高中物理必修2飞向太空-备课资料.doc

用心爱心专心飞向太空-备课资料学习目标1.了解万有引力定律在天文学上的重要应用.2.会用万有引力定律计算天体的质量.3.通过“计算天体质量”引导学生掌握综合运用万有引力定律和圆周运动等知识分析具体问题的基本方法.4.了解人造卫星的有关知识正确理解人造卫星做圆周运动时各物理量之间的关系.5.知道三个宇宙速度的含义会推导第一宇宙速度.学习提示本节重点讲述了万有引力定律在天文学上的重要应用即天体质量的计算又从万有引力提供向心力为出发点讲述了人造卫星的发射原理推导了第一宇宙速度.重点是掌握万有引力定律应用中的一些基本思想和方法注意不要把运行速度和发射速度混为一谈注意解题过程中的一些隐含物理量.互动学习1.太阳的质量为m1地球的质量为m2它们之间的距离是r则它们之间的万有引力是：_______.答案：G2.若地球的质量为m1绕太阳的运动可看作匀速圆周运动其轨道半径为r运行周期为T则需要的向心力为_______.答案：m1r3.重力加速度g的方向总是_______在地球上不同的地方g的大小是_______.答案：竖直向下的不同的知识链接本节学习中主要应用到万有引力定律和圆周运动的知识来解决天体中的许多问题.教材习题探讨第二节练习1.已知T=365天=365×24×3600s=3.16×107sr=1.5×1011m地球绕太阳做匀速圆周运动其向心力是太阳对它的引力提供的.设：太阳质量M地球质量m由G=mr（）2得M==kg=2.0×1030kg.2.所谓地球同步卫星是和地球自转周期相同T=86400s从而使同步卫星高度h一定由F引=F向得G=m（R+h）（）2解得h=3.6×104km如图3－2－1所示一颗同步卫星能覆盖赤道的范围是由图可知：cosα====0.151（α=81.3°）所以弧所对应的圆心角2α=162.6°因此要覆盖整个赤道至少需要的卫星数n==2.2取n=3个实际应用时是将三颗同步卫星对称地分布在赤道上方.图3－2－13.在地面附近重力等于万有引力此力提供卫星做匀速圆周运动的向心力（地球半径R、地面重力加速度g已知）由mg=m得v==km/s=7.90km/s这就是所求的环绕速度.第三节练习1.当以第一宇宙速度发射人造卫星它将围绕地球表面做匀速圆周运动若它发射的速度介于第一宇宙速度与第二宇宙速度之间则它将围绕地球做椭圆运动.有时为了让卫星绕地球做圆周运动而要在卫星发射后做椭圆运动的过程中二次点火以达到预定的圆轨道.我们以如图3－2－2所示为例来简单介绍一下：设第一宇宙速度为v则由第一宇宙速度的推导过程有G=m.在地球表面若卫星发射的速度v1＞v则此时卫星受地球的万有引力G应小于卫星以v1绕地表做圆周运动所需的向心力m故从此时开始卫星将做离心运动.在卫星离地心越来越远的同时其速率也要不断减小在其椭圆轨道的远地点处（离地心距离为R′）速率为v2（v2＜v1）此时由于G＞m卫星从此时起做向心运动同时速率增大从而绕地球沿图示的椭圆轨道做周期性运动.如果在卫星经过远地点处开动发动机使其速率突然增加到v3且G=m则卫星就可以速率v3、以R′为半径绕地球做匀速圆周运动同样的道理在卫星回收时选择恰当的时机使做圆周运动的卫星速率突然减小卫星将会沿椭圆轨道做向心运动让该椭圆与预定回收地点相切或相交就能成功地回收卫星.图3－2－2通过以上讨论可知：卫星在某一圆轨道上做匀速圆周运动其速率为一确定值若卫星突然加速（或减速）则卫星会做离心（或向心）运动而离开原来的轨道.有人提过这样的问题；飞船看见前方不远处有一和它在同一轨道上同向做圆周运动的卫星此时若仅使它速度增大能否追上卫星？若飞船加速则它会离开原来的轨道所以不能追上它只有在较低的轨道上加速或在较高的轨道上减速才有可能追上卫星.2.发射火箭的原理是利用反冲原理发射火箭时尾管中喷射出的高速气体有动量根据动量守恒定律火箭就获得向上的动量从而向上飞去.3.随着飞行速度的增加空气阻力会变大万有引力变小火箭的质量变小假设火箭的反冲力不变则加速度会逐渐变小.习题三1.已知R火=3.43×106mρ=3.95×103kg/m3则火星的体积V=πR3火星的质量M=ρ·V=πR3ρ=×3.14×（3.43×106）3×3.95×103kg=6.67×1023kg由mg=G得g==m/s2=3.8m/s2由mg=m得v==m/s=3.6×103m/s.2.已知T1=28天设R1为月球原来的轨道半径则R2=R1+10%R1=1.1R1由开普勒三定律得T2=T1·=28×1.15（天）=32.3天即现在“阴历”中的第一天将变为32.3天.3.v地=7.9km/sm行=8M地r行=2R地由G=m得环绕速度v=则=所以v行=2v地=2×7.9km/s=15.8km/s.4.设星球上的重力加速度为