高中物理天體運(yùn)動(dòng)總結(jié)及習(xí)題課課件.

1、一、雙基回顧： 1、開(kāi)普勒行星運(yùn)動(dòng)定律：第一定律（軌道定律）：第二定律（面積定律）：第三定律（周期定律）：R13／T12= R23／T22 即R3／T2=k,2、萬(wàn)有引力定律：定律內(nèi)容：表達(dá)式：引力常量的測(cè)定：適用條件：在天文學(xué)上的應(yīng)用：,3、三種宇宙速度：第一宇宙速度（環(huán)繞速度）：第二宇宙速度（脫離速度）：第三宇宙速度（逃逸速度）：,4、人造衛(wèi)星,5、利用萬(wàn)有引力定律分析天體及衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的基本思路：天體運(yùn)動(dòng)問(wèn)題中，由于涉及到的關(guān)

2、系多、公式多，形式復(fù)雜，容易導(dǎo)致混亂。所以要求在處理問(wèn)題時(shí)要抓住一條主線：把天體及衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)看成勻速圓周運(yùn)動(dòng)，萬(wàn)有引力來(lái)提供向心力，此后從一條龍公式[GMm/r2=mv2/r=mrω2=m(4π2/T2)r=mωv=mg/]上去尋求解決問(wèn)題突破口。,解題過(guò)程中還需注意： ①衛(wèi)星運(yùn)行的軌道半徑與離地面的高度不同 ②黃金替代：GM=gR2在問(wèn)題處理中表現(xiàn)得很活躍 ③有效利用一些隱含條件，如地球表面的重力加速度；地球自轉(zhuǎn)、公轉(zhuǎn)的周期；月球繞地

3、球運(yùn)轉(zhuǎn)的周期；地球的半徑、同步衛(wèi)星的定值參數(shù)等。,二、問(wèn)題聚集： 1、萬(wàn)有引力、重力和向心力之間有何關(guān)系？ 2、重力加速度與緯度、高度之間何關(guān)系？ 3、人造衛(wèi)星的軌道可以是任意的嗎？ 4、衛(wèi)星的發(fā)射速度和運(yùn)行速度是一回事嗎？ 5、同步衛(wèi)星的運(yùn)行過(guò)程中有哪些特點(diǎn)？ 6、衛(wèi)星的線速度、角速度、周期、加速度與半徑（或高度）之間有何關(guān)系？ 7、如何利用已有知識(shí)分析下述問(wèn)題？ ⑴同步衛(wèi)星的發(fā)射、變軌、回收問(wèn)題 ⑵飛船與空

4、間站的對(duì)接問(wèn)題 ⑶衛(wèi)星的超重和失重問(wèn)題 8、衛(wèi)星的向心加速和物體隨地球自轉(zhuǎn)的向心加速度有什么區(qū)別？,三、考點(diǎn)探究： 1、星球表面的重力加速度： 2、天體質(zhì)量、密度的求解計(jì)算問(wèn)題： 3、天體瓦解問(wèn)題： 4、線速度、角速度、周期、向心加速度（重力加速度）隨半徑（或高度）變化的關(guān)系型問(wèn)題： 5、衛(wèi)星發(fā)射、運(yùn)行過(guò)程中的超重、失重問(wèn)題： 6、第一宇宙速度的理解、推導(dǎo)問(wèn)題： 7、同步衛(wèi)星問(wèn)題： 8、雙星問(wèn)題： 9、衛(wèi)星的變軌問(wèn)

5、題： 10、與STS相結(jié)合的信息給予題： STS是英文Science，Technology and Society的縮寫詞，譯成中文是科學(xué)、技術(shù)與社會(huì)的意思。與之相關(guān)聯(lián)的信息給予題的最大特點(diǎn)是陌生度大，如黑洞、“風(fēng)云X號(hào)”氣象衛(wèi)星、火箭發(fā)射系統(tǒng)、“和平號(hào)”空間站、哈勃太空望遠(yuǎn)鏡、“神舟X號(hào)”飛船、“勇氣號(hào)”探測(cè)器、GPS定位系統(tǒng)、宇宙村等均是命題的背景材料，文字內(nèi)容敘述繁雜冗長(zhǎng)，這類題目多與生產(chǎn)、生活及現(xiàn)代物理知識(shí)相聯(lián)系，主要考查學(xué)生

6、的心理素質(zhì)，分析綜合的能力。應(yīng)對(duì)措施：“八字”方針——“通讀、聯(lián)想、畫圖、轉(zhuǎn)換” 四、實(shí)戰(zhàn)演練：五、解題感悟：,（1）測(cè)天體的質(zhì)量及密度：（萬(wàn)有引力全部提供向心力）,【例1】中子星是恒星演化過(guò)程的一種可能結(jié)果，它的密度很大?，F(xiàn)有一中子星，觀測(cè)到它的自轉(zhuǎn)周期為T=1/30s。問(wèn)該中子星的最小密度應(yīng)是多少才能維持該星的穩(wěn)定，不致因自轉(zhuǎn)而瓦解。計(jì)算時(shí)星體可視為均勻球體。(引力常數(shù)G=6.67x10-11m/kg.s),設(shè)想中子星赤道處一小塊物

7、質(zhì)，只有當(dāng)它受到的萬(wàn)有引力大于或等于它隨星體所需的向心力時(shí)，中子星才不會(huì)瓦解。設(shè)中子星的密度為，質(zhì)量為M ，半徑為R，自轉(zhuǎn)角速度為，位于赤道處的小物塊質(zhì)量為m，則有 由以上各式得，代入數(shù)據(jù)解得：,,,,（2）行星表面重力加速度、軌道重力加速度問(wèn)題：（重力近似等于萬(wàn)有引力）,【例2】一衛(wèi)星繞某行星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，已知行星表面的重力加速度為g0，行星的質(zhì)量M與衛(wèi)星的質(zhì)量m之比M/m=81，行星的半徑R0與衛(wèi)星的半徑R之比

8、R0/R＝3.6，行星與衛(wèi)星之間的距離r與行星的半徑R0之比r/R0＝60。設(shè)衛(wèi)星表面的重力加速度為g，則在衛(wèi)星表面有 ……經(jīng)過(guò)計(jì)算得出：衛(wèi)星表面的重力加速度為行星表面的重力加速度的1/3600。上述結(jié)果是否正確？若正確，列式證明；若有錯(cuò)誤，求出正確結(jié)果。,解析：題中所列關(guān)于g的表達(dá)式并不是衛(wèi)星表面的重力加速度，而是衛(wèi)星繞行星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心加速度。正確的解法是衛(wèi)星表面Gm/R2＝g 行星表面GM/R02=g0 即=即

9、g =0.16g0。,（3）人造衛(wèi)星、宇宙速度：,人造衛(wèi)星分類（略）：其中重點(diǎn)了解同步衛(wèi)星,宇宙速度：（弄清第一宇宙速度與發(fā)衛(wèi)星發(fā)射速度的區(qū)別）【例3】我國(guó)自行研制的“風(fēng)云一號(hào)”、“風(fēng)云二號(hào)”氣象衛(wèi)星運(yùn)行的軌道是不同的?！耙惶?hào)”是極地圓形軌道衛(wèi)星。其軌道平面與赤道平面垂直，周期是12h；“二號(hào)”是地球同步衛(wèi)星。兩顆衛(wèi)星相比 號(hào)離地面較高； 號(hào)觀察范圍較大； 號(hào)運(yùn)行速度較大。若某天上午8點(diǎn)“風(fēng)云一號(hào)”正好通過(guò)某城

10、市的上空，那么下一次它通過(guò)該城市上空的時(shí)刻將是 。,解析：根據(jù)周期公式T=知，高度越大，周期越大，則“風(fēng)云二號(hào)” 氣象衛(wèi)星離地面較高；根據(jù)運(yùn)行軌道的特點(diǎn)知，“風(fēng)云一號(hào)” 觀察范圍較大；根據(jù)運(yùn)行速度公式V=知，高度越小，速度越大，則“風(fēng)云一號(hào)” 運(yùn)行速度較大，由于“風(fēng)云一號(hào)”衛(wèi)星的周期是12h，每天能對(duì)同一地區(qū)進(jìn)行兩次觀測(cè)，在這種軌道上運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星通過(guò)任意緯度的地方時(shí)時(shí)間保持不變。則下一次它通過(guò)該城市上空的時(shí)刻將是第二天

11、上午8點(diǎn)。,【例4】可發(fā)射一顆人造衛(wèi)星，使其圓軌道滿足下列條件（ ）A、與地球表面上某一緯度線（非赤道）是共面的同心圓B、與地球表面上某一經(jīng)度線是共面的同心圓C、與地球表面上的赤道線是共面同心圓,且衛(wèi)星相對(duì)地面是運(yùn)動(dòng)的D、與地球表面上的赤道線是共面同心圓,且衛(wèi)星相對(duì)地面是靜止的,解析：衛(wèi)星繞地球運(yùn)動(dòng)的向心力由萬(wàn)有引力提供,且萬(wàn)有引力始終指向地心，因此衛(wèi)星的軌道不可能與地球表面上某一緯度線（非赤道）是共面的同心圓，故A是錯(cuò)誤的

12、。由于地球在不停的自轉(zhuǎn)，即使是極地衛(wèi)星的軌道也不可能與任一條經(jīng)度線是共面的同心圓，故B是錯(cuò)誤的。赤道上的衛(wèi)星除通信衛(wèi)星采用地球靜止軌道外，其它衛(wèi)星相對(duì)地球表面都是運(yùn)動(dòng)的，故C、D是正確的。,【例5】在地球（看作質(zhì)量均勻分布的球體）上空有許多同步衛(wèi)星，下面說(shuō)法中正確的是（ ）A．它們的質(zhì)量可能不同B．它們的速度可能不同C．它們的向心加速度可能不同D．它們離地心的距離可能不同,A,【例6】我國(guó)自制新型“長(zhǎng)征”運(yùn)載火箭，將模擬載

13、人航天試驗(yàn)飛船“神舟三號(hào)”送入預(yù)定軌道，飛船繞地球遨游太空t＝7天后又順利返回地面。飛船在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中進(jìn)行了預(yù)定的空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)，獲得圓滿成功。①設(shè)飛船軌道離地高度為h，地球半徑為R，地面重力加速度為g.則“神舟三號(hào)”飛船繞地球正常運(yùn)轉(zhuǎn)多少圈?(用給定字母表示)。②若h＝600 km，R＝6400 km，則圈數(shù)為多少?,（4）雙星問(wèn)題：,【例7】?jī)蓚€(gè)星球組成雙星，它們?cè)谙嗷ブg的萬(wàn)有引力作用下，繞連線上某點(diǎn)做周期相同的勻速圓周運(yùn)動(dòng)。

14、現(xiàn)測(cè)得兩星中心距離為R，其運(yùn)動(dòng)周期為T，求兩星的總質(zhì)量。,解析：設(shè)兩星質(zhì)量分別為M1和M2，都繞連線上O點(diǎn)作周期為T的圓周運(yùn)動(dòng)，星球1和星球2到O的距離分別為l1和l2。由萬(wàn)有引力定律和牛頓第二定律及幾何條件可得M1：,,練習(xí)1,練習(xí)2,人造地球衛(wèi)星在地面附近繞地球做圓形軌道運(yùn)行時(shí)，速度為v0，如果將它發(fā)射至半徑為2倍的地球半徑的高空?qǐng)A軌道，那么它的運(yùn)行速度為多少 ？,某國(guó)家報(bào)紙報(bào)道：該國(guó)發(fā)射了一顆周期是80分鐘的人造地球衛(wèi)星。請(qǐng)你判斷

15、該新聞的正確性。,同步練習(xí),練習(xí)3,練習(xí)4,宇航員在某一星球上以速度v0豎直上拋物體，經(jīng)ｔｓ落回手中．已知地球的半徑為Ｒ，星球的半徑是地球半徑的一半．那么，至少要用多大的速度沿星球表面拋出物體，它才不再落回星球表面．,近地衛(wèi)星線速度為7.9km/s，已知月球質(zhì)量是地球質(zhì)量的1/18，球半徑是月球半徑的3.8倍，求在月球上發(fā)射“近月衛(wèi)星”的環(huán)繞速度約為多少？,根據(jù)下列已知條件分別求同步衛(wèi)星離地面的高度．（1）地球質(zhì)量為Ｍ，半徑為Ｒ，自轉(zhuǎn)