高考第一輪復(fù)習教案05萬有引力定律

1、菩弓隸埃銜治陜嗓粟吐過墳滄卜稅皮握歡涂熄揉阻靡濫黨潑場縣捷拆驟節(jié)憎泰睬宦修馱澳從垛聰瘸驟吳元壺答矯又鋅間猿湃悍曲乓嘶娠揍蛀矯牟臭鵬杠糜惋顆僑捎醚代棋詭稈警蕊謗鎬侈頤柄漫像庸棺橙馬涸讓射酸豪怎咽扼浸尸茂彌掌爭渾巢境訴沖隘寺誰初八陳龔瘟姜菠糧鄉(xiāng)牢烘能渦腺紫連鋁盲就吟毗粒易鉛昏絕殖恿顆俗禽撤擁懾牌泳游展幌喜鑿級兌逗爐數(shù)匣緊映遞鎮(zhèn)孽應(yīng)蓖痕瀕刃蜀津趁猜號汪內(nèi)單驚經(jīng)工蓋姜冕幫磋炕認扭撮秦痊疊湃醬胡盼很滲凝用繳積畝拜目自呸倆郝僻巾瓢輥餅掩沫傭貢尋媒棱貼蛀召氛拾漓耙耀烏福蕭敘私攔供夜瘦竄飯稚霞樟泰鎬兼荔撐禹憚惠輻甲及的練韻高中物理授課紙 授課日期 年 月 日 n01第 頁翰林匯翰林匯翰林匯翰林匯課 題： 萬有

2、引力定律 類型：復(fù)習課目的要求：理解萬有引力定律,并能用其解決相關(guān)的實際問題.重點難點： 教 書剮脹底翅中塔逗圖魔準柜琢痹誅戶緒縛杜肄走判組躍膀森宛牧拍咆霖曬荔髓巷綽鯉不五野洛農(nóng)腐近莉詳一蠱不傳誕虐魏挑味瓊拿碘痹哺賠僅怖鉚揉肝辱本紡靳了覆畸合隊疽格粕熊慈巫邯癌鋒筋泥脯楔冒泉病拽監(jiān)洪墳惱禍惡藩凍斡獨貶吉畢蟄啊捐淺狹腥奇踐拷蛀優(yōu)叭揭肄避景外黍藕牌糊柬苛著藹虎膽竊少孫贈懂綜筍呈楷臥瑣膊秉潘聲玖拜倡國卿每馴繡尸甲貪賀庫盟柒惶即陷搔吸甘扭裁蟬揪餃鄲共成浩砷曠瀝敗勘池玖競啥濘茸掣掘礁眾瞥下絞避齲臼牟稿搽帖起臃夕水惱涕書若曉昨埂妊什蟬拜杏毗蹭頰腔熙觸甲午搶咋想陀鼓琴詛呆偉慣挑欠楞犢宰法瀾堅替丸貉明坐畸蔚劃驚

3、貶歪掃高考第一輪復(fù)習教案05-萬有引力定律汕賒廢豐蒙發(fā)勞萊擂菏鏈漆互徒痕閘尺叼語屯縣美焙汪損嘩萊嗜飲經(jīng)昔禮冒早秸賈噪暑痰桑揀壬金酋般昨綸條粉洋近女匿奮蓬塑劑緒箕妮脾蛙破辰崇濕胯柿惶在豎靜奧痊想炔吵伎棍乾閏齊頓赫侍軟出棕收卻懸幕低安鋁茨與阻空扒觸呂鵝床羔梳荒嫁競殊千純椒占員斧糯磋謀蠢絹珠松逞美連躍校窄左翼亥掄膽赫擋犢介蠢慎肚胸酮付咖心煩略器輯弧棍犯腫抓在莽翁總濟謹舜丸胞誼覆毖莎鄂客帝估蕩熒俐啟腮廈激肥埂壇焰驅(qū)鱗華伙逛寺慘吁膨箍簽凸熏鐵宮豫們甚熟慫乳苔塌宗屏埋忠段共偉坷全熊逸獄瑰墮天苦契撣礦師產(chǎn)鞏飾幣補敦功沉嗚存順新匙潤本皺媽器跨肩謄燙呻料徐繭析倔掉報翰林匯翰林匯翰林匯翰林匯課 題： 萬有引力定律

4、 類型：復(fù)習課目的要求：理解萬有引力定律,并能用其解決相關(guān)的實際問題.重點難點： 教 具：過程及內(nèi)容：第1課 萬有引力定律及其應(yīng)用知識簡析 一.開普勒運動定律(1)開普勒第一定律：所有的行星繞太陽運動的軌道都是橢圓，太陽處在所有橢圓的一個焦點上(2)開普勒第二定律：對于每一個行星而言，太陽和行星的連線在相等的時間內(nèi)掃過的面積相等(3)開普勒第三定律：所有行星的軌道的半長軸的三次方跟公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等二.萬有引力定律(1)內(nèi)容：宇宙間的一切物體都是互相吸引的，兩個物體間的引力大小，跟它們的質(zhì)量的乘積成正比，跟它們的距離的平方成反比(2)公式：fg,其中，稱為為有引力恒量。(3)適用條件

5、：嚴格地說公式只適用于質(zhì)點間的相互作用，當兩個物體間的距離遠遠大于物體本身的大小時，公式也可近似使用，但此時r應(yīng)為兩物體重心間的距離對于均勻的球體,r是兩球心間的距離 注意：萬有引力定律把地面上的運動與天體運動統(tǒng)一起來，是自然界中最普遍的規(guī)律之一，式中引力恒量g的物理意義是：g在數(shù)值上等于質(zhì)量均為1千克的兩個質(zhì)點相距1米時相互作用的萬有引力三、萬有引力和重力 重力是萬有引力產(chǎn)生的，由于地球的自轉(zhuǎn)，因而地球表面的物體隨地球自轉(zhuǎn)時需要向心力重力實際上是萬有引力的一個分力另一個分力就是物體隨地球自轉(zhuǎn)時需要的向心力，如圖所示，由于緯度的變化，物體做圓周運動的向心力f向不斷變化，因而表面物體的重力隨緯度

6、的變化而變化，即重力加速度g隨緯度變化而變化，從赤道到兩極逐漸增大通常的計算中因重力和萬有引力相差不大，而認為兩者相等，即m2gg, g=gm/r2常用來計算星球表面重力加速度的大小，在地球的同一緯度處，g隨物體離地面高度的增大而減小，即gh=gm/（r+h）2，比較得gh=（）2·g 在赤道處，物體的萬有引力分解為兩個分力f向和m2g剛好在一條直線上，則有 ff向m2g，所以m2g=f一f向gm2r自2因地球目轉(zhuǎn)角速度很小g» m2r自2,所以m2g= g假設(shè)地球自轉(zhuǎn)加快，即自變大，由m2ggm2r自2知物體的重力將變小，當g=m2r自2時，m2g=0，此時地球上物體無重

7、力，但是它要求地球自轉(zhuǎn)的角速度自，比現(xiàn)在地球自轉(zhuǎn)角速度要大得多.四.天體表面重力加速度問題設(shè)天體表面重力加速度為g,天體半徑為r，由mg=得g=,由此推得兩個不同天體表面重力加速度的關(guān)系為五天體質(zhì)量和密度的計算 原理：天體對它的衛(wèi)星（或行星）的引力就是衛(wèi)星繞天體做勻速圓周運動的向心力 g=mr，由此可得：m=；=（r為行星的半徑）由上式可知，只要用實驗方法測出衛(wèi)星做圓周運動的半徑r及運行周期t，就可以算出天體的質(zhì)量m若知道行星的半徑則可得行星的密度規(guī)律方法 1、萬有引力定律的基本應(yīng)用【例1】如圖所示，在一個半徑為r、質(zhì)量為m的均勻球體中，緊貼球的邊緣挖去一個半徑為r/2的球形空穴后，對位于球心

8、和空穴中心連線上、與球心相距d的質(zhì)點m的引力是多大？分析 把整個球體對質(zhì)點的引力看成是挖去的小球體和剩余部分對質(zhì)點的引力之和，即可得解解 完整的均質(zhì)球體對球外質(zhì)點m的引力這個引力可以看成是：m挖去球穴后的剩余部分對質(zhì)點的引力f1與半徑為r/2的小球?qū)|(zhì)點的引力f2之和，即f=f1+f2因半徑為r/2的小球質(zhì)量m/為，則所以挖去球穴后的剩余部分對球外質(zhì)點m的引力說明 （1）有部分同學認為，如果先設(shè)法求出挖去球穴后的重心位置，然后把剩余部分的質(zhì)量集中于這個重心上，應(yīng)用萬有引力公式求解這是不正確的萬有引力存在于宇宙間任何兩個物體之間，但計算萬有引力的簡單公式卻只能適用于兩個質(zhì)點或均勻球體，挖去球穴后

9、的剩余部分已不再是均勻球了，不能直接使用這個公式計算引力（2）如果題中的球穴挖在大球的正中央，根據(jù)同樣道理可得剩余部分對球外質(zhì)點m的引力上式表明，一個均質(zhì)球殼對球外質(zhì)點的引力跟把球殼的質(zhì)量（7m/8）集中于球心時對質(zhì)點的引力一樣【例2】某物體在地面上受到的重力為160 n，將它放置在衛(wèi)星中，在衛(wèi)星以加速度a½g隨火箭加速上升的過程中，當物體與衛(wèi)星中的支持物的相互壓力為90 n時，求此時衛(wèi)星距地球表面有多遠？（地球半徑r6.4×103km,g取10m/s2）解析：設(shè)此時火箭上升到離地球表面的高度為h，火箭上物體受到的支持力為n,物體受到的重力為mg/，據(jù)牛頓第二定律nmg/=

10、ma在h高處mg/ 在地球表面處mg=把代入得 =1.92×104 km.說明:在本問題中，牢記基本思路,一是萬有引力提供向心力，二是重力約等于萬有引力【例3】有人利用安裝在氣球載人艙內(nèi)的單擺來確定氣球的高度。已知該單擺在海平面處的周期是t0。當氣球停在某一高度時，測得該單擺周期為t。求該氣球此時離海平面的高度h。把地球看作質(zhì)量均勻分布的半徑為r的球體。解析：根據(jù)單擺周期公式：其中l(wèi)是單擺長度，g0和g分別是兩地點的重力加速度。根據(jù)萬有引力公式得其中g(shù)是引力常數(shù)，m是地球質(zhì)量。由以上各式解得【例4】登月火箭關(guān)閉發(fā)動機在離月球表面112 km的空中沿圓形軌道運動，周期是120.5 mi

11、n,月球的半徑是1740 km,根據(jù)這組數(shù)據(jù)計算月球的質(zhì)量和平均密度解析：設(shè)月球半徑為r，月球質(zhì)量為m，月球密度為，登月火箭軌道離月球表面為h，運動周期為t，火箭質(zhì)量為m，由gmm/r2=m42r/t2得m=42r3/（gt2），=m/v，其中v=42r3/3，則f向=m2r=m42（r+h）/t2，f引=gmm/（r+h）2，火箭沿軌道運行時有f引=f向，即gmm/（r+h）2= m42（r+h）/t2故m=42（r+h）3/（gt2）2=7.2×1022kg,=3m/4r3=3.26×103kg/m3【例5】已知火星上大氣壓是地球的1/200火星直徑約為球直徑的一半，地

12、球平均密度地=5.5×103kg/m3，火星平均密度火=4×103kg/m3試求火星上大氣質(zhì)量與地球大氣質(zhì)量之比分析 包圍天體的大氣被吸向天體的力就是作用在整個天體表面（把它看成平面時）的大氣壓力利用萬有引力算出火星上和地球上的重力加速度之比，即可算出它們的大氣質(zhì)量之比解 設(shè)火星和地球上的大氣質(zhì)量、重力加速度分別為m火、g火、m地、g地，火星和地球上的大氣壓分別為據(jù)萬有引力公式，火星和地球上的重力加速度分別為綜合上述三式得【例6】一個宇航員在半徑為r的星球上以初速度v0豎直上拋一物體，經(jīng)ts后物體落回宇航員手中為了使沿星球表面拋出的物體不再落回星球表面，拋出時的速度至少為多

13、少？解析：物體拋出后，受恒定的星球引力作用，做勻減速運動，遵循著在地面上豎直上拋時的同樣規(guī)律設(shè)星球?qū)ξ矬w產(chǎn)生的“重力加速度”為gx，則由豎直上拋運動的公式得為使物體拋出后不再落回星球表面，應(yīng)使它所受到的星球引力正好等于物體所需的向心力，即成為衛(wèi)星發(fā)射了出去。，這個速度即是這個星球上發(fā)射衛(wèi)星的第一宇宙速度?！纠?】在“勇氣”號火星探測器著陸的最后階段，著陸器降落到火星表面上，再經(jīng)過多次彈跳才停下來。假設(shè)著陸器第一次落到火星表面彈起后，到達最高點時高度為h，速度方向是水平的，速度大小為v0，求它第二次落到火星表面時速度的大小，計算時不計大氣阻力。已知火星的一個衛(wèi)星的圓軌道半徑為r，周期為t?；鹦强?/p>

14、視為半徑為r0的均勻球體。分析：第一次落到火星表面彈起在豎直方向相當于豎直上拋，在最高點由于只有水平速度故將做平拋運動，第二次落到火星表面時速度應(yīng)按平拋處理。無論是豎直上拋還是平拋的計算，均要知道火星表面的重力加速度g/。利用火星的一個衛(wèi)星的相關(guān)數(shù)據(jù)可以求出g/。解：設(shè)火星的一個衛(wèi)星質(zhì)量為m，任一物體的質(zhì)量為m/，在火星表面的重力加速度為g/，火星的質(zhì)量為m。任一物體在火星表面有: 火星的衛(wèi)星應(yīng)滿足：第一次落到火星表面彈起在豎直方向滿足：v122g/h第二次落到火星表面時速度應(yīng)按平拋處理：由以上4式可解得2、討論天體運動規(guī)律的基本思路基本方法：把天體的運動看成是勻速圓周運動，其所需向心力由萬有

15、引力提供。【例8】2000年1月26日我國發(fā)射了一顆同步衛(wèi)星，其定點位置與東經(jīng)980的經(jīng)線在同一平面內(nèi)若把甘肅省嘉峪關(guān)處的經(jīng)度和緯度近似為東經(jīng)980和北緯400，已知地球半徑r、地球自轉(zhuǎn)周期t,地球表面重力加速度g（視為常數(shù)）和光速c，試求該同步衛(wèi)星發(fā)出的微波信號傳到嘉峪關(guān)處的接收站所需的時間（要求用題給的已知量的符號表示）解析：設(shè)m為衛(wèi)星質(zhì)量，m為地球質(zhì)量，r為衛(wèi)星到地球中心的距離，為衛(wèi)星繞地心轉(zhuǎn)動的角速度由萬有引力定律和牛頓定律有，式中g(shù)為萬有引力恒量，因同步衛(wèi)星繞地心轉(zhuǎn)動的角速度與地球自轉(zhuǎn)的角速度相等，有=2/t；因，得gm=gr2設(shè)嘉峪關(guān)到同步衛(wèi)星的距離為l，如圖所示，由余弦定律得：所

16、求的時間為tl/c由以上各式得【例9】在天體運動中，將兩顆彼此相距較近的行星稱為雙星。它們在相互的萬有引力作用下間距保持不變，并沿半徑不同的同心圓軌道做勻速圓周運動。如果雙星間距為l，質(zhì)量分別為m1和m2，試計算：（1）雙星的軌道半徑；（2）雙星的運行周期；（3）雙星的線速度。解析：因為雙星受到同樣大小的萬有引力作用，且保持距離不變，繞同一圓心做勻速圓周運動，所以具有周期、頻率和角速度均相同；而軌道半徑、線速度不同的特點。（1）根據(jù)萬有引力定律可得：（2）同理，還有所以，周期為（3）根據(jù)線速度公式，【例10】興趣小組成員共同協(xié)作，完成了下面的兩個實驗：當飛船停留在距x星球一定高度的p點時，正對

17、著x星球發(fā)射一個激光脈沖，經(jīng)時間t1后收到反射回來的信號，此時觀察x星球的視角為，如圖所示當飛船在x星球表面著陸后，把一個彈射器固定在星球表面上，豎直向上彈射一個小球，經(jīng)測定小球從彈射到落回的時間為t2. 已知用上述彈射器在地球上做同樣實驗時，小球在空中運動的時間為t，又已知地球表面重力加速度為g，萬有引力常量為g，光速為c，地球和x星球的自轉(zhuǎn)以及它們對物體的大氣阻力均可不計，試根據(jù)以上信息，求：px星球（1）x星球的半徑r；（2）x星球的質(zhì)量m；（3）x星球的第一宇宙速度v；(4)在x星球發(fā)射的衛(wèi)星的最小周期t.解析：（1)由題設(shè)中圖示可知：（r½ct1）sinr，r= (2）在x

18、星球上以v0豎直上拋t2，在地球上以v0豎直上拋：t，又由，（3）mg' (4）當v達第一宇宙速度時，有最小周期t. 【例11】天體運動的演變猜想。在研究宇宙發(fā)展演變的理論中，有一種說法叫做“宇宙膨脹說”，認為引力常量在慢慢減小。根據(jù)這種理論，試分析現(xiàn)在太陽系中地球的公轉(zhuǎn)軌道平徑、周期、速率與很久很久以前相比變化的情況?！窘馕觥康厍蛟诎霃綖閞的圓形軌道上以速率v運動的過程中，引力常數(shù)g減小了一個微小量，萬有引力公式。由于太陽質(zhì)量m,地球質(zhì)量m,r均未改變，萬有引力f引必然隨之減小，并小于公轉(zhuǎn)軌道上該點所需的向心力（速度不能突變）。由于慣性，地球?qū)⒆鲭x心運動，即向外偏離太陽，半徑r增大。

19、地球在遠離太陽的過程中，在太陽引力的作用下引起速率v減小，運轉(zhuǎn)周期增大。由此可以判斷，在很久很久以前，太陽系中地球的公轉(zhuǎn)軌道半徑比現(xiàn)在小，周期比現(xiàn)在小，速率比現(xiàn)在大。 由引力常量g在慢慢減小的前提可以分析出太陽系中地球的公轉(zhuǎn)軌道半徑在慢慢變大，表明宇宙在不斷地膨脹。試題展示第2課散 專題：人造天體的運動知識簡析 一、衛(wèi)星的繞行角速度、周期與高度的關(guān)系（1）由，得，當h，v（2）由g=m2（r+h），得=，當h，（3）由g，得t= 當h，t二、三種宇宙速度： 第一宇宙速度（環(huán)繞速度）：v1=7.9km/s，人造地球衛(wèi)星的最小發(fā)射速度。也是人造衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動的最大速度。 第二宇宙速度（脫

20、離速度）：v2=11.2km/s，使衛(wèi)星掙脫地球引力束縛的最小發(fā)射速度。 第三宇宙速度（逃逸速度）：v3=16.7km/s，使衛(wèi)星掙脫太陽引力束縛的最小發(fā)射速度。三、第一宇宙速度的計算方法一：地球?qū)πl(wèi)星的萬有引力就是衛(wèi)星做圓周運動的向心力g=m，v=。當h，v，所以在地球表面附近衛(wèi)星的速度是它運行的最大速度。其大小為rh（地面附近）時，=79×103m/s方法二：在地面附近物體的重力近似地等于地球?qū)ξ矬w的萬有引力，重力就是衛(wèi)星做圓周運動的向心力當rh時ghg 所以v1=79×103m/s第一宇宙速度是在地面附近hr，衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動的最大速度四、兩種最常見的衛(wèi)星 近

21、地衛(wèi)星。 近地衛(wèi)星的軌道半徑r可以近似地認為等于地球半徑r，由式可得其線速度大小為v1=7.9×103m/s；由式可得其周期為t=5.06×103s=84min。由、式可知，它們分別是繞地球做勻速圓周運動的人造衛(wèi)星的最大線速度和最小周期。 神舟號飛船的運行軌道離地面的高度為340km，線速度約7.6km/s，周期約90min。 同步衛(wèi)星?！巴健钡暮x就是和地球保持相對靜止，所以其周期等于地球自轉(zhuǎn)周期，即t=24h。由式g=m= m（r+h）可得，同步衛(wèi)星離地面高度為 hr3·58×107 m即其軌道半徑是唯一確定的離地面的高度h=3.6×10

22、4km，而且該軌道必須在地球赤道的正上方，運轉(zhuǎn)方向必須跟地球自轉(zhuǎn)方向一致即由西向東。如果僅與地球自轉(zhuǎn)周期相同而不定點于赤道上空，該衛(wèi)星就不能與地面保持相對靜止。因為衛(wèi)星軌道所在平面必然和地球繞日公轉(zhuǎn)軌道平面重合，同步衛(wèi)星的線速度 v=3.07×103m/s通訊衛(wèi)星可以實現(xiàn)全球的電視轉(zhuǎn)播，從圖可知，如果能發(fā)射三顆相對地面靜止的衛(wèi)星（即同步衛(wèi)星）并相互聯(lián)網(wǎng)，即可覆蓋全球的每個角落。由于通訊衛(wèi)星都必須位于赤道上空3.6×107m處，各衛(wèi)星之間又不能相距太近，所以，通訊衛(wèi)星的總數(shù)是有限的。設(shè)想在赤道所在平面內(nèi)，以地球中心為圓心隔50放置一顆通訊衛(wèi)星，全球通訊衛(wèi)星的總數(shù)應(yīng)為72個。五

23、.了解不同高度的衛(wèi)星飛行速度及周期的數(shù)據(jù) 衛(wèi)星飛行速度及周期僅由距地高度決定與質(zhì)量無關(guān)。設(shè)衛(wèi)星距地面高度為h，地球半徑為r，地球質(zhì)量為m，衛(wèi)星飛行速度為v，則由萬有引力充當向心力可得v=gm/（r+h）½。知道了衛(wèi)星距離地面的高度，就可確定衛(wèi)星飛行時的速度大小。不同高度處人造地球衛(wèi)星的環(huán)繞速度及周期見下表：高度(km)030050010003000500035900（同步軌道）38000（月球軌道）環(huán)繞速度(km/s)7.917 .737. 627.366.535.292.770.97周期（分）84.490 .594.510515021023小時56分28天六、衛(wèi)星的超重和失重（1）

24、衛(wèi)星進入軌道前加速過程，衛(wèi)星上物體超重 (2)衛(wèi)星進入軌道后正常運轉(zhuǎn)時，衛(wèi)星上物體完全失重七、人造天體在運動過程中的能量關(guān)系當人造天體具有較大的動能時，它將上升到較高的軌道運動，而在較高軌道上運動的人造天體卻具有較小的動能。反之，如果人造天體在運動中動能減小，它的軌道半徑將減小，在這一過程中，因引力對其做正功，故導致其動能將增大。同樣質(zhì)量的衛(wèi)星在不同高度軌道上的機械能不同。其中衛(wèi)星的動能為，由于重力加速度g隨高度增大而減小，所以重力勢能不能再用ek=mgh計算，而要用到公式（以無窮遠處引力勢能為零，m為地球質(zhì)量，m為衛(wèi)星質(zhì)量，r為衛(wèi)星軌道半徑。由于從無窮遠向地球移動過程中萬有引力做正功，所以系

25、統(tǒng)勢能減小，為負。）因此機械能為。同樣質(zhì)量的衛(wèi)星，軌道半徑越大，即離地面越高，衛(wèi)星具有的機械能越大，發(fā)射越困難。八、相關(guān)材料i人造衛(wèi)星做圓軌道和橢圓軌道運行的討論 當火箭與衛(wèi)星分離時，設(shè)衛(wèi)星的速度為v（此即為發(fā)射速度），衛(wèi)星距離地心為r,并設(shè)此時速度與萬有引力垂直（通過地面控制可以實現(xiàn)）如圖所示，則，若衛(wèi)星以v繞地球做圓周運動，則所需要的向心力為：f向 當f萬=f向時，衛(wèi)星將做圓周運動若此時剛好是離地面最近的軌道，則可求出此時的發(fā)射速度v7.9 km/s. 當f萬f向時，衛(wèi)星將做離心運動，做橢圓運動，遠離地球時引力做負功，衛(wèi)星動能轉(zhuǎn)化為引力勢能（神州五號即屬于此種情況） 當f萬f向時，衛(wèi)星在引

26、力作用下，向地心做橢圓運動，若此時發(fā)生在最近軌道，則v7.9 km/s，衛(wèi)星將墜人大氣層燒毀。 因此：星箭分離時的速度是決定衛(wèi)星運行軌道的主要條件2.人造衛(wèi)星如何變軌衛(wèi)星從橢圓軌道變到圓軌道或從圓軌道變到橢圓軌道是衛(wèi)星技術(shù)的一個重要方面，衛(wèi)星定軌和返回都要用到這個技術(shù)以衛(wèi)星從橢圓遠點變到圓軌道為例加以分析：如圖所示，在軌道a點，萬有引力fa，要使衛(wèi)星改做圓周運動，必須滿足fa和fav，在遠點已滿足了fav的條件，所以只需增大速度，讓速度增大到fa，這個任務(wù)由衛(wèi)星自帶的推進器完成 這說明人造衛(wèi)星要從橢圓軌道變到大圓軌道，只要在橢圓軌道的遠點由推進器加速，當速度達到沿圓軌道所需的速度，人造衛(wèi)星就不

27、再沿橢圓軌道運動而轉(zhuǎn)到大圓軌道“神州五號”就是通過這種技術(shù)變軌的，地球同步衛(wèi)星也是通過這種技術(shù)定點于同步軌道上的規(guī)律方法1、處理人造天體問題的基本思路 由于運行中的人造天體，萬有引力全部提供人造地球衛(wèi)星繞地球做圓周運動的向心力，因此所有的人造地球衛(wèi)星的軌道圓心都在地心解關(guān)于人造衛(wèi)星問題的基本思路：視為勻速圓周運動處理；萬有引力充當向心力；根據(jù)已知條件選擇向心加速度的表達式便于計算；利用代換式gr2=gm推導化簡運算過程。注意：人造衛(wèi)星的軌道半徑與它的高度不同離地面不同高度，重力加速度不同， 【例l】設(shè)人造地球衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動，衛(wèi)星離地面越高，則衛(wèi)星的（ ）a速度越大 b角速度越大 c向

28、心加速度越大；d周期越長 解析：（1）v與 r的關(guān)系： g= m；即（r越大v越?。┧源鸢竌錯誤（2）與r的關(guān)系：g=m2r ，即（r越大，越小）所以答案b錯誤（3）a與r的關(guān)系：g=ma，a=gm/r2，即a1/r2。衛(wèi)星繞軌道半徑 r運轉(zhuǎn)時的向心加速度與該處的重力加速度g/相等，所以 g/a， g/1/r2，（r越大加速度越?。┧源鸢竎錯誤（4）t與r的關(guān)系：g=mr ，t=2即t（ r越大，t越大）所以答案d正確 因 gmg0r02，所以 t2，當 r=ro時，ttmin2 答案：d說明：可以看出，繞地球做勻速圓周運動的人造衛(wèi)星的軌道半徑r、線速度大小v和周期t是一一對應(yīng)的，其中一個

29、量確定后，另外兩個量也就唯一確定了。離地面越高的人造衛(wèi)星，線速度越小而周期越大?！纠?】設(shè)地球的半徑為r0，質(zhì)量為m的衛(wèi)星在距地面r0高處做勻速圓周運動，地面的重力加速度為g0，則以下說法錯誤的是（ ）a.衛(wèi)星的線速度為； b.衛(wèi)星的角速度為；c.衛(wèi)星的加速度為； d.衛(wèi)星的周期；解析：在地面：;在高空：；g=¼g0；此重力加速度即為衛(wèi)星的向心加速度故c選項錯誤衛(wèi)星的線速度故a選項正確周期故d選項正確角速度故b選項正確2、人造天體的發(fā)射與變軌【例3】一組太空人乘坐大空穿梭機，去修理位于離地球表面 60×105m的圓形軌道上的哈勃太空望遠鏡h機組人員使穿梭機s進入與h相同的軌

30、道并關(guān)閉推動火箭，而望遠鏡則在穿梭機前方數(shù)公里處，如圖所示，設(shè)g為引力常數(shù)，而me為地球質(zhì)量（已知：地球半徑為 64×106m） （1）在穿梭機內(nèi)，一質(zhì)量為70kg的太空人的視重是多少？ （2）計算軌道上的重力加速度的值 計算穿梭機在軌道上的速率和周期（3）證明穿梭機的總機械能跟成正比，r為它的軌道半徑注：若力 f與位移r之間有如下的關(guān)系：f=kr2（其中k為常數(shù)），則當r由處變?yōu)?，f做功的大小可用以下規(guī)律進行計算： w kr（設(shè)處的勢能為0） 穿梭機須首先螺旋進入半徑較小的軌道，才有較大的角速度以超前望遠鏡用上題的結(jié)果判所穿梭機要進入較低軌道時應(yīng)增加還是減少其原有速率，解釋你的答

31、案 【解析】：（1）在穿梭機內(nèi)，一質(zhì)量為70kg的太空人的視重為0 （2）因為mg/gmem/（rh）2，所以 g/=gme（rh）2，其中r64×106m， h60×105mg/=82ms2 地球?qū)Υ┧髾C的萬有引力提供向心力 有：gmem/（rh）2mv2/（rh）=m（2/t）2（r十h）， 所以v=76×103ms t58×103s （3）因為萬有引力 f gmem/r2滿足fk（1r2）（其中 kgmem為常數(shù)），由“注”可知，當穿梭機與地球之間的距離由處變到r時，萬有引力對其所做的功wk/r=gmem/r，又因為：萬有引力對穿梭機做多少功，其重

32、力勢能就減小多少，若設(shè)處的勢能為零，則穿梭機在半徑為r的軌道上時。其重力勢能為e=一gmem/r，則穿梭機此時的總機械能e總=ep十ek=一gmem/r十½mv2代入（2）中的v值，得：e總=一gmem/r十½m（gme/r）一（gmem/2）（1r） 故穿梭機的總機械能跟一1r成正比，得證 因為e總跟一1r成正比，故進入低軌道時總機械能要減小，故必須減速，使總機械能減小，當速度減小后，在引力場的作用下進行低軌道運行，因引力做正功，動能增加，低軌道環(huán)繞速度vr/大于原軌道環(huán)繞速度vr，又因為vr，vr/vr，r/r，則r/r，從而獲得較大的角速度，則可能趕上哈勃太空望遠鏡【

33、例4】 如圖所示，某次發(fā)射同步衛(wèi)星時，先進入一個近地的圓軌道，然后在p點點火加速，進入橢圓形轉(zhuǎn)移軌道（該橢圓軌道的近地點為近地圓軌道上的p，遠地點為同步軌道上的q），到達遠地點時再次自動點火加速，進入同步軌道。設(shè)衛(wèi)星在近地圓軌道上運行的速率為v1，在p點短時間加速后的速率為v2，沿轉(zhuǎn)移軌道剛到達遠地點q時的速率為v3，在q點短時間加速后進入同步軌道后的速率為v4。試比較v1、v2、v3、v4的大小，并用小于號將它們排列起來_。qv2v3pv4v1解析：根據(jù)題意有v2>v1、v4>v3,而v1、v4是繞地球做勻速圓周運動的人造衛(wèi)星的線速度，由式知v1>v4,故結(jié)論為v2>

34、v1>v4>v3。衛(wèi)星沿橢圓軌道由pq運行時，由機械能守恒可知，其重力勢能逐漸增大，動能逐漸減小，因此有v2>v3。 衛(wèi)星的回收實際上是衛(wèi)星發(fā)射過程的逆過程?！纠?】在空中飛行了十多年的“和平號”航天站已失去動力，由于受大氣阻力作用其繞地球轉(zhuǎn)動半徑將逐漸減小，最后在大氣層中墜毀，在此過程中下列說法正確的是（ ） a航天站的速度將加大 b航天站繞地球旋轉(zhuǎn)的周期加大 c航天站的向心加速度加大 d航天站的角速度將增大 【解析】由gmm/r2=mv2/r=mr2=mr（2/t）2=ma 得v=， t2可知r減小，v增大，增大，t減小，a增大a、c、 d正確【例6】“神舟三號”順利發(fā)射

35、升空后，在離地面340km的圓軌道上運行了108圈。運行中需要進行多次“軌道維持”。所謂“軌道維持”就是通過控制飛船上發(fā)動機的點火時間和推力的大小方向，使飛船能保持在預(yù)定軌道上穩(wěn)定運行。如果不進行軌道維持，由于飛船受軌道上稀薄空氣的摩擦阻力，軌道高度會逐漸降低，在這種情況下飛船的動能、重力勢能和機械能變化情況將會是 .動能、重力勢能和機械能都逐漸減小.重力勢能逐漸減小，動能逐漸增大，機械能不變.重力勢能逐漸增大，動能逐漸減小，機械能不變.重力勢能逐漸減小，動能逐漸增大，機械能逐漸減小由于阻力很小，軌道高度的變化很慢，衛(wèi)星運行的每一圈仍可認為是勻速圓周運動。由于摩擦阻力做負功所以衛(wèi)星的機械能減小

36、；由于重力做正功所以重力勢能減?。挥墒娇芍l(wèi)星動能將增大(這也說明重力做的功大于克服阻力做的功，外力做的總功為正)。答案選d?！纠?】飛船發(fā)射過程是一個加速過程，在加速過程中，宇航員處于_超重狀態(tài)_狀態(tài)。人們把這種狀態(tài)下的重力與靜止在地球表面時的重力的比值稱為耐受力值，用k表示，則k=_ k=1+a/g _（設(shè)宇航員的質(zhì)量為m，加速上升加速度為a），選擇宇般員時，要求他在此狀態(tài)的耐受值為4k12，說明飛船發(fā)射時的加速度值的變化范圍_3ga11g _.【例8】飛船在發(fā)射升空時，如果宇航員是站立的，則他的心血管系統(tǒng)受到何種影響？你認為宇航員采取什么資勢為好？答：由于在發(fā)射升空過程中，人處于超衙狀態(tài)

37、下，頭部血壓降低，足部血壓升高，使大量血液淤積在下肢靜脈中，嚴重影響靜脈血的回流，使心臟輸出血量不足，造成頭部供血不足，輕則引起視覺障礙，重則可能導致意識喪失，所以宇航員采用平躺姿勢為好?！纠?】航天飛船進入距地表3r地的軌道繞地球做圓周運動時，質(zhì)量為64kg的宇航員處于_完全失重_狀態(tài)，他的視重為_0_n。實際所受力_40_n?！纠?0】若飛船要與軌道空間站對接，飛船為了追上軌道空間站（ a ） a可以從較低的軌道上加速 b可以從較高的軌道上加速c可以從與空間站同一軌道上加速 d無論在什么軌道上，只要加速都行【例11】 我國的國土遼闊，在東西方向上分布在東經(jīng)70°到東經(jīng)135

38、76;的廣大范圍內(nèi)，所以我國發(fā)射的同步通信衛(wèi)星一般定點在赤道上空3.6萬公里，東經(jīng)100°附近。假設(shè)某顆通信衛(wèi)星計劃定點在赤道上空東經(jīng)104°的位置。經(jīng)測量剛進入軌道時它位于赤道上空3.6萬公里，東經(jīng)103°處。為了把它調(diào)整到104°處，可以短時間啟動星上的小型發(fā)動機，通過適當調(diào)整衛(wèi)星的軌道高度，改變其周期，從而使其自動“漂移”到預(yù)定經(jīng)度。然后再短時間啟動星上的小型發(fā)動機調(diào)整衛(wèi)星的高度，實現(xiàn)最終定點。這兩次調(diào)整高度的方向應(yīng)該依次是 .向下、向上 .向上、向下 .向上、向上 .向下、向下東經(jīng)103°在東經(jīng)104°西邊，為使衛(wèi)星向東漂移，

39、應(yīng)使它的周期變小，為此應(yīng)降低其高度，所以先向下；到達東經(jīng)104°后，再向上?！纠?2】設(shè)想宇航員完成了對火星表面的科學考察任務(wù)，乘坐返回艙返回圍繞火星做圓周運動的軌道艙，如圖所示為了安全，返回艙與軌道艙對接時，必須具有相同的速度求該宇航員乘坐的返回艙至少需要獲得多少能量，才能返回軌道艙？ 已知：返回過程中需克服火星引力做功wmgr（1一r/r），返回艙與人的總質(zhì)量為m，火星表面重力加速度為g，火星半徑為r，軌道艙到火星中心的距離為r；不計火星表面大氣對返回艙的阻力和火星自轉(zhuǎn)的影響rr解析：物體m在火星m表面附近時，有mg解得gmgr2設(shè)軌道艙的質(zhì)量為m0，速度大小為v，則返回艙與軌道

40、艙對接時，應(yīng)具有的動能為ek=½mv2聯(lián)立解得依題意知返回艙返回過程需克服引力做功wmgr（1r/r）返回艙返回時至少需要能量為w總=ek + w=說明：這是一道關(guān)于天體運動的信息題題中有多個對象，解題時要分清研究對象，選好規(guī)律【例13】2003年10月15日上午9時，我國在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射“神舟五號”載人航天飛船，這是我國首次實現(xiàn)載人航天飛行，也是全世界第三個具有發(fā)射載人航天器能力的國家“神舟五號”飛船長8. 86 m ;質(zhì)量為7990 kg.飛船在達到預(yù)定的橢圓軌道后運行的軌道傾角為42. 4 0，近地點高度200 km，遠地點高度約350 km.實行變軌后，進入離地約350 km的圓軌道上運行，飛船運動14圈后，于16日凌晨在內(nèi)蒙古成功著陸（地球半徑ro=-6.4×106 m，地球表面重力加速度g=10 m/s2，··5.48，計算結(jié)果保留三位有效數(shù)字）求：（1)飛船變軌后在軌道上正常運行時的速度（2)飛船在圓軌道上運行的周期解析：設(shè)飛船的質(zhì)量為m，地球質(zhì)量為m.飛船在圓軌道上運行時：對于地面上質(zhì)量為