新课标人教版教材物理专题六 万有引力与航天.doc

新课标人教版物理专题六万有引力与航天

课时安排：2课时
教学目标：1．深入理解万有引力定律，理解第一宇宙速度的确切含义
2．能够应用万有引力定律和牛顿第二定律解决天体运动问题
本讲重点：应用万有引力定律和牛顿第二定律解决天体运动问题
本讲难点：1．第一宇宙速度
2．万有引力定律的应用

一、考纲解读
本专题涉及的考点有：万有引力定律及其应用；环绕速度；第二宇宙速度和第三宇宙速度。
《大纲》对万有引力定律及其应用，环绕速度等考点均为Ⅱ类要求，对第二宇宙速度和第三宇宙速度等考点为Ⅰ类要求。
天体的运动问题是历年高考的重点和难点，是万有引力定律应用的具体表现。突破这一难点的关键就是要知道几乎所有万有引力问题都与匀速圆周运动的知识相联系。基本关系式有及（地球表面附近），再结合圆周运动的几个基本物理量v、ω、T关系及其关系式来讨论，即可顺利解题。
二、命题趋势
万有引力定律与天体问题是历年高考必考内容。考查形式多以选择、计算等题型出现。本部分内容常以天体问题（如双星、黑洞、恒星的演化等）或人类航天（如卫星发射、空间站、探测器登陆等）为背景，考查向心力、万有引力、圆周运动等知识。这类以天体运动为背景的题目，是近几年高考命题的热点，特别是近年来我们国家在航天方面的迅猛发展，更会出现各类天体运动方面的题。
三、例题精析
【例1】设同步卫星离地心的距离为r，运行速率为v1，加速度为a1；地球赤道上的物体随地球自转的向心加速度为a2，第一宇宙速度为v2，地球的半径为R，则下列比值正确的是（）
A．=B．=C．=D．=
解析同步卫星与地球自转的角速度相同，由向心加速度公式，可得=，B选项正确；第一宇宙速度是在地球表面附近做匀速圆周运动的卫星具有的速度，计算方法和同步卫星的运行速率计算方法相同，即万有引力提供向心力，由牛顿第二定律得，，解得=。
答案B
题后反思：本题考查对天体运动中公式的理解和应用。正确理解第一宇宙速度的概念，抓住近地卫星和同步卫星的特点，能够区别轨道半径和星球半径、离地高度等概念是解题的关键。本题易错选C答案，主要是误认为。赤道上的物体随地球自转的向心加速度是由万有引力和地面的支持力共同提供的。
【例2】我国预计在2007年4月份发射一颗绕月运行的探月卫星“嫦娥1号”。设想嫦娥号登月飞船贴近月球表面做匀速圆周运动，测得其周期为T。飞船在月球上着陆后，自动机器人用测力计测得质量为m的仪器重力为P。已知引力常量为G，由以上数据可以求出的量有（）
A．月球的半径B．月球的质量
C．月球表面的重力加速度D．月球绕地球做匀速圆周运动的向心加速度
解析：万有引力提供飞船做圆周运动的向心力，设飞船质量为mˊ，有，又月球表面万有引力等于重力，，两式联立可以求出月球的半径R、质量M、月球表面的重力加速度；故A、B、C都正确。
答案：ABC。
题后反思：测试考点“万有引力定律”。本题以天体问题为背景，考查向心力、万有引力、圆周运动等知识。这类以天体运动为背景的题目，是近几年高考命题的热点，特别是近年来我们国家在航天方面的迅猛发展，更会出现各类天体运动方面的题。
【例3】晴天晚上，人能看到卫星的条件是卫星被太阳照着且在人的视野之内。一个可看成漫反射体的人造地球卫星的圆形轨道与赤道共面，卫星自西向东运动。春分期间太阳垂直射向赤道，赤道上某处的人在日落后8小时时在西边的地平线附近恰能看到它，之后极快地变暗而看不到了。已知地球的半径R=6.4×106m。试估算卫星轨道离地面的高度。2
解析：先画出从北极沿地轴下视的地球俯视图（如图所示）。
设卫星绕地球做匀速圆周运动的轨道半径为r（即卫星到地心的距离），在Q点日落后8小时时能看到卫星反射的太阳光，日落8小时Q点转过θ角，由题意得
，
则求出卫星轨道离地面的高度
m
题后反思：有些问题中物体的运动过程尽管比较单一，但若这个物体的运动是相对于另一个运动着的参考系而言，特别当这两个物体又是天体或微观粒子时，学生由于缺乏空间想象能力，就难以将其运动的情景定格下来，进而选取所需时刻的运动图景来解题。每当这时，学生常常望题兴叹，一筹莫展。
【例4】某同学在物理学习中记录了一些与地球、月球有关的数据资料如下：
地球半径R=6400km，月球半径r=1740km，地球表面重力加速度g0=9.80m/s2，
月球表面重力加速度g′=1.56m/s2，月球绕地球转动的线速度v=1km/s，
月球绕地球转动一周时间为T=27.3天 光速c=2.998×105km/s，
1969年8月1日第一次用激光器向位于天顶的月球表面发射出激光光束，经过约t=2.565s接收到从月球表面反射回来的激光信号，利用上述数据可算出地球表面与月球表面之间的距离s，则下列方法正确的是 （）
A．利用激光束的反射来算
B．利用月球运动的线速度、