高中物理天体运动总结及习题课课件 17页

一、双基回顾：1、开普勒行星运动定律：第一定律（轨道定律）：第二定律（面积定律）：第三定律（周期定律）：R13／T12=R23／T22即R3／T2=k2、万有引力定律：定律内容：表达式：引力常量的测定：适用条件：在天文学上的应用：3、三种宇宙速度：第一宇宙速度（环绕速度）：第二宇宙速度（脱离速度）：第三宇宙速度（逃逸速度）：4、人造卫星5、利用万有引力定律分析天体及卫星运动的基本思路：天体运动问题中，由于涉及到的关系多、公式多，形式复杂，容易导致混乱。所以要求在处理问题时要抓住一条主线：把天体及卫星的运动看成匀速圆周运动，万有引力来提供向心力，此后从一条龙公式[GMm/r2=mv2/r=mrω2=m(4π2/T2)r=mωv=mg/]上去寻求解决问题突破口。\n解题过程中还需注意：①卫星运行的轨道半径与离地面的高度不同②黄金替代：GM=gR2在问题处理中表现得很活跃③有效利用一些隐含条件，如地球表面的重力加速度；地球自转、公转的周期；月球绕地球运转的周期；地球的半径、同步卫星的定值参数等。\n二、问题聚集：1、万有引力、重力和向心力之间有何关系？2、重力加速度与纬度、高度之间何关系？3、人造卫星的轨道可以是任意的吗？4、卫星的发射速度和运行速度是一回事吗？5、同步卫星的运行过程中有哪些特点？6、卫星的线速度、角速度、周期、加速度与半径（或高度）之间有何关系？7、如何利用已有知识分析下述问题？⑴同步卫星的发射、变轨、回收问题⑵飞船与空间站的对接问题⑶卫星的超重和失重问题8、卫星的向心加速和物体随地球自转的向心加速度有什么区别？\n三、考点探究：1、星球表面的重力加速度：2、天体质量、密度的求解计算问题：3、天体瓦解问题：4、线速度、角速度、周期、向心加速度（重力加速度）随半径（或高度）变化的关系型问题：5、卫星发射、运行过程中的超重、失重问题：6、第一宇宙速度的理解、推导问题：7、同步卫星问题：8、双星问题：9、卫星的变轨问题：10、与STS相结合的信息给予题：STS是英文Science，TechnologyandSociety的缩写词，译成中文是科学、技术与社会的意思。与之相关联的信息给予题的最大特点是陌生度大，如黑洞、“风云X号”气象卫星、火箭发射系统、“和平号”空间站、哈勃太空望远镜、“神舟X号”飞船、“勇气号”探测器、GPS定位系统、宇宙村等均是命题的背景材料，文字内容叙述繁杂冗长，这类题目多与生产、生活及现代物理知识相联系，主要考查学生的心理素质，分析综合的能力。应对措施：“八字”方针——“通读、联想、画图、转换”四、实战演练：五、解题感悟：\n（1）测天体的质量及密度：（万有引力全部提供向心力）【例1】中子星是恒星演化过程的一种可能结果，它的密度很大。现有一中子星，观测到它的自转周期为T=1/30s。问该中子星的最小密度应是多少才能维持该星的稳定，不致因自转而瓦解。计算时星体可视为均匀球体。(引力常数G=6.67x10-11m/kg.s)\n设想中子星赤道处一小块物质，只有当它受到的万有引力大于或等于它随星体所需的向心力时，中子星才不会瓦解。设中子星的密度为，质量为M，半径为R，自转角速度为，位于赤道处的小物块质量为m，则有由以上各式得，代入数据解得：\n（2）行星表面重力加速度、轨道重力加速度问题：（重力近似等于万有引力）【例2】一卫星绕某行星做匀速圆周运动，已知行星表面的重力加速度为g0，行星的质量M与卫星的质量m之比M/m=81，行星的半径R0与卫星的半径R之比R0/R＝3.6，行星与卫星之间的距离r与行星的半径R0之比r/R0＝60。设卫星表面的重力加速度为g，则在卫星表面有……经过计算得出：卫星表面的重力加速度为行星表面的重力加速度的1/3600。上述结果是否正确？若正确，列式证明；若有错误，求出正确结果。解析：题中所列关于g的表达式并不是卫星表面的重力加速度，而是卫星绕行星做匀速圆周运动的向心加速度。正确的解法是卫星表面Gm/R2＝g行星表面GM/R02=g0即=即g=0.16g0。\n（3）人造卫星、宇宙速度：人造卫星分类（略）：其中重点了解同步卫星,宇宙速度：（弄清第一宇宙速度与发卫星发射速度的区别）【例3】我国自行研制的“风云一号”、“风云二号”气象卫星运行的轨道是不同的。“一号”是极地圆形轨道卫星。其轨道平面与赤道平面垂直，周期是12h；“二号”是地球同步卫星。两颗卫星相比号离地面较高；号观察范围较大；号运行速度较大。若某天上午8点“风云一号”正好通过某城市的上空，那么下一次它通过该城市上空的时刻将是。\n解析：根据周期公式T=知，高度越大，周期越大，则“风云二号”气象卫星离地面较高；根据运行轨道的特点知，“风云一号”观察范围较大；根据运行速度公式V=知，高度越小，速度越大，则“风云一号”运行速度较大，由于“风云一号”卫星的周期是12h，每天能对同一地区进行两次观测，在这种轨道上运动的卫星通过任意纬度的地方时时间保持不变。则下一次它通过该城市上空的时刻将是第二天上午8点。\n【例4】可发射一颗人造卫星，使其圆轨道满足下列条件（）A、与地球表面上某一纬度线（非赤道）是共面的同心圆B、与地球表面上某一经度线是共面的同心圆C、与地球表面上的赤道线是共面同心圆,且卫星相对地面是运动的D、与地球表面上的赤道线是共面同心圆,且卫星相对地面是静止的解析：卫星绕地球运动的向心力由万有引力提供,且万有引力始终指向地心，因此卫星的轨道不可能与地球表面上某一纬度线（非赤道）是共面的同心圆，故A是错误的。由于地球在不停的自转，即使是极地卫星的轨道也不可能与任一条经度线是共面的同心圆，故B是错误的。赤道上的卫星除通信卫星采用地球静止轨道外，其它卫星相对地球表面都是运动的，故C、D是正确的。\n【例5】在地球（看作质量均匀分布的球体）上空有许多同步卫星，下面说法中正确的是（）A．它们的质量可能不同B．它们的速度可能不同C．它们的向心加速度可能不同D．它们离地心的距离可能不同A\n【例6】我国自制新型“长征”运载火箭，将模拟载人航天试验飞船“神舟三号”送入预定轨道，飞船绕地球遨游太空t＝7天后又顺利返回地面。飞船在运动过程中进行了预定的空间科学实验，获得圆满成功。①设飞船轨道离地高度为h，地球半径为R，地面重力加速度为g.则“神舟三号”飞船绕地球正常运转多少圈?(用给定字母表示)。②若h＝600km，R＝6400km，则圈数为多少?\n（4）双星问题：【例7】两个星球组成双星，它们在相互之间的万有引力作用下，绕连线上某点做周期相同的匀速圆周运动。现测得两星中心距离为R，其运动周期为T，求两星的总质量。解析：设两星质量分别为M1和M2，都绕连线上O点作周期为T的圆周运动，星球1和星球2到O的距离分别为l1和l2。由万有引力定律和牛顿第二定律及几何条件可得M1：\n练习1练习2人造地球卫星在地面附近绕地球做圆形轨道运行时，速度为v0，如果将它发射至半径为2倍的地球半径的高空圆轨道，那么它的运行速度为多少？某国家报纸报道：该国发射了一颗周期是80分钟的人造地球卫星。请你判断该新闻的正确性。同步练习\n练习3练习4宇航员在某一星球上以速度v0竖直上抛物体，经ｔｓ落回手中．已知地球的半径为Ｒ，星球的半径是地球半径的一半．那么，至少要用多大的速度沿星球表面抛出物体，它才不再落回星球表面．近地卫星线速度为7.9km/s，已知月球质量是地球质量的1/18，球半径是月球半径的3.8倍，求在月球上发射“近月卫星”的环绕速度约为多少？\n根据下列已知条件分别求同步卫星离地面的高度．（1）地球质量为Ｍ，半径为Ｒ，自转角速度为ω；（2）设地球表面重力加速度为g，半径为Ｒ，自转周期为T。练习5\n*练习6在天体运动中，将两颗彼此相距较近的行星称为双星。它们在相互的万有引力作用下间距保持不变，并沿半径不同的同心圆轨道做匀速圆周运动。如果双星间距为L，质量分别为M1和M2，试计算：（1）双星的轨道半径；（2）双星的运行周期；（3）双星的线速度。