(教用word)第4章　第2节　万有引力定律的应用　第3节　人类对太空的不懈探索-【提分教练】2022-2023学年新教材高中物理必修第二册(鲁科版2019)

第2节　万有引力定律的应用 第3节　人类对太空的不懈探索 学业要求＋核心素养 1．理解用万有引力定律计算天体的质量和密度的两种思路和方法。(科学思维) 2．知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度，进一步理解其他星球的第一宇宙速度。(科学思维) 3．理解同步卫星的特点，并掌握赤道上物体、同步卫星和近地卫星的区别。(科学思维) 4．会分析卫星(或飞船)的变轨问题，掌握不同轨道上同一点的线速度、加速度的大小关系。(科学思维) 一、天体质量的计算 1．基础梳理 (1)地球的质量的计算 ①若不考虑地球自转的影响，地面上质量为m的物体所受的重力等于地球对物体的万有引力，即mg＝G。 ②地球质量M＝，式中只要知道G、R、g的值就能计算地球的质量。 (2)计算天体质量 ①将行星(或卫星)的运动近似看作匀速圆周运动，行星(或卫星)的向心力由万有引力提供。 ②公式：G＝mrω2＝m＝mr。 ③被环绕的太阳或行星的质量：M＝。 2．尝试探究 (1)已知地球绕太阳匀速圆周运动的轨道半径r、周期T和引力常量G，怎样求解太阳质量？ 提示：太阳对地球的万有引力提供地球做匀速圆周运动的向心力，由＝mr得太阳质量M＝。 (2)要计算出太阳的密度还应知道什么物理量？ 提示：太阳密度ρ＝＝＝，可知还应知道太阳半径R。 二、人造卫星上天、预测未知天体 1．基础梳理 (1)宇宙的速度 ①第一宇宙速度：v1＝7.9 km/s，又称环绕速度，是人造卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度。 ②第二宇宙速度：v2＝11.2 km/s，又称脱离速度，是人造卫星脱离地球引力所需的速度。 ③第三宇宙速度：v3＝16.7 km/s，又称逃逸速度，是人造卫星脱离太阳引力所需的速度。 (2)发现未知天体：在观测天王星时，发现其实际轨道与由万有引力定律计算的轨道不吻合，由此预测存在另一行星，这就是后来发现的海王星。 2．尝试探究 牛顿曾提出过一个著名的理想实验：如图所示，从高山上水平抛出一个物体，当抛出的速度足够大时，物体将环绕地球运动，成为人造地球卫星。据此思考并讨论以下问题： (1)当抛出速度较小时，物体做什么运动？当物体刚好不落回地面时，物体做什么运动？ 提示：当抛出速度较小时，物体做平抛运动。当物体刚好不落回地面时，物体做匀速圆周运动。 (2)若地球的质量为M，物体到地心的距离为r，引力常量为G，试推导物体刚好不落回地面时的运行速度。若物体紧贴地面飞行，其速度大小为多少？(已知地球半径R＝6 400 km，地球质量M＝5.98×1024 kg) 提示：物体不落回地面，应绕地球做匀速圆周运动，向心力由万有引力提供，G＝m，解得v＝。 当其紧贴地面飞行时，r＝R，则有v＝＝7.9 km/s。 (3)被抛出的物体要成为人造地球卫星，最小发射速度多少？ 提示：7.9 km/s。 1．判断(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)忽略地球的自转，地面上的物体m受到的重力等于其万有引力。 (√) (2)已知地球公转的半径和周期就可以计算出太阳的质量。 (√) (3)同一物体的重力一定小于它受到的万有引力。 (×) (4)第一宇宙速度是人造卫星在地面附近环绕地球运动的线速度。 (√) (5)第一宇宙速度是人类探索宇宙发射卫星的最小线速度。 (√) (6)绕地球做圆周运动的人造卫星的速度可以是10 km/s。 (×) (7)第二宇宙速度等于11.2 km/s，是使卫星挣脱地球的束缚，成为人造行星的最小发射速度。 (√) (8)“笔尖下发现的行星”是天王星。 (×) 2．(多选)下列说法正确的是(　　) A．第一宇宙速度是从地面上发射人造地球卫星的最小发射速度 B．第一宇宙速度是在地球表面附近环绕地球运转的卫星的最大速度 C．第一宇宙速度是同步卫星的环绕速度 D．卫星从地面发射时的发射速度越大，则卫星距离地面的高度就越大，其环绕速度则可能大于第一宇宙速度 AB　第一宇宙速度是人造地球卫星的最小发射速度，也是卫星绕地球运转的最大速度，离地越高，卫星绕地球运转的速度越小。A、B正确，C、D错误。 3．小行星绕恒星运动，恒星均匀地向四周辐射能量，质量缓慢减小，可认为小行星在绕恒星运动一周的过程中近似做圆周运动，则经过足够长的时间后，小行星运动的(　　) A．半径变大 B．速率变大 C．角速度变大 D．加速度变大 A　恒星均匀地向四周辐射能量，恒星质量缓慢减小，二者之间万有引力减小，小行星运动的半径增大，速率减小，角速度减小，加速度减小，选项A正确，B、C、D错误。 4．下列关于绕地球运行的卫星的运动速度的说法正确的是(　　) A．一定等于7.9 km/s B．一定小于7.9 km/s C．大于或等于7.9 km/s，而小于11.2 km/s D．只需大于7.9 km/s B　卫星在绕地球运行