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高中物理人教版 (2019)必修 第二册第七章 万有引力与宇宙航行综合与测试教学ppt课件
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这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第二册第七章 万有引力与宇宙航行综合与测试教学ppt课件，共37页。PPT课件主要包含了宇宙航行，向心加速度，动力学规律，卫星变轨的实质，答案D，答案80∶1等内容，欢迎下载使用。
本章知识可分为三个组成部分。第一部分:行星的运动和万有引力定律;第二部分:万有引力理论的成就;第三部分:宇宙航行。一、行星的运动和万有引力定律
二、万有引力理论的成就
一、近地卫星、赤道上物体及同步卫星的比较1.轨道半径近地卫星与赤道上物体的轨道半径相同,同步卫星的轨道半径较大,即r同>r近=r物。2.运行周期同步卫星与赤道上物体的运行周期相同。由T=2π 可知,近地卫星的周期要小于同步卫星的周期,即T近
解析:根据题意,研究对象三者质量相等,轨道半径r1=r2
【变式训练1】 有a、b、c、d四颗卫星,a还未发射,在地球赤道上随地球一起转动,b在地面附近近地轨道上正常运动,c是地球同步卫星,d是高空探测卫星,设地球自转周期为24 h,所有卫星的运动均视为匀速圆周运动,各卫星排列位置如图所示,则下列关于卫星的说法正确的是( )A.a的向心加速度等于重力加速度gB.c在4 h内转过的圆心角为C.b在相同的时间内转过的弧长最长D.d的运动周期可能是23 h
解析:在地球赤道表面随地球自转的卫星,其所受万有引力提供重力和其做圆周运动的向心力,a的向心加速度小于重力加速度g,选项A错误;由于c为同步卫星,所以c的周期为24 h,因此4 h内转过的圆心角为θ= ,选项B错误;由四颗卫星的运行情况可知,b运动的线速度是最大的,所以其在相同的时间内转过的弧长最长,选项C正确;d运行的周期比c要长,所以其周期应大于24 h,选项D错误。答案:C
二、卫星运行参量的分析1.四个分析“四个分析”是指分析人造卫星的加速度、线速度、角速度和周期与轨道半径的关系。
2.两种卫星(1)近地卫星:卫星轨道半径约为地球半径,受到的万有引力
(2)地球同步卫星:相对于地面静止,它的周期等于地球自转周期,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。
【例题2】 在距地面不同高度的太空中有许多飞行器。其中天舟一号距地面高度约为393 km,哈勃望远镜距地面高度约为612 km,张衡一号距地面高度约为500 km。若它们均可视为绕地球做圆周运动,则( )A.天舟一号的加速度大于张衡一号的加速度B.哈勃望远镜的线速度大于张衡一号的线速度C.天舟一号的周期大于哈勃望远镜的周期D.哈勃望远镜的角速度大于张衡一号的角速度
勃望远镜的角速度小于张衡一号的角速度,故D错误。答案:A模型建构无论是自然天体(如地球)还是人造天体(如宇宙飞船)都可以看作质点,人造天体围绕中心天体(视为静止)做匀速圆周运动。
【变式训练2】 下图是北斗导航系统中部分卫星的轨道示意图,已知a、b、c三颗卫星均做圆周运动,a是地球同步卫星,a和b的轨道半径相同,且均为c的k(k>1)倍,已知地球自转周期为T。则( )A.卫星b相对于地面静止B.卫星a的向心加速度是卫星c的向心加速度的k2倍
解析:卫星b不在赤道上空运行,其轨道平面与赤道平面有一定的倾角,不可能相对于地面静止,A选项错误;万有引力提供
三、卫星变轨问题1.卫星变轨的原因(1)由于对接引起的变轨。(2)由于空气阻力引起的变轨。
【例题3】 新型运载火箭将重达8.4 t的飞船向上送至近地轨道1,如图所示。飞船与火箭分离后,在轨道1上以速度7.2 km/s绕地球做匀速圆周运动,则( )A.飞船在轨道3上的速率大于在轨道1上的速率B.飞船在轨道3上的角速度大于在轨道1上的角速度C.飞船在轨道1上经过Q点的加速度大于它在轨道2上经过Q点的加速度D.飞船在轨道2上经过P点的加速度等于它在轨道3上经过P点的加速度
解析:研究飞船绕地球做匀速圆周运动,根据万有引力提供
科学思维1.变轨问题综合性较强,其实质是做匀速圆周运动的卫星受到某种外力或其他原因而突然加速或减速,做“离心”或“近心”运动,轨迹偏离原来的运行轨道。2.比较变轨前后在不同轨道上的同一点的加速度大小,通过受力分析依据牛顿第二定律确定。由于都只受万有引力,故加速度相同。3.比较变轨前后在不同轨道上的同一点的速度大小,可以结合离心运动和向心运动条件分析。
【变式训练3】 (多选)如图所示,一飞行器围绕地球沿半径为r的圆轨道1运动。经P点时,启动推进器短时间向前喷气使其变轨,2、3是与轨道1相切于P点的可能轨道。则飞行器( )A.变轨后将沿轨道3运动B.相对于变轨前运行周期变长C.变轨前、后在两轨道上经P点的速度大小相等D.变轨前、后在两轨道上经P点的加速度大小相等
解析:推进器短时间向前喷气,飞行器将被减速,故选项C错
沿较低轨道3运动,故选项A正确;根据开普勒第三定律可知,公转周期将变短,故选项B错误;由于变轨前、后,飞行器在两轨道上经P点时,所受万有引力不变,因此加速度大小不变,故选项D正确。答案:AD
四、双星问题1.双星问题特点下图为质量分别是m1和m2的两颗相距较近的恒星,它们间的距离为l。此双星运动的特点是:(1)两星的运行轨道为同心圆,圆心是它们之间连线上的某一点;(2)两星的向心力大小相等,由它们间的万有引力提供;(3)两星的运动周期、角速度相同;(4)两星的运动半径之和等于它们间的距离,即r1+r2=l。
【例题4】 宇宙中两颗相距较近的天体称为双星,它们以两者连线上的某一点为圆心做匀速圆周运动,而不至于因万有引力的作用吸引到一起。设二者的质量分别为m1和m2,二者相距为l,求:(1)双星的轨道半径之比;(2)双星的线速度之比。
解析:这两颗天体必须各以一定速率绕某一中心转动才不至于因万有引力作用而吸引到一起,所以两天体间距离l应保持不变,二者做圆周运动的角速度ω必须相同。如图所示,设二者轨迹圆的圆心为O,圆半径分别为R1和R2。由万有引力提供向心力有
答案:(1)m2∶m1 (2)m2∶m1
模型建构1.众多的天体中如果有两颗恒星,它们靠得较近,离其他天体较远,在万有引力作用下绕着它们连线上的某一点共同转动,这样的两颗恒星称为双星。2.解决双星问题的关键是明确其运动特点,两星做匀速圆周运动的向心力由彼此间的万有引力提供,可由牛顿运动定律分别对两星列方程求解。3.万有引力定律表达式中的r表示双星间的距离,而不是轨道半径(双星中两颗星的轨道半径一般不同)。
【变式训练4】 月球与地球质量之比约为1∶80,有研究者认为月球和地球可视为一个由两质点构成的双星系统,它们都围绕地月连线上某点O做匀速圆周运动。据此观点,月球与地球绕O点运动线速度大小之比约为多少?
解析:月球和地球绕O点做匀速圆周运动,它们之间的万有引力提供各自的向心力,则地球和月球的向心力相等。且月球和地球与O点始终共线,说明月球和地球有相同的角速度和周
本章知识可分为三个组成部分。第一部分:行星的运动和万有引力定律;第二部分:万有引力理论的成就;第三部分:宇宙航行。一、行星的运动和万有引力定律
二、万有引力理论的成就
一、近地卫星、赤道上物体及同步卫星的比较1.轨道半径近地卫星与赤道上物体的轨道半径相同,同步卫星的轨道半径较大,即r同>r近=r物。2.运行周期同步卫星与赤道上物体的运行周期相同。由T=2π 可知,近地卫星的周期要小于同步卫星的周期,即T近
解析:根据题意,研究对象三者质量相等,轨道半径r1=r2
【变式训练1】 有a、b、c、d四颗卫星,a还未发射,在地球赤道上随地球一起转动,b在地面附近近地轨道上正常运动,c是地球同步卫星,d是高空探测卫星,设地球自转周期为24 h,所有卫星的运动均视为匀速圆周运动,各卫星排列位置如图所示,则下列关于卫星的说法正确的是( )A.a的向心加速度等于重力加速度gB.c在4 h内转过的圆心角为C.b在相同的时间内转过的弧长最长D.d的运动周期可能是23 h
解析:在地球赤道表面随地球自转的卫星,其所受万有引力提供重力和其做圆周运动的向心力,a的向心加速度小于重力加速度g,选项A错误;由于c为同步卫星,所以c的周期为24 h,因此4 h内转过的圆心角为θ= ,选项B错误;由四颗卫星的运行情况可知,b运动的线速度是最大的,所以其在相同的时间内转过的弧长最长,选项C正确;d运行的周期比c要长,所以其周期应大于24 h,选项D错误。答案:C
二、卫星运行参量的分析1.四个分析“四个分析”是指分析人造卫星的加速度、线速度、角速度和周期与轨道半径的关系。
2.两种卫星(1)近地卫星:卫星轨道半径约为地球半径,受到的万有引力
(2)地球同步卫星:相对于地面静止,它的周期等于地球自转周期,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。
【例题2】 在距地面不同高度的太空中有许多飞行器。其中天舟一号距地面高度约为393 km,哈勃望远镜距地面高度约为612 km,张衡一号距地面高度约为500 km。若它们均可视为绕地球做圆周运动,则( )A.天舟一号的加速度大于张衡一号的加速度B.哈勃望远镜的线速度大于张衡一号的线速度C.天舟一号的周期大于哈勃望远镜的周期D.哈勃望远镜的角速度大于张衡一号的角速度
勃望远镜的角速度小于张衡一号的角速度,故D错误。答案:A模型建构无论是自然天体(如地球)还是人造天体(如宇宙飞船)都可以看作质点,人造天体围绕中心天体(视为静止)做匀速圆周运动。
【变式训练2】 下图是北斗导航系统中部分卫星的轨道示意图,已知a、b、c三颗卫星均做圆周运动,a是地球同步卫星,a和b的轨道半径相同,且均为c的k(k>1)倍,已知地球自转周期为T。则( )A.卫星b相对于地面静止B.卫星a的向心加速度是卫星c的向心加速度的k2倍
解析:卫星b不在赤道上空运行,其轨道平面与赤道平面有一定的倾角,不可能相对于地面静止,A选项错误;万有引力提供
三、卫星变轨问题1.卫星变轨的原因(1)由于对接引起的变轨。(2)由于空气阻力引起的变轨。
【例题3】 新型运载火箭将重达8.4 t的飞船向上送至近地轨道1,如图所示。飞船与火箭分离后,在轨道1上以速度7.2 km/s绕地球做匀速圆周运动,则( )A.飞船在轨道3上的速率大于在轨道1上的速率B.飞船在轨道3上的角速度大于在轨道1上的角速度C.飞船在轨道1上经过Q点的加速度大于它在轨道2上经过Q点的加速度D.飞船在轨道2上经过P点的加速度等于它在轨道3上经过P点的加速度
解析:研究飞船绕地球做匀速圆周运动,根据万有引力提供
科学思维1.变轨问题综合性较强,其实质是做匀速圆周运动的卫星受到某种外力或其他原因而突然加速或减速,做“离心”或“近心”运动,轨迹偏离原来的运行轨道。2.比较变轨前后在不同轨道上的同一点的加速度大小,通过受力分析依据牛顿第二定律确定。由于都只受万有引力,故加速度相同。3.比较变轨前后在不同轨道上的同一点的速度大小,可以结合离心运动和向心运动条件分析。
【变式训练3】 (多选)如图所示,一飞行器围绕地球沿半径为r的圆轨道1运动。经P点时,启动推进器短时间向前喷气使其变轨,2、3是与轨道1相切于P点的可能轨道。则飞行器( )A.变轨后将沿轨道3运动B.相对于变轨前运行周期变长C.变轨前、后在两轨道上经P点的速度大小相等D.变轨前、后在两轨道上经P点的加速度大小相等
解析:推进器短时间向前喷气,飞行器将被减速,故选项C错
沿较低轨道3运动,故选项A正确;根据开普勒第三定律可知,公转周期将变短,故选项B错误;由于变轨前、后,飞行器在两轨道上经P点时,所受万有引力不变,因此加速度大小不变,故选项D正确。答案:AD
四、双星问题1.双星问题特点下图为质量分别是m1和m2的两颗相距较近的恒星,它们间的距离为l。此双星运动的特点是:(1)两星的运行轨道为同心圆,圆心是它们之间连线上的某一点;(2)两星的向心力大小相等,由它们间的万有引力提供;(3)两星的运动周期、角速度相同;(4)两星的运动半径之和等于它们间的距离,即r1+r2=l。
【例题4】 宇宙中两颗相距较近的天体称为双星,它们以两者连线上的某一点为圆心做匀速圆周运动,而不至于因万有引力的作用吸引到一起。设二者的质量分别为m1和m2,二者相距为l,求:(1)双星的轨道半径之比;(2)双星的线速度之比。
解析:这两颗天体必须各以一定速率绕某一中心转动才不至于因万有引力作用而吸引到一起,所以两天体间距离l应保持不变,二者做圆周运动的角速度ω必须相同。如图所示,设二者轨迹圆的圆心为O,圆半径分别为R1和R2。由万有引力提供向心力有
答案:(1)m2∶m1 (2)m2∶m1
模型建构1.众多的天体中如果有两颗恒星,它们靠得较近,离其他天体较远,在万有引力作用下绕着它们连线上的某一点共同转动,这样的两颗恒星称为双星。2.解决双星问题的关键是明确其运动特点,两星做匀速圆周运动的向心力由彼此间的万有引力提供,可由牛顿运动定律分别对两星列方程求解。3.万有引力定律表达式中的r表示双星间的距离,而不是轨道半径(双星中两颗星的轨道半径一般不同)。
【变式训练4】 月球与地球质量之比约为1∶80,有研究者认为月球和地球可视为一个由两质点构成的双星系统,它们都围绕地月连线上某点O做匀速圆周运动。据此观点,月球与地球绕O点运动线速度大小之比约为多少?
解析:月球和地球绕O点做匀速圆周运动,它们之间的万有引力提供各自的向心力,则地球和月球的向心力相等。且月球和地球与O点始终共线,说明月球和地球有相同的角速度和周
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