万有引力与航天.doc

江安中学高一物理组 万有引力与航天活动单万有引力与航天（2课时）活动目标1 了解人类对行星运动规律的认识历程2 了解行星怎样运动3 了解行星为什么这样运动4 能运用万有引力定律解决天体运动问题5 体会科学家们实事求是、尊重客观事实、不迷信权威、敢于坚持真理和勇于探索的科学态度和科学精神，体会对描述自然追求简单和谐是科学研究的动力之一学生活动一：阅读课本及资料查阅，了解人类对行星的认识历程【阅读】课本P31-P36，完成下列表格学说地心说日心说开普勒三定律代表人物基本观点【习题】1、下列说法正确的是 ( )A、地球是宇宙的中心，太阳、月亮及其他行星都绕地球运动B、太阳是宇宙的中心，所有天体都绕太阳运动C、太阳是静止不动的，地球和其他行星都绕太阳运动D、“地心说”和哥白尼提出的“日心说”现在看来都是不正确的2、16世纪，哥白尼根据天文观测的大量资料，经过40多年的天文观测和潜心研究，提出“日心说”的如下四个基本理论，这四个论点目前看存在的缺陷是（ ）A、 宇宙的中心是太阳，所有行星都在绕太阳做匀速圆周运动B、 地球是绕太阳做匀速圆周运动的行星，月球是绕地球做匀速圆周运动的卫星，它绕地球运转的同时还跟地球一起绕太阳运动。C、 天穹不转动，因为地球每天自西向东自转一周，造成天体每天东升西落的现 象。D、 与日地距离相比，恒星离地球都十分遥远，比日地间的距离大得多。3、关于行星的运动，以下说法正确的是（ ）A、行星轨道的半长轴越长，自转周期就越大B、行星轨道的半长轴越长，公转周期就越大C、水星的半长轴最短，公转周期最大D、冥王星离太阳“最远”，绕太阳运动的公转周期最长4、根据开普勒行星运动定律，我们可以推出的正确结论有（ ）A、人造地球卫星的轨道都是椭圆，地球位于椭圆的一个焦点上B、卫星离地球愈远速率愈小C、卫星离地球愈远周期愈大D、同一卫星绕不同行星运动，R/T的值都相同5理论和实践证明，开普勒定律不仅适用于太阳系中的天体运动，而且对一切天体（包括卫星绕行星的运动）都适用。下面对于开普勒第三定律的公式，下列说法正确的是（ ）A、公式只适用于轨道是椭圆的运动B、式中的K值，对于所有行星（或卫星）都相等C、式中的K值，只与中心天体有关，与绕中心天体旋转的行星（或卫星）无关 D、若已知月球与地球之间的距离，根据公式可求出地球与太阳之间的距离师生活动二：运用开普勒三定律、向心力的计算公式推导太阳对行星的引力简化模型：行星运动按照“圆”来处理演义与推理：行星绕太阳做圆周运动向心力的来源：1、设行星的质量为，速度为，行星到太阳的距离为，则行星绕太阳做圆周运动的向心力的计算公式：2、将向心力用更易测量的公转周期表示：3、由开普勒第三定律将公式进一步变形：4、根据牛顿第三定律，既然太阳吸引行星，行星也必然吸引太阳，那么行星对太阳的引力与哪些因素有关呢？5、通过行星与太阳之间的相互作用力分析，推导出引力公式1）由于太阳对行星的引力与行星对太阳的引力是一对_力，大小_，方向_，所以太阳与行星间的引力与_、_成正比，与_成反比。2）太阳与行星间的引力公式：万有引力定律的认识1、 适用范围： 2、 引力常量G：（1） 引力常量G的得出：由英国科学家_通过_实验测得。（2） 大小： （3） 单位： 【习题】1、下面关于太阳对行星的引力的说法正确的是（ ）A、太阳对行星的引力等于行星做匀速圆周运动的向心力B、太阳对行星的引力大小与行星的质量成正比，与行星和太阳间的距离成正比C、太阳对行星的引力由实验得出的D、太阳对行星的引力规律是由开普勒定律和匀速圆周运动的规律推导出来的2、关于太阳与行星间引力的表达式，下列说法正确的是（ ）A. 公式中的G为比例系数，与太阳和行星均无关B. 公式中G由太阳与行星间的距离、作用力和质量决定C. M和m受到的引力总是大小相等，方向相反，是一对平衡力D. M和m受到的引力总是大小相等，方向相反，是一对相互作用力3、甲、乙两个质点间的万有引力大小为F，若甲物体的质量不变，乙物体的质量增加到原来的2倍，同时，它们之间的距离减为原来的1/2，则甲、乙两个物体的万有引力大小将变为（ ）A、F B、F/2 C、8F D、4F4、地球质量约为月球质量的81倍，当登月飞船航行到地球与月球中心连线的某一点时，飞船受到地球引力等于飞船受到的月球引力，方向相反，这一位置于地心距离为L地，与月心距离为L月，求L地：L月5、如图所示，在半径为R、质量为M的均匀铜球中，挖去一球形空穴，空穴的半径为，并且跟铜球相切，在铜球外有一质量为m、体积可忽略不计的小球，这个小球位于连接铜球球心跟空穴中心的直线上，并且在空穴一边，两球心相距是d，试求它们之间的相互吸引力师生活动三：运用万有引力定律1、行星类：1）一颗小行星绕太阳做匀速圆周运动的轨道半径是地球公转半径的4倍，则这颗小行星运行速率是地球运行速率的（ ）A、4倍 B、2倍 C、0.5倍 D、16倍2）一群小行星在同一轨道上绕太阳旋转，这些小行星具有（ ）A、相同的速率 B、相同的加速度C、相同的运转周期 D、相同的角速度2、星球表面：1）已知引力常量为G，地球的半径为R，地球表面的重力加速度为g，则地球的质量为多大？（不考虑地球自转的影响）2）用火箭把宇航员送到月球上，如果他已知月球的半径，那么他用一个弹簧秤和一个已知质量的砝码，能否测出月球的质量？应该怎样测定？3）地球半径为R，地球表面处的重力加速度为g0，在距地心4R高处的重力加速度为g，则gg0为A.12 B.14 C.19 D.116 4）地球半径为R，地球表面重力加速度为g，若高空中某处的重力加速度为g/2，则该处距地面的高度为（ ）A、（21）R B、R C、2R D、2R 3、加速升空：一物体在地球表面的重力为16N，它在以5m/s2加速上升的火箭中视重为9N，则此时火箭离地球表面的距离为地球半径的 倍。（g=10m/s2）4、卫星类：阅读课本P44，了解人类对卫星发射的设想，感知如何发射人造卫星，尝试建立卫星发射模型，1）对发射人造地球卫星的可行性，牛顿是如何猜想的？你从中有何启发？2）地面上的物体怎样才能成为一颗人造卫星？3）2009年2月11日，俄罗斯的“宇宙-2251”卫星和美国的“铱-33”卫星在西伯利亚上空约805km处发生碰撞。这是历史上首次发生的完整在轨卫星碰撞事件。碰撞过程中产生的大量碎片可能会影响太空环境。假定有甲、乙两块碎片，绕地球运动的轨道都是圆，甲的运行速率比乙的大，则下列说法中正确的是（）A. 甲的运行周期一定比乙的长 B. 甲距地面的高度一定比乙的高C. 甲的向心力一定比乙的小 D. 甲的加速度一定比乙的大4）高空遥感探测卫星在距地球表面高为h处绕地球转动。如果地球质量为M，。半径为R，人造卫星质量为m，万有引力常量为G，试求（1）人造卫星的线速度（2）人造卫星绕地球转动的周期（3）人造卫星的向心加速度5）认识三种宇宙速度（1.）第一宇宙速度的计算：人类必须以多大的速度发射一颗人造地球卫星，才能不落回地球。（已知引力常量为G=6.6710-11Nm2/kg2，地球的质量为M=5.891024kg，地球的半径为R=6.4106m）结论：轨道半径越大，卫星的运行速度越_若地球的质量未知，而已知地球表面重力加速度g=9.8m/s2，能否求出第一宇宙速度？ （2）第二宇宙速度（脱离速度）：在地面上发射物体，使之能够脱离地球的引力作用，成为绕_运行的人造行星或飞到其他行星上去所必需的最小_速度，称为第二宇宙速度。其大小_。注意：若发射速度7.9km/sv11.2km/s，则卫星的运行轨道是_，地球处在椭圆的一个焦点上。思考：若想发射一个飞行器，使其能脱离太阳的引力，则发射速度至少多大？（3）第三宇宙速度（逃逸速度）：在地面上发射物体，使它能脱离太阳的引力范围，飞出太阳系以外的宇宙空间所必需的最小_速度，称为第三宇宙速度。其大小_。注意：发射速度11.2km/sv16.7km/s时，卫星脱离地球束缚，成为太阳系的一颗“小行星”。 发射速度v16.7km/s时，卫星挣脱太阳的引力，逃到太阳系以外。abc【思考】右图三个轨道，哪些可以成为人造卫星的运行轨道？哪些轨道可以与地球自转同步？ 5、同步卫星的特点：1、 公转周期必须在赤道上空2、 同步卫星是相对于地面静止的人造卫星，它的周期等于地球自转周期T 【情景设定】已知地球的半径是6.4106m，地球的自转周期24h，地球的质量M=5.891024kg,引力常量G=6.6710-11Nm2/kg23、 地球同步卫星距地面的高度h4、 地球同步卫星运行的速度v5、我们国家在1996年成功发射了一颗实用地球同步卫星，从1999年至今已经多次将“神州”号宇宙飞船送入太空，。在某次试验中，飞船在空中飞行了36h，环