =+ 式中R 为中心天体的半径,h 为物体距中心天体表面的高度。 2.中心天体质量的计算 (1)由r T m r GMm 22)2(π=得23 24GT r M π= (2)由mg R Mm G =2得2gR M G = 式(2)说明了物体在中心天体表面或表面附近时,物体所受重力近似等于万有引力。该式给出了中心天体质量、半径及其表面附近的重力加速度之间的关系,是一个非常有用的代换式。 3.第一宇宙速度的计算 第一宇宙速度是星体在中心天体附近做匀速圆周运动的速度,是最大的环绕速度。 (1)由2R Mm G =R v m 21得1v = (2)由mg =R v m 2 1得1v =4.中心天体密度的计算

必修二万有引力与航天知识点总结完整版

第六章 万有引力与航天知识点总结 一. 万有引力定律: ①内容:自然界中任何两个物体都相互吸引,引力的大小与物体的质量1m 和2m 的乘积成正比,与它们 之间的距离r 的二次方成反比。即: 其中G =6. 67×10 -11N ·m 2/kg 2 ②适用条件 (Ⅰ)可看成质点的两物体间,r 为两个物体质心间的距离。 (Ⅱ)质量分布均匀的两球体间,r 为两个球体球心间的距离。 ③运用 (1)万有引力与重力的关系: 重力是万有引力的一个分力,一般情况下,可认为重力和万有引力相等。 忽略地球自转可得: 二. 重力和地球的万有引力: 1. 地球对其表面物体的万有引力产生两个效果: (1)物体随地球自转的向心力: F 向=m ·R ·(2π/T 0)2,很小。 由于纬度的变化,物体做圆周运动的向心力不断变化,因而表面物体的重力随纬度的变化而变化。 (2)重力约等于万有引力: 在赤道处:mg F F +=向,所以R m R GMm F F mg 22自向ω-=-=,因地球自转角速度很小,R m R GMm 22自ω>>,所以2R GM g =。 地球表面的物体所受到的向心力f 的大小不超过重力的0. 35%,因此在计算中可以认为万有引力和重 力大小相等。如果有些星球的自转角速度非常大,那么万有引力的向心力分力就会很大,重力就相应减小, 就不能再认为重力等于万有引力了。如果星球自转速度相当大,使得在它赤道上的物体所受的万有引力恰 好等于该物体随星球自转所需要的向心力,那么这个星球就处于自行崩溃的临界状态了。 在地球的同一纬度处,g 随物体离地面高度的增大而减小,即21)('h R Gm g += 。 强调:g =G ·M /R 2不仅适用于地球表面,还适用于其它星球表面。 2. 绕地球运动的物体所受地球的万有引力充当圆周运动的向心力,万有引力、向心力、重力三力合一。 即:G ·M ·m /R 2=m ·a 向=mg ∴g =a 向=G ·M /R 2 122 m m F G r =2 R Mm G mg =

万有引力与航天公式总结

万有引力与航天重点规律方法总结 一.三种模型 1.匀速圆周运动模型: 无论是自然天体(如地球、月亮)还是人造天体(如宇宙飞船、人造卫星)都可看成质点,围绕中心天体(视为静止)做匀速圆周运动 2.双星模型: 将两颗彼此距离较近的恒星称为双星,它们相互之间的万有引力提供各自转动的向心力。 3.“天体相遇”模型: 两天体相遇,实际上是指两天体相距最近。 二. 1.2/三.1. 2.1687⑴.⑵.⑶.a. b.当0→r 时,物体不可以处理为质点,不能直接用万有引力公式计算 c.认为当0→r 时,引力∞→F 的说法是错误的 ⑷.对定律的理解 a.普遍性:任何客观存在的有质量的物体之间都有这种相互作用力 b.相互性:两个物体间的万有引力是一对作用力和反作用力,而不是平衡力关系。 c.宏观性:在通常情况下万有引力非常小,只有在质量巨大的星球间或天体与天体附近的物 体间,它的存在才有实际意义. d.特殊性:两个物体间的万有引力只与它们本身的质量、它们之间的距离有关.与所在空间的 性质无关,与周期及有无其它物体无关. (5)引力常数G :

①大小:kg m N G 2 2 11 /67.610??=-,由英国科学家卡文迪许利用扭秤测出 ②意义: 表示两个质量均为1kg 的物体,相距为1米时相互作用力为:N 1011 67.6-? 四.两条思路:即解决天体运动的两种方法 1.万有引力提供向心力:F F 向万=即:22 2224n Mm v F G ma m mr mr r r T πω=====万 2.天体对其表面物体的万有引力近似等于重力: 即2gR GM =(又叫黄金代换式) 注意: 五.1.a.c. 2.3.方法一:根据转动天体运动周期T 、转动半径r 和中心天体半径R 计算: R T r G 3 2 33πρ= (适合于有行星、卫星转动的中心天体) 方法二:根据中心天体半径R 和其表面的重力加速度g 计算: GR g πρ43=(适合于没有行星、卫星转动的天体) 4.计算第一宇宙速度(环绕速度) 简单说就是卫星或行星贴近中心天体表面的飞行速度,这时卫星或行星高度忽略r ≈R 方法一。根据中心天体质量M 和半径R 计算: 由→=R m Mm G v R 2 2 R GM v =

高一物理必修二第六章万有引力与航天复习练习题及参考答案

高一物理 期中考复习三 (万有引力与航天) 第一类问题:涉及重力加速度“ g ”的问题 解题思路:天体表面重力(或“轨道重力”)等于万有引力,即2R Mm G mg = 【题型一】两星球表面重力加速度的比较 1、一个行星的质量是地球质量的8倍,半径是地球半径的4倍,这颗行星表面的重力加速度是地球表面重力加速度的多少倍? 【题型二】轨道重力加速度的计算 2、地球半径为R ,地球表面重力加速度为0g ,则离地高度为h 处的重力加速度是( ) A .202)(h R g h + B .2 2)(h R g R + C .20)(h R Rg + D .20)(h R hg + 【题型三】求天体的质量或密度 3、已知下面的数据,可以求出地球质量M 的是(引力常数G 是已知的)( ) A .月球绕地球运行的周期T 1及月球到地球中心的距离R 1 B .地球“同步卫星”离地面的高度 C .地球绕太阳运行的周期T 2及地球到太阳中心的距离R 2 D .人造地球卫星在地面附近的运行速度v 和运行周期T 3 4、若有一艘宇宙飞船在某一行星表面做匀速圆周运动,已知其周期为T ,引力常量为G ,那么该行星的平均密度为( ) A.π32GT B.24GT π C.π 42 GT D.23GT π 第二类问题:圆周运动类的问题 解题思路:万有引力提供向心力,即r m r v m r T m ma r Mm G n 22 2224ωπ==== 【题型四】求天体的质量或密度 5、继神秘的火星之后,今年土星也成了全世界关注的焦点!经过近7年35.2亿公里在太空中风尘仆仆的穿行后,美航空航天局和欧航空航天局合作研究的“卡西尼”号土星探测器于美国东部时间6月30日(北京时间7月1日)抵达预定轨道,开始“拜访”土星及其卫星家族。这是人类首次针对土星及其31颗已知卫星最详尽的探测!若“卡西尼”号探测器进入绕土星飞行的轨道,在半径为R 的土星上空离土星表面高h 的圆形轨道上绕土星飞行,环绕n 周飞行时间为t 。试计算土星的质量和平均密度。 【题型五】求人造卫星的运动参量(线速度、角速度、周期等)问题 6、两颗人造卫星A 、B 绕地球做圆周运动,周期之比为8:1:=B A T T ,则轨道半径之比和运动速率之比分别为( ) A. 2:1:,1:4:==B A B A v v R R B. 1:2:,1:4:==B A B A v v R R C. 1:2:,4:1:==B A B A v v R R D. 2:1:,4:1:==B A B A v v R R

万有引力与航天重点知识归纳

r G Mm = mg ? g = GM ;在地球表面高度为 h 处: (R + h) 2 (R + h) 2 Mm = mg ? g = = 4 , r 万有引力与航天重点知识归纳 考点一、万有引力定律 1. 开普勒行星运动定律 (1)第一定律(轨道定律):所有的行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆,太阳处在椭圆的一个焦点上。 (2)第二定律(面积定律):对任意一个行星来说,它与太阳的连线在相等时间内扫过相等的面积。 (3)第三定律(周期定律):所有行星的轨道的半长轴的三次方跟公转周期二次方的比值都相等,表达式: a 3 T 2 = k 。其中 k 值与太阳有关,与行星无关。 (4)推广:开普勒行星运动定律不仅适用于行星绕太阳运转,也适用于卫星绕地球运转。当卫星绕行星 旋转时, a 3 = k ,但 k 值不同,k 与行星有关,与卫星无关。 T 2 (5) 中学阶段对天体运动的处理办法: ①把椭圆近似为园,太阳在圆心;②认为 v 与ω不变,行星或卫星做匀速圆周运动; ③ R 3 = k ,R ——轨道半径。 T 2 2. 万有引力定律 (1)内容:万有引力 F 与 m 1m 2 成正比,与 r 2 成反比。 (2)公式: F = G m 1m 2 ,G 叫万有引力常量, G = 6.67 ? 10 -11 N ? m 2 / k g 2 。 r 2 (3)适用条件:①严格条件为两个质点;②两个质量分布均匀的球体, 指两球心间的距离;③一个均匀 球体和球外一个质点,r 指质点到球心间的距离。 (4)两个物体间的万有引力也遵循牛顿第三定律。 3. 万有引力与重力的关系 (1) 万有引力对物体的作用效果可以等效为两个力的作用,一个是重力 mg ,另一个是 物体随地球自转所需的向心力 f ,如图所示。 ①在赤道上,F=F 向+mg ,即 mg = G Mm - m ω 2 R ; R 2 ②在两极 F=mg ,即 G Mm = mg ;故纬度越大,重力加速度越大。 R 2 由以上分析可知,重力和重力加速度都随纬度的增加而增大。 (2) 物体受到的重力随地面高度的变化而变化。在地面上, R 2 R 2 G GM ,所以 g = h h h R 2 (R + h ) 2 g ,随高度的增加,重力加速度减小。 考点二、万有引力定律的应用——求天体质量及密度 1.T 、r 法: G Mm = mr ( 2π ) 2 ? M = 4π 2 r 3 ,再根据 r 2 T GT 2 V M 3πr 3 π R 3 , ρ = ? ρ = 3 V GT 2 R 3 ,当 r=R 时, ρ = 3π GT 2 2.g 、R 法: G Mm = mg ? M = R 2 g R 2 G ,再根据V = 4 πR 3 ρ = M ? ρ = 3g 3 V 4πGR 3.v 、r 法: G Mm = m v 2 ? M = rv 2 r 2 r G 4.v 、T 法: G Mm = m v 2 , G Mm = mr ( 2π ) 2 ? M = v 3 T r 2 r 2 T 2πG

《万有引力与航天》测试题含答案#(精选.)

《万有引力与航天》单元测试 一、选择题 1.星球上的物体脱离星球引力所需的最小速度称为第二宇宙速度.星球的第二宇宙速度v 2与第一宇宙速度v 1的关系是v 2=2v 1.已知某星球的半径为r ,它表面的重力加速度为地球表面重力加速度g 的1 6 ,不计其他星球的影响,则该星球的第二宇宙速度为( ) A.gr B. 16 gr C. 1 3 gr D.13 gr 解析:由题意v 1=g ′r = 1 6 gr ,v 2=2v 1= 1 3 gr ,所以C 项正确. 答案:C 2.太阳能电池是将太阳能通过特殊的半导体材料转化为电能,在能量的利用中,它有许多优点,但也存在着一些问题,如受到季节、昼夜及阴晴等气象条件的限制.为了能尽量地解决这些问题,可设想把太阳能电池送到太空中并通过一定的方式让地面上的固定接收站接收电能,太阳能电池应该置于( ) A .地球的同步卫星轨道 B .地球大气层上的任一处 C .地球与月亮的引力平衡点 D .地球与太阳的引力平衡点 解析:太阳能电池必须与地面固定接收站相对静止,即与地球的自转同步.

答案:A 3.据媒体报道,“嫦娥”一号卫星绕月工作轨道为圆轨道,轨道距月球表面的高度为200 km ,运行周期为127 min.若要求出月球的质量,除上述信息外,只需要再知道( ) A .引力常量和“嫦娥”一号的质量 B .引力常量和月球对“嫦娥”一号的吸引力 C .引力常量和地球表面的重力加速度 D .引力常量和月球表面的重力加速度 解析:对“嫦娥”一号有G Mm (R +h )2=m 4π2T 2(R +h ),月球的质量为M =4π2GT 2(R +h )3,在月球表面g =G M R 2,故选项D 正确. 答案:D 4.地球同步卫星轨道半径约为地球半径的6.6倍,设月球密度与地球相同,则绕月心在月球表面附近做圆周运动的探月探测器的运行周期约为( ) A .1 h B .1.4 h C .6.6 h D .24 h 解析:因月球密度与地球的相同,根据ρ=m 4πR 3/3,可知m 地m 月=R 3 地R 3月 , 又Gm 地m 卫(6.6R 地)2 =m 卫4π2T 2卫×6.6R 地,Gm 月m 探R 2月=m 探4π2 T 2探R 月,已知T 卫=24 h ,联立解得T 探≈1.4 h. 答案:B 5.

万有引力与航天专题复习

万有引力与航天专题 复习 Revised on November 25, 2020

万有引力与航天 一、行星的运动 1、 开普勒行星运动三大定律 ①第一定律(轨道定律):所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆,太阳处在椭圆的一个焦点上。 ②第二定律(面积定律):对任意一个行星来说,它与太阳的连线在相等的时间内扫过相等的面积。 推论:近日点速度比较快,远日点速度比较慢。 ③第三定律(周期定律):所有行星的轨道的半长轴的三次方跟它的公转周期的二次方的比 值都相等。 即: 其中k 是只与中心天体的质量有关,与做圆周运动的天体的质量无关。 推广:对围绕同一中心天体运动的行星或卫星,上式均成立。K 取决于中心天体的质量 例1. 据报道,美国计划从2021年开始每年送15 000名游客上太空旅游.如图所示,当航天器围绕地球沿椭圆轨道运行时,在近地点A 的速率 (填“大于”“小于”或“等于”)在远地点B 的速率。 例2、宇宙飞船进入一个围绕太阳运动的近乎圆形的轨道上运动,如果轨道半径是地球轨道半径的9倍,那么宇宙飞船绕太阳运行的周期是( ) 年 年 年 年 二、万有引力定律 1、万有引力定律的建立 ①太阳与行星间引力公式 ②卡文迪许的扭秤实验——测定引力常量G 2、万有引力定律 ①内容:自然界中任何两个物体都相互吸引,引力的大小与物体的质量1m 和2m 的乘积成正 比,与它们之间的距离r 的二次方成反比。即: ②适用条件 (Ⅰ)可看成质点的两物体间,r 为两个物体质心间的距离。 (Ⅱ)质量分布均匀的两球体间,r 为两个球体球心间的距离。 ③运用 (1)万有引力与重力的关系: 重力是万有引力的一个分力,一般情况下,可认为重力和万有引力相等。 忽略地球自转可得: 例3.设地球的质量为M ,赤道半径R ,自转周期T ,则地球赤道上质量为m 的物体所受重力的大小为(式中G 为万有引力恒量) (2)计算重力加速度 3 2a k T =2Mm F G r =1122 6.6710/G N m kg -=??12 2m m F G r =2R Mm G mg =

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