高二物理教案：第08讲 天体以及万有引力 13页

辅导教案 学员姓名： 学科教师：‎ 年 级：高一 辅导科目：物理 授课日期 ‎××年××月××日 ‎ 时 间 A / B / C / D / E / F段 主 题 天体以及万有引力 教学内容 ‎1.掌握万有引力内容 ‎2.结合圆周运动的知识掌握天体运动的规律 教法指导：在上课之前可以给学生布置一些关于天体的资料查询任务。天体的运转特点、线速度、角速度、周期等等。让学生想想这些知识都运用了哪些圆周运动的知识点和万有引力的知识点！让学生自己推到一些这些规律的变化与什么有关。‎ 接下来给学生讲解以下知识点！‎ 一、万有引力定律及其应用 ‎1．内容：自然界中任何两个物体都相互吸引，引力的方向在它们的连线上，引力的大小与物体的质量m1和m2的乘积成正比、与它们之间距离r的二次方成反比．‎ ‎2．表达式：F＝，G为引力常量：G＝6.67×10－11 N·m2/kg2.‎ ‎3．适用条件 ‎(1)公式适用于质点间的相互作用．当两物体间的距离远远大于物体本身的大小时，物体可视为质点．‎ ‎(2)质量分布均匀的球体可视为质点，r是两球心间的距离．‎ 二、环绕速度 ‎1．第一宇宙速度又叫环绕速度．‎ 推导过程为：由mg＝＝得：‎ v1＝ ＝＝7.9 km/s.‎ ‎2．第一宇宙速度是人造地球卫星在地面附近环绕地球做匀速圆周运动时具有的速度．‎ ‎3．第一宇宙速度是人造卫星的最大环绕速度，也是人造地球卫星的最小发射速度．‎ 特别提醒　‎ ‎1.两种周期——自转周期和公转周期的不同 ‎2．两种速度——环绕速度与发射速度的不同，最大环绕速度等于最小发射速度 ‎3．两个半径——天体半径R和卫星轨道半径r的不同 三、第二宇宙速度和第三宇宙速度 ‎1．第二宇宙速度(脱离速度)：v2＝11.2 km/s，使物体挣脱地球引力束缚的最小发射速度．‎ ‎2．第三宇宙速度(逃逸速度)：v3＝16.7 km/s，使物体挣脱太阳引力束缚的最小发射速度．‎ ‎【题型一：对万有引力定律的理解】‎ 教法指导：掌握万有引力定律的公式，知道使用条件。知道它的来源。‎ ‎【例1】关于万有引力公式F＝G，以下说法中正确的是 (　　)‎ A．公式只适用于星球之间的引力计算，不适用于质量较小的物体 B．当两物体间的距离趋近于0时，万有引力趋近于无穷大 C．两物体间的万有引力也符合牛顿第三定律 D．公式中引力常量G的值是牛顿规定的 ‎【解析】万有引力公式F＝G，虽然是牛顿由天体的运动规律得出的，但牛顿又将它推广到了宇宙中的任何物体，适用于计算任何两个质点间的引力．当两个物体间的距离趋近于0时，两个物体就不能视为质点了，万有引力公式不再适用．两物体间的万有引力也符合牛顿第三定律．公式中引力常量G的值是卡文迪许在实验室里用实验测定的，而不是人为规定的．故正确答案为C.‎ ‎【答案】　C ‎【变式练习1】关于万有引力定律公式F＝G中的r，下列说法中正确的是（ ）‎ ‎（A）对于均匀球体，就是指两球球心间的距离， ‎ ‎（B）对于相距很远的两物体，就是指两物体间的距离，‎ ‎（C）对于人造地球卫星，就是指卫星离地的高度，‎ ‎（D）对于做圆周运动的天体，就是指轨道的半径。‎ ‎【答案】AB ‎ ‎【题型二：第一宇宙速度的求解】‎ 教法指导：知道第一宇宙速度的意义和推到公式。‎ ‎【例2】一宇航员在某星球上以速度v0竖直上抛一物体，经t秒落回原处，已知该星球半径为R，那么该星球的第一宇宙速度是 (　　)‎ A. B. C. D. ‎【解析】　设该星球表面重力加速度为g，由竖直上抛知识知，t＝，所以g＝；由牛顿第二定律得：mg＝m，所以v＝＝ .‎ ‎【答案】B ‎【变式练习1】假设地球同步卫星的轨道半径是地球半径的n倍，则 (　　)‎ A．同步卫星运行速度是第一宇宙速度的倍 B．同步卫星的运行速度是第一宇宙速度的 倍 C．同步卫星的向心加速度是地球表面重力加速度的倍 D．同步卫星的运行速度是地球赤道上物体随地球自转速度的n倍 ‎【解析】对卫星都有：＝m，v＝ ，所以＝ ＝ ，B对，A错；因为＝ma向，所以a向＝，而mg＝，g＝，故＝＝，C错；由v＝rω知，＝＝n，故D对．‎ ‎【答案】　BD ‎【题型三：应用万有引力定律分析卫星运动问题】‎ 教法指导：掌握天体运动的规律。在轨道发生变化时要能够知道用什么公式或者知识去推到去证明。‎ ‎【例3】天宫一号是中国第一个目标飞行器，已于2011年9月29日21时16分3秒在酒泉卫星发射中心发射成功，它的发射标志着中国迈入中国航天“三步走”战略的第二步第二阶段.21时25分，天宫一号进入近地点约200公里，远地点约346.9公里，轨道倾角为42.75度，周期为5 382秒的运行轨道．由此可知(　　)‎ A．天宫一号在该轨道上的运行周期比同步卫星的运行周期短 B．天宫一号在该轨道上任意一点的运行速率比同步卫星的运行速率小 C．天宫一号在该轨道上任意一点的运行加速度比同步卫星的运行加速度小 D．天宫一号在该轨道上远地点距地面的高度比同步卫星轨道距地面的高度小 ‎【解析】　由题意知天宫一号的轨道半径比同步卫星要小，由＝知v＝ ，即v天>v同．由＝mr知T＝ ，知T天a同．故选项A、D正确．‎ ‎【答案】AD ‎【题型四：卫星变轨问题的分析方法】‎ 教法指导：注意卫星的运动特性。掌握下面的规律。‎ 卫星变轨问题的判断：‎ ‎(1)卫星的速度变大时，做离心运动，重新稳定时，轨道半径变大．‎ ‎(2)卫星的速度变小时，做近心运动，重新稳定时，轨道半径变小．‎ ‎(3)圆轨道与椭圆轨道相切时，切点处外面的轨道上的速度大，向心加速度相同.‎ ‎【例4】“天宫一号”被长征二号火箭发射后，准确进入预定轨道，如图所示，“天宫一号”在轨道1上运行4周后，在Q点开启发动机短时间加速，关闭发动机后，“天宫一号”沿椭圆轨道2运行到达P点，开启发动机再次加速，进入轨道3绕地球做圆周运动，“天宫一号”在图示轨道1、2、3上正常运行时，下列说法正确的是 (　　)‎ A．“天宫一号”在轨道3上的速率大于在轨道1上的速率 B．“天宫一号”在轨道3上的角速度大于在轨道1上的角速度 C．“天宫一号”在轨道1上经过Q点的加速度大于它在轨道2上经过Q点的加速度 D．“天宫一号”在轨道2上经过P点的加速度等于它在轨道3上经过P点的加速度 ‎【解析】　根据v＝ ，可知v3