2019-2020學(xué)年新培優(yōu)同步人教版高中物理必修二課件：第六章　本章整合

1、本章整合 專(zhuān)題一專(zhuān)題二專(zhuān)題三專(zhuān)題四 專(zhuān)題一、萬(wàn)有引力與重力的關(guān)系 1.萬(wàn)有引力和重力的關(guān)系 地面上物體所受的萬(wàn)有引力F可以分解為物體所受的重力mg和 (1)當(dāng)物體在赤道上時(shí),F、mg、Fn三力同向。此時(shí)滿(mǎn)足Fn+mg=F, 物體的重力最小,方向指向地心。 (3)當(dāng)物體在地球的其他位置時(shí),三力方向不同,Fmg,重力略小于 萬(wàn)有引力,重力的方向不指向地心。 專(zhuān)題一專(zhuān)題二專(zhuān)題三專(zhuān)題四 (5)對(duì)于繞地球運(yùn)行的近地衛(wèi)星,所受的萬(wàn)有引力可認(rèn)為等于衛(wèi)星 的重力。 專(zhuān)題一專(zhuān)題二專(zhuān)題三專(zhuān)題四 2.赤道上物體的向心加速度和衛(wèi)星的向心加速度的區(qū)別 放于地面赤道上的物體隨地球自轉(zhuǎn)所需的向心力是地球?qū)ξ矬w 的引力和地面

2、支持力的合力提供的;而環(huán)繞地球運(yùn)行的衛(wèi)星所需的 向心力完全由地球?qū)πl(wèi)星的引力提供(如圖所示)。 專(zhuān)題一專(zhuān)題二專(zhuān)題三專(zhuān)題四 兩個(gè)向心力的數(shù)值相差很大(如質(zhì)量為1 kg的物體在赤道上隨地 球自轉(zhuǎn)所需的向心力只有0.034 N,近地衛(wèi)星上每千克的物體所需 的向心力是9.8 N),對(duì)應(yīng)的兩個(gè)向心加速度的計(jì)算方法也不同,赤道 專(zhuān)題一專(zhuān)題二專(zhuān)題三專(zhuān)題四 【例題1】 地球赤道上的物體,由于地球自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的向心加速度 a=3.3710-2 m/s2,赤道上的重力加速度g取 9.77 m/s2,問(wèn): (1)質(zhì)量為m的物體在地球赤道上所受地球的萬(wàn)有引力為多大? (2)要使赤道上的物體由于地球的自轉(zhuǎn)處于完全失重,地球

3、自轉(zhuǎn)的 角速度應(yīng)加快到實(shí)際角速度的多少倍? 專(zhuān)題一專(zhuān)題二專(zhuān)題三專(zhuān)題四 解析:(1)在赤道上,F萬(wàn)=mg+F向=mg+ma=9.803 7m。 (2)要使赤道上的物體由于地球自轉(zhuǎn)而完全失去重力,即“飄”起來(lái), 0為“飄”起時(shí)地球自轉(zhuǎn)的角速度,R為地球的半徑。 地球自轉(zhuǎn)的角速度 所以0=17。 答案:(1)9.803 7m(2)17 專(zhuān)題一專(zhuān)題二專(zhuān)題三專(zhuān)題四 專(zhuān)題二、天體運(yùn)動(dòng)的處理方法 1.建立兩種模型 一是繞行天體的質(zhì)點(diǎn)模型; 二是繞行天體依靠“與中心天體之間的萬(wàn)有引力提供向心力”而 做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的模型。 2.抓住兩條思路 天體運(yùn)動(dòng)問(wèn)題實(shí)際是萬(wàn)有引力定律、牛頓第二定律、勻速圓周 運(yùn)動(dòng)規(guī)律的綜合

4、應(yīng)用,解決問(wèn)題的基本思路有兩種: 專(zhuān)題一專(zhuān)題二專(zhuān)題三專(zhuān)題四 【例題2】 (多選)為了探測(cè)X星球,載著登陸艙的探測(cè)飛船在以 該星球中心為圓心,半徑為r1的圓軌道上運(yùn)動(dòng),周期為T(mén)1,總質(zhì)量為m1。 隨后登陸艙脫離飛船,變軌到離星球更近的半徑為r2的圓軌道上運(yùn) 動(dòng),此時(shí)登陸艙的質(zhì)量為m2,則() 專(zhuān)題一專(zhuān)題二專(zhuān)題三專(zhuān)題四 答案:AD 專(zhuān)題一專(zhuān)題二專(zhuān)題三專(zhuān)題四 專(zhuān)題三、人造衛(wèi)星的相關(guān)問(wèn)題 1.人造衛(wèi)星的幾個(gè)速度 (1)發(fā)射速度:是指衛(wèi)星直接從地面發(fā)射后離開(kāi)地面時(shí)的速度,相 當(dāng)于在地面上用一門(mén)威力強(qiáng)大的大炮將衛(wèi)星轟出炮口時(shí)的速度,發(fā) 射衛(wèi)星離開(kāi)炮口后,不再有動(dòng)力加速度。 (2)第一宇宙速度:7.9 km

5、/s是指地球衛(wèi)星的最小發(fā)射速度。在地 面附近,衛(wèi)星繞地球做圓周運(yùn)動(dòng),萬(wàn)有引力提供向心力,而萬(wàn)有引力 此式僅適用于緊靠地面的圓軌道上運(yùn)行的衛(wèi)星,將g、R值代入可 得v1=7.9 km/s,且v1恒定,即發(fā)射速度為 7.9 km/s 時(shí)衛(wèi)星剛好緊靠地 面的圓軌道運(yùn)行,且其環(huán)繞速度為7.9 km/s。 專(zhuān)題一專(zhuān)題二專(zhuān)題三專(zhuān)題四 (3)第二宇宙速度:11.2 km/s是指使物體掙脫地球引力的束縛,成 為繞太陽(yáng)運(yùn)行的人造衛(wèi)星(或飛到其他行星上去)的最小發(fā)射速度。 (4)第三宇宙速度:16.7 km/s是指使物體掙脫太陽(yáng)引力的束縛,飛 到太陽(yáng)系以外的宇宙空間去的最小發(fā)射速度。 (5)軌道速度:人造衛(wèi)星在高

6、空沿著圓軌道或橢圓軌道運(yùn)行。若沿 圓軌道運(yùn)行,此時(shí)F向=F引,即 式中M為地球質(zhì)量,r為衛(wèi)星與地心之間的距離,v就是衛(wèi)星繞地球 運(yùn)行的速率。 專(zhuān)題一專(zhuān)題二專(zhuān)題三專(zhuān)題四 【例題3】 “靜止”在赤道上空的地球同步氣象衛(wèi)星把廣闊視野 內(nèi)的氣象數(shù)據(jù)發(fā)回地面,為天氣預(yù)報(bào)提供準(zhǔn)確、全面和及時(shí)的氣象 資料。設(shè)地球同步衛(wèi)星的軌道半徑是地球半徑的n倍,下列說(shuō)法正 確的是() 專(zhuān)題一專(zhuān)題二專(zhuān)題三專(zhuān)題四 解析:同步衛(wèi)星繞地球做圓周運(yùn)動(dòng),由萬(wàn)有引力提供向心力, 答案:C 專(zhuān)題一專(zhuān)題二專(zhuān)題三專(zhuān)題四 2.人造衛(wèi)星的超重和失重 (1)人造衛(wèi)星在發(fā)射升空時(shí),有一段加速運(yùn)動(dòng),在返回地面時(shí),有一 段減速運(yùn)動(dòng)。這兩個(gè)過(guò)程加速度方向

7、均向上,因而都是超重狀態(tài)。 (2)人造衛(wèi)星在沿圓軌道運(yùn)行時(shí),由于萬(wàn)有引力提供向心力,所以 處于完全失重狀態(tài),在這種情況下凡是與重力有關(guān)的力學(xué)現(xiàn)象都會(huì) 停止,因此在衛(wèi)星上的儀器,凡是制造原理與重力有關(guān)的均不能使 用,同理與重力有關(guān)的實(shí)驗(yàn)也將無(wú)法進(jìn)行。 專(zhuān)題一專(zhuān)題二專(zhuān)題三專(zhuān)題四 3.人造衛(wèi)星的變軌問(wèn)題 衛(wèi)星繞天體穩(wěn)定運(yùn)行時(shí),萬(wàn)有引力提供了衛(wèi)星做圓周運(yùn)動(dòng)的向心 專(zhuān)題一專(zhuān)題二專(zhuān)題三專(zhuān)題四 【例題4】 (多選)如圖所示,發(fā)射同步衛(wèi)星的一般程序:先讓衛(wèi)星 進(jìn)入一個(gè)近地的圓軌道,然后在P點(diǎn)變軌,進(jìn)入橢圓形轉(zhuǎn)移軌道(該 橢圓軌道的近地點(diǎn)為近地圓軌道上的P,遠(yuǎn)地點(diǎn)為同步圓軌道上的 Q),到達(dá)遠(yuǎn)地點(diǎn)Q時(shí)再次變軌,

8、進(jìn)入同步軌道。設(shè)衛(wèi)星在近地圓軌道 上運(yùn)行的速率為v1,在橢圓形轉(zhuǎn)移軌道的近地點(diǎn)P點(diǎn)的速率為v2,沿 轉(zhuǎn)移軌道剛到達(dá)遠(yuǎn)地點(diǎn)Q時(shí)的速率為v3,在同步軌道上的速率為v4, 三個(gè)軌道上運(yùn)動(dòng)的周期分別為T(mén)1、T2、T3,則下列說(shuō)法正確的是( ) A.在P點(diǎn)變軌時(shí)需要加速,Q點(diǎn)變軌時(shí)要減速 B.在P點(diǎn)變軌時(shí)需要減速,Q點(diǎn)變軌時(shí)要加速 C.T1T2v1v4v3 專(zhuān)題一專(zhuān)題二專(zhuān)題三專(zhuān)題四 解析:衛(wèi)星在橢圓形轉(zhuǎn)移軌道的近地點(diǎn)P時(shí)做離心運(yùn)動(dòng),所受的萬(wàn) 答案:CD 專(zhuān)題一專(zhuān)題二專(zhuān)題三專(zhuān)題四 專(zhuān)題四、天體運(yùn)動(dòng)中的多星問(wèn)題 1.雙星問(wèn)題 (1)雙星 眾多的天體中如果有兩顆恒星,它們靠得較近,在萬(wàn)有引力作用 下繞著它們連

9、線(xiàn)上的某一點(diǎn)共同轉(zhuǎn)動(dòng),這樣的兩顆恒星稱(chēng)為雙星。 (2)雙星問(wèn)題特點(diǎn) 右圖為質(zhì)量分別是m1和m2的兩顆相距較近 的恒星。它們間的距離為l。此雙星問(wèn)題的 特點(diǎn): 兩星的運(yùn)行軌道為同心圓,圓心是它們之間連線(xiàn)上的某一點(diǎn); 兩星的向心力大小相等,由它們間的萬(wàn)有引力提供; 兩星的運(yùn)動(dòng)周期、角速度相同; 兩星的運(yùn)動(dòng)半徑之和等于它們間的距離,即r1+r2=l。 專(zhuān)題一專(zhuān)題二專(zhuān)題三專(zhuān)題四 (3)雙星問(wèn)題的處理方法 雙星間的萬(wàn)有引力提供了它們做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力,即 m1r1=m2r2,即某恒星的運(yùn)動(dòng)半徑與其質(zhì)量成反比。 專(zhuān)題一專(zhuān)題二專(zhuān)題三專(zhuān)題四 【例題5】 質(zhì)量分別為m和M的兩個(gè)星球A和B在引力作用下都 繞O點(diǎn)做

10、勻速圓周運(yùn)動(dòng),星球A和B兩者中心之間距離為l。已知A、 B的中心和O三點(diǎn)始終共線(xiàn),A和B分別在O的兩側(cè)。引力常量為G。 (1)求兩星球做圓周運(yùn)動(dòng)的周期; (2)在地月系統(tǒng)中,若忽略其他星球的影響,可以將月球和地球看 成上述星球A和B,月球繞其軌道中心運(yùn)行的周期記為T(mén)1。但在近似 處理問(wèn)題時(shí),常常認(rèn)為月球是繞地心做圓周運(yùn)動(dòng)的,這樣算得的運(yùn) 行周期記為T(mén)2。已知地球和月球的質(zhì)量分別為5.981024 kg和 7.351022 kg。求T2與T1二次方之比。(結(jié)果保留三位小數(shù)) 專(zhuān)題一專(zhuān)題二專(zhuān)題三專(zhuān)題四 解析:(1)兩星球圍繞同一點(diǎn)O做勻速圓周運(yùn)動(dòng),其角速度相同,周 期也相同,其所需向心力由兩者間的

11、萬(wàn)有引力提供,則 其中r1+r2=l 由以上三式可得 專(zhuān)題一專(zhuān)題二專(zhuān)題三專(zhuān)題四 (2)對(duì)于地月系統(tǒng),若認(rèn)為地球和月球都圍繞中心連線(xiàn)某點(diǎn)O做勻 速圓周運(yùn)動(dòng),由(1)可知地球和月球的運(yùn)行周期 若認(rèn)為月球圍繞地心做勻速圓周運(yùn)動(dòng),由萬(wàn)有引力與天體運(yùn)動(dòng)的 關(guān)系得 專(zhuān)題一專(zhuān)題二專(zhuān)題三專(zhuān)題四 2.三星問(wèn)題 (1)三星共線(xiàn)模型 如圖甲所示,三顆質(zhì)量相等的行星,一顆行星位于中心位置不 動(dòng),另外兩顆行星圍繞它做圓周運(yùn)動(dòng)。這三顆行星始終位于同一直 線(xiàn)上,中心行星受力平衡。運(yùn)轉(zhuǎn)的行星由其余兩顆行星的引力提供 兩行星轉(zhuǎn)動(dòng)的方向相同,周期、角速度、線(xiàn)速度的大小相等。 專(zhuān)題一專(zhuān)題二專(zhuān)題三專(zhuān)題四 【例題6】 宇宙中存在一些離其他恒星較遠(yuǎn)的、由質(zhì)量相等的 三顆星組成的三星系統(tǒng),通?？珊雎云渌求w對(duì)它們的引力作用。 已觀測(cè)到穩(wěn)定的三星系統(tǒng)存在兩種基本的構(gòu)成形式:一種是三顆星 位于同一直線(xiàn)上,兩顆星圍繞中心星在同一半徑為R的圓軌道上運(yùn) 行;另一種是三顆星位于等邊三角形的三個(gè)頂點(diǎn)上,并沿外接于等 邊三角形的圓形軌道運(yùn)行。設(shè)每個(gè)星體的質(zhì)量均為m。 (1)求第一種形式下,星體運(yùn)動(dòng)的線(xiàn)速度和周期; (2)假設(shè)兩種形式星體的運(yùn)動(dòng)周期相同,第二種形式下星體之間的 距離應(yīng)為多少? 專(zhuān)題一專(zhuān)題二專(zhuān)題三專(zhuān)