2018-2019学年高中物理鲁科版必修2（课件+检测）：第5章 第2节　万有引力定律的应用 第3节　人类对太空的不懈追求 (2份打包)

第2节　万有引力定律的应用 第3节　人类对太空的不懈追求 学 习 目 标 知 识 脉 络 1.了解卫星的发射、运行等情况. 2.知道三个宇宙速度的含义，会计算第一宇宙速度．(重点) 3.了解海王星的发现过程，掌握研究天体(或卫星)运动的基本方法，并能用万有引力定律解决相关问题．(重点、难点) 4.了解人类探索太空的历史、现状及其未来发展的方向. 人 造 卫 星 上 天 1．人造地球卫星的发射原理 (1)牛顿设想：如图5­2­1甲所示，当物体被抛出的速度足够大时，它将围绕地球旋转而不再落回地面，成为一颗人造地球卫星． 甲　　　　　　　　乙 图5­2­1 (2)发射过程简介 如图5­2­1乙所示，发射人造地球卫星的火箭一般为三级．使卫星进入地球轨道后的大致过程也为三个阶段． 2．人造卫星绕地球运动的规律 (1)动力学特点 一般情况下可认为人造卫星绕地球做匀速圆周运动，其向心力由地球对它的万有引力提供． (2)速度和轨道半径的关系 由G.可知，卫星的轨道半径越小，线速度越大． 可得v＝＝m 1．人造地球卫星的最小运转半径是地球半径．(√) 2．人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动的向心力由火箭推力提供．(×) 3．卫星绕地球的轨道半径越大，运行速度越大．(×) 能否有发射轨道高度不同但具有相同周期的地球卫星？(如图5­2­2所示) 图5­2­2 【提示】　不能．根据万有引力提供地球卫星做匀速圆周运动的向心力G，所以当卫星轨道高度不同时，其周期一定不同，故不能发射在不同轨道高度但具有相同周期的地球卫星．r可知，周期T＝2π＝m 2014年3月31日“长征二号丙”运载卫星发射“实践十一号06星”成功；2014年8月9日，“长征四号丙”发射“遥感卫星二十号”成功(如图5­2­3所示)．若两颗卫星均绕地球做匀速圆周运动，请思考： 图5­2­3 探讨1：卫星定轨高度越高，速度越大还是越小？ 【提示】　卫星轨道越高，速度越小． 探讨2：如何比较两颗卫星的周期大小和角速度大小？ 【提示】　卫星的轨道半径越大，周期越大，角速度越小． 1．解决天体运动问题的基本思路：一般行星或卫星的运动可看作匀速圆周运动，所需要的向心力都由中心天体对它的万有引力提供，所以研究天体时可建立基本关系式：G＝ma，式中a是向心加速度． 2．常用的关系式 (1)Gr，万有引力全部用来提供行星或卫星做圆周运动的向心力． ＝mω2r＝m＝m (2)mg＝G即gR2＝GM，物体在天体表面时受到的引力等于物体的重力．该公式通常被称为“黄金代换式”． 3．四个重要结论：设质量为m的天体绕另一质量为M的中心天体做半径为r的匀速圆周运动． (1)由，r越大，天体的v越小． 得v＝＝m (2)由G，r越大，天体的ω越小． ＝mω2r得ω＝ (3)由G，r越大，天体的T越大． 2r得T＝2π＝m (4)由G，r越大，天体的an越小． ＝man得an＝ 以上结论可总结为“一定四定，越远越慢”． 4．地球同步卫星及特点：同步卫星就是与地球同步运转，相对地球静止的卫星，因此可用来作为通讯卫星．同步卫星有以下几个特点： (1)周期一定：同步卫星在赤道正上方相对地球静止，它绕地球的运动与地球自转同步，它的运动周期就等于地球自转的周期，T＝24 h. (2)角速度一定：同步卫星绕地球运动的角速度等于地球自转的角速度． (3)轨道一定． ①因提供向心力的万有引力指向圆心，所有同步卫星的轨道必在赤道平面内． ②由于所有同步卫星的周期相同，由r＝知，所有同步卫星的轨道半径都相同，即在同一轨道上运动，其确定的高度约为3.6×104 km. (4)运行速度大小一定：所有同步卫星绕地球运动的线速度的大小是一定的，都是3.08 km/s，运行方向与地球自转方向相同． 1．探测器绕月球做匀速圆周运动，变轨后在周期较小的轨道上仍做匀速圆周运动，则变轨后与变轨前相比(　　) A．轨道半径变小　　　　 B．向心加速度变小 C．线速度变小 D．角速度变小 【解析】　探测器做匀速圆周运动，由万有引力提供向心力，则：G，可知半径变小，向心加速度变大，线速度变大，角速度变大，故B、C、D错误．，ω＝，v＝＝mω2r，整理得：an＝G＝man＝m，可知周期T较小的轨道，其半径r也小，A正确；由Gr，整理得T＝2π＝m 【答案】　A 2．如图5­2­4所示，甲、乙两颗卫星以相同的轨道半径分别绕质量为M和2M的行星做匀速圆周运动．下列说法正确的是(　　) 【导学号：45732156】 图5­2­4 A．甲的向心加速度比乙的小 B．甲的运行周期比乙的小 C．甲的角速度比乙的大 D．甲的线速度比乙的大 【解析】　卫星绕行星做匀速圆周运动的向心力由行星对卫星的引力提供，根据万有引力定律和牛顿第二定律解决问题．根据G，故甲运行