第6章万有引力与航天

第六章万有引力与航天1第六章万有引力与航天课时1行星的运动1.了解人类探索宇宙奥秘的发展简史，增强求知欲。2.理解开普勒三个定律的内容和意义，会分析行星运动的基本特点。3.将行星轨道看作圆时，对定律会解说与应用。★新知探究一、开普勒定律1.规律的发现：开普勒根据丹麦天文学家___________对行星的观测记录，研究了大量数据，得出了三个定律。2.规律的理解：（1）开普勒第一定律打破了“地心说”观念，它的确切描述是什么？（2）行星运动过程中，在轨道上的不同点上运行得一样快吗？开普勒第二定律是怎样描述的？（3）开普勒第三定律说明了在不同轨道上运行的卫星，周期是不同的，该定律如何描述？3.开普勒定律不仅适用于行星，也适用于绕行星运动的卫星。二、太阳系中行星的运动1.规律的发现：（1）各行星排列顺序如何？离太阳远近如何？（2）它们沿轨道的运动多可看作什么运动？2.规律的理解：若按圆轨道处理，行星的运动可总结出怎样的规律？第一点：第二点：第三点：以上三条只是对行星运动的近似处理，并非行星运动的真实规律。三、阅读：“科学足迹“，了解人类对行星运动规律的认识1.托勒密的贡献；2.哥白尼的贡献；3.伽利略的贡献；4.第谷·布拉赫的贡献；5.开普勒的贡献。★例题精析【例题1】关于行星绕太阳运动的下列说法中正确的是（）A.所有行星都在同一椭圆轨道上绕太阳运动B.行星绕太阳运动时太阳位于行星轨道的中心处C.离太阳越近的行星的运动周期越长D.所有行星的轨道半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等解析：【训练1】下列说法中正确的是（）A.“地心说”是错误的，“日心说”是对的，太阳是宇宙的中心B.太阳也在绕银河系转动，运动是绝对的，静止是相对的C.月球绕地球的运行轨道也是椭圆轨道，可近似看作匀速圆周运动D.由开普勒定律可知，各行星都有近日点和远日点，且在近日点运动得快，在远日点运动得慢【例题2】海王星离太阳的距离是地球离太阳距离的n倍，那么海王星绕太阳的公转周期是多少？（海王星和地球绕太阳公转的轨道可视为圆形轨道）解析：【训练2】如图6－1所示，在某行星的轨道上有a、b、c、d四个对称点，若行星运动周期为T，则行星（）学海导航·adcb太阳高中课程新学案物理必修22A.从a到b的运动时间等于从c到d的时间B.从d经a到b的运动时间等于从b经c到d的时间C.从a到b的时间4TtabD.从c到d的时间4Ttcd1.下列说法正确的是（）A.太阳系中的八大行星有一个共同的轨道焦点B.行星的运动方向总是沿着轨道的切线方向C.行星的运动方向总是与它和太阳的连线垂直D.日心说的说法是正确的2.飞船进入正常轨道后，因特殊情况而降低了轨道高度，那么飞船的线速度和周期分别将（）A.增大，减小B.减小，增大C.增大，增大D.减小，减小3.关于开普勒第三定律kTR23，以下理解正确的是（）A.k是一个与行星无关的常量B.若地球绕太阳运转轨道的半长轴为R1，周期为T1，月球绕地球运转轨道的半长轴为R2，周期为T2，则22322311TRTRC.T表示行星运动的自转周期D.T表示行星运动的公转周期4.2005年7月4日，美国宇航局的“深度撞击”计划在距离地球1.3亿千米处实施，上演了一幕“炮打彗星”的景象，目标是“坦普尔一号”彗星。假设“坦普尔一号”彗星绕太阳运行的轨道是一个椭圆，其轨道周期为5.74年，则关于“坦普尔一号”彗星的下列说法中正确的是（）A.绕太阳运动的角速度不变B.近日点处线速度大于远地点处线速度C.近日点处线速度等于远地点处线速度D.其椭圆轨道半长轴的立方与周期的平方之比是一个与太阳质量有关的常数5.把火星和地球绕太阳运行的轨道视为圆周，由火星和地球绕太阳运动的周期之比可求得（）A.火星和地球的质量之比B.火星和太阳的质量之比C.火星和地球到太阳的距离之比D.火星和地球绕太阳运行速度之比6.某行星绕太阳运行的椭圆轨道如图6－2所示，F1和F2是椭圆的两个焦点，行星在A点速率比在B点的速率大，则太阳应位于A.A点B.F1点C.F2点D.B点（）7.某行星沿椭圆轨道运行，近日点离太阳的距离为a，远日点离太阳的距离为b，过近日点时行星的速率为va，则过远日点时的速率为（）A.abvabvB.abvbavC.abvbavD.abvabv8.有两颗行星围绕恒星运转，它们的运动周期之比为27:1，则它们的轨道半径之比为（）A.1:27B.9:1C.27:1D.1:9自我测评AF1F2B图6－2第六章万有引力与航天3课时2太阳与行星间的引力1.了解太阳对行星的引力2.会用圆周运动规律近似研究行星的运动3.认识太阳与行星间力的作用的相互性，并能用公式讨论相互作用力的大小★新知探究一、太阳对行星的引力1.规律的发现：应用开普勒行星运动定律可知，行星做近似匀速圆周运动时，由运动参量可知：（1）向心力的基本公式：（2）用周期表示的向心力公式：（3）代入开普勒第三定律后的表达式：2.规律的理解：太阳对行星的引力与_____________成正比，与_________________成反比；对任何行星都可成立关系式为_________________。二、行星对太阳的引力由牛顿第三定律及引力规律可得，行星吸引太阳的力的表达式为_____________________三、太阳与行星间的引力1.概括太阳与行星间的相互引力大小可知：2.表达式：3.相互引力的方向★例题精析【例题1】冥王星绕太阳运动的轨道半径约为地球绕太阳运动轨道半径的40倍，那么它绕太阳一周需要多少年？解析：【训练1】月球与地球之间的引力规律与太阳和行星之间的引力规律相同。若已知月球的周期为T，月球的质量为m，月球离地的高度为h，地球半径为R，则月球受地球的引力大小为F＝_________；地球受月球的引力大小为F′＝_________【例题2】地球是太阳的引力为F，他们之间的距离为R。如果地球与太阳的距离变为4R且仍能绕太阳公转，那么太阳对地球的引力F′是F的几倍？那时地球上的一年（绕太阳公转一周的时间）相当于现在的几年？（设轨道近似为圆形）解析：【训练2】已知月球绕地球做匀速圆周运动，地球对月球的引力为月球提供向心力，假如地球对月球的引力突然消失，则月球的运动情况如何？假如地球对月球的引力突然增大或减小，月球将如何运动？学海导航高中课程新学案物理必修241.行星之所以能绕太阳运行，是因为（）A.行星运动时的惯性作用B.太阳是宇宙的控制中心，所有的星体都绕太阳旋转C.太阳对行星有约束运动的引力作用D.行星对太阳有排斥力的作用2.若行星的质量为m，运动速度为v，运动周期为T，可看作匀度圆周运动，轨道半径为r，角速度为ω，则行星运动需要的向心力为（）A.rmvF2B.224TmrFC.F＝mω2rD.F＝mωv3.把行星运动近似看作匀速圆周运动以后，开普勒第三定律可以写为T2＝kr3，则可推得（）A.行星受太阳的引力为2rmkFB.行星受太阳的引力都相同C.行星受太阳的引力为224krmFD.质量越大的行星受太阳的引力一定越小4.行星对太阳的引力与太阳对行星的引力相比较A.是一对大小相等方向相反的作用力与反作用力B.太阳吸引行星的力大，行星吸引太阳的力小C.相互引力的大小与太阳和行星的质量的乘积成正比D.相互引力的作用使行星绕太阳转，太阳也绕行星转5.地球周围有沿不同轨道运动的人造卫星，他们绕地球的运动规律（）A.也适合于用开普勒定律来解释B.各颗卫星受到的引力可写为2rmFC.不同半径的轨道上的卫星周期不同D.卫星受地球的引力提供了向心力6.关于太阳与行星间引力2rMmGF的下列说法中正确的是（）A.公式中G是引力常量，是人为规定的B.这一规律可适用于其他星体间的引力C.太阳与行星间的引力是一对平衡力D.检验这一规律是否适用于其他天体的方法是比较观测结果与推理结果的吻合性7.下列说法中正确的是（）A.因为F＝mω2r，所以人造地球卫星轨道半径增大到2倍时，向心力将增大到2倍B.因为rmvF2，所以人造地球卫星轨道半径增大到2倍时，向心力将减小到原来的21C.因为2rMmGF，所以人造地球卫星轨道半径增大到2倍时，向心力将减小到原来的41D.仅知道卫星轨道半径变化，无法确定向心力的变化8.地球的公转周期和公转轨道半径分别为T和R；月球的公转周期和公转轨道半径分别为t和r，则太阳的质量与地球的质量之比为（）A.tRTrB.3232RtrTC.3232rTRtD.RtrT229.地球质量约为月球质量的81倍，一飞行器在地球与月球之间，当它受到地球与月球的引力合力为零时，这一飞行器距地心距离与距月心距离之比是______________自我测评第六章万有引力与航天5课时3万有引力定律1．了解牛顿的“月—地检验”方略，树立科学探索意识.2．认识自然界中万有引力的存在，会用万有引力知识探究有关问题.3．了解卡文迪许对引力常量测定的意义，认识科学的发展需要前赴后继不懈努力.★新知探究一、“月—地检验”方略探究1.规律的发现:行星与太阳间存在引力,月球与地球间也存在引力,物体在地面附近也受重力,这些力有什么样的内在联系?2.规律的理解(1)行星与太阳间的引力遵循“距离平方反比”规律.即2rMmF该式是否也适用于地球与月球之间的引力?(2)地面上的物体也受地球的吸引力,并产生自由落体加速度,月球是否也有加速度?(3)月球离地心的距离是地面上物体到地心距离的60倍,引力是否会产生同样倍数的加速度?(4)月球的向心加速度由地球的引力作用产生,由力的大小关系可推得加速度关系,月球的向心加速度应是地面重力加速度的多少倍?(5)月地距离为r,月球公转周期为T,月球的加速度为多少?地面上重力加速度可以如何测量?两者加速度的关系可否验证?二、万有引力定律的建立1.定律的内容:2.定律的公式:单位:三、引力常量G值的测量1.由在实验室中首先测出了较准确的G的数值.2.G值的确定给万有引力定律带来什么意义?G值是常量,有单位.一般计算时G=.★例题精析【例题1】对下列现象你会如何解释?(1)熟透的苹果从树上掉下而不飞上天,为什么?(2)如果苹果树长的很高,苹果是否也会下落?(3)如果苹果树高到月球上,苹果是否还会落回地面?(4)月球为什么不落到地球上?(5)地球的引力可使物体产生什么形式的加速度?举例说明.解析:学海导航高中课程新学案物理必修26【训练1】下列各力中,哪些是由万有引力提供的()A.月球绕地球运动的向心力B.火星绕太阳运行时的向心力C.火箭发射时向上的推力D.雨滴下落时受的重力【例题2】最近几十年,人们对探测火星十分感兴趣,先后曾发射过许多探测器,称为“火星探路者”的火星探测器曾于1997年登上火星.2004年,又有“勇气”号和“机遇”号探测器登上火星.已知地球质量约是火星质量的9.3倍,地球直径约是火星直径的1.9倍.探测器在地球表面和火星表面,所受引力的比值是多少?解析:引申:假如有一天你能到火星上去旅游,你会感到自己的体重发生了什么变化?你在火星上走路或运动与地球上有什么不同?【训练2】两个大小相同的实心小铁球紧靠在一起时,它们之间的万有引力为F,若两半径为小铁球半径2倍的实心大铁球紧靠在一起时,则它们之间的万有引力为A.2FB.4FC.8FD.16F【例题3】已知万有引力常量G,地球半径R,月球和地球之间的距离r,同步卫星距地面的高度为h,月球绕地球的运转周期1T,地球的自转周期为2T,地球表面的重力加速度g.某同学根据以上条件,提出一种估算地球质量M的方法:同步卫星绕地心做圆周运动,由hTmhMmG222)2(得22324GThM.(1)请判断上面的结果是否正确,并说明理由.如果不正确，请给出正确的解法和结果.(2)请根据已知条件再提出两种估算地球质量的方法并解得结果.解析:【训练3】土星周围有美丽壮观的“光环”，组成环的颗粒是大小不等，线度从1m到10m的岩石、尘埃，类似于卫星，它们与土星中心的距离从37410Km延伸到41510Km.已知环的外缘颗粒绕土星