2019-2020学年新培优同步人教版高中物理必修二课件：第六章　本章整合

1、本章整合 专题一专题二专题三专题四 专题一、万有引力与重力的关系 1.万有引力和重力的关系 地面上物体所受的万有引力F可以分解为物体所受的重力mg和 (1)当物体在赤道上时,F、mg、Fn三力同向。此时满足Fn+mg=F, 物体的重力最小,方向指向地心。 (3)当物体在地球的其他位置时,三力方向不同,Fmg,重力略小于 万有引力,重力的方向不指向地心。 专题一专题二专题三专题四 (5)对于绕地球运行的近地卫星,所受的万有引力可认为等于卫星 的重力。 专题一专题二专题三专题四 2.赤道上物体的向心加速度和卫星的向心加速度的区别 放于地面赤道上的物体随地球自转所需的向心力是地球对物体 的引力和地面

2、支持力的合力提供的;而环绕地球运行的卫星所需的 向心力完全由地球对卫星的引力提供(如图所示)。 专题一专题二专题三专题四 两个向心力的数值相差很大(如质量为1 kg的物体在赤道上随地 球自转所需的向心力只有0.034 N,近地卫星上每千克的物体所需 的向心力是9.8 N),对应的两个向心加速度的计算方法也不同,赤道 专题一专题二专题三专题四 【例题1】 地球赤道上的物体,由于地球自转产生的向心加速度 a=3.3710-2 m/s2,赤道上的重力加速度g取 9.77 m/s2,问: (1)质量为m的物体在地球赤道上所受地球的万有引力为多大? (2)要使赤道上的物体由于地球的自转处于完全失重,地球

3、自转的 角速度应加快到实际角速度的多少倍? 专题一专题二专题三专题四 解析:(1)在赤道上,F万=mg+F向=mg+ma=9.803 7m。 (2)要使赤道上的物体由于地球自转而完全失去重力,即“飘”起来, 0为“飘”起时地球自转的角速度,R为地球的半径。 地球自转的角速度 所以0=17。 答案:(1)9.803 7m(2)17 专题一专题二专题三专题四 专题二、天体运动的处理方法 1.建立两种模型 一是绕行天体的质点模型; 二是绕行天体依靠“与中心天体之间的万有引力提供向心力”而 做匀速圆周运动的模型。 2.抓住两条思路 天体运动问题实际是万有引力定律、牛顿第二定律、匀速圆周 运动规律的综合

4、应用,解决问题的基本思路有两种: 专题一专题二专题三专题四 【例题2】 (多选)为了探测X星球,载着登陆舱的探测飞船在以 该星球中心为圆心,半径为r1的圆轨道上运动,周期为T1,总质量为m1。 随后登陆舱脱离飞船,变轨到离星球更近的半径为r2的圆轨道上运 动,此时登陆舱的质量为m2,则() 专题一专题二专题三专题四 答案:AD 专题一专题二专题三专题四 专题三、人造卫星的相关问题 1.人造卫星的几个速度 (1)发射速度:是指卫星直接从地面发射后离开地面时的速度,相 当于在地面上用一门威力强大的大炮将卫星轰出炮口时的速度,发 射卫星离开炮口后,不再有动力加速度。 (2)第一宇宙速度:7.9 km

5、/s是指地球卫星的最小发射速度。在地 面附近,卫星绕地球做圆周运动,万有引力提供向心力,而万有引力 此式仅适用于紧靠地面的圆轨道上运行的卫星,将g、R值代入可 得v1=7.9 km/s,且v1恒定,即发射速度为 7.9 km/s 时卫星刚好紧靠地 面的圆轨道运行,且其环绕速度为7.9 km/s。 专题一专题二专题三专题四 (3)第二宇宙速度:11.2 km/s是指使物体挣脱地球引力的束缚,成 为绕太阳运行的人造卫星(或飞到其他行星上去)的最小发射速度。 (4)第三宇宙速度:16.7 km/s是指使物体挣脱太阳引力的束缚,飞 到太阳系以外的宇宙空间去的最小发射速度。 (5)轨道速度:人造卫星在高

6、空沿着圆轨道或椭圆轨道运行。若沿 圆轨道运行,此时F向=F引,即 式中M为地球质量,r为卫星与地心之间的距离,v就是卫星绕地球 运行的速率。 专题一专题二专题三专题四 【例题3】 “静止”在赤道上空的地球同步气象卫星把广阔视野 内的气象数据发回地面,为天气预报提供准确、全面和及时的气象 资料。设地球同步卫星的轨道半径是地球半径的n倍,下列说法正 确的是() 专题一专题二专题三专题四 解析:同步卫星绕地球做圆周运动,由万有引力提供向心力, 答案:C 专题一专题二专题三专题四 2.人造卫星的超重和失重 (1)人造卫星在发射升空时,有一段加速运动,在返回地面时,有一 段减速运动。这两个过程加速度方向

7、均向上,因而都是超重状态。 (2)人造卫星在沿圆轨道运行时,由于万有引力提供向心力,所以 处于完全失重状态,在这种情况下凡是与重力有关的力学现象都会 停止,因此在卫星上的仪器,凡是制造原理与重力有关的均不能使 用,同理与重力有关的实验也将无法进行。 专题一专题二专题三专题四 3.人造卫星的变轨问题 卫星绕天体稳定运行时,万有引力提供了卫星做圆周运动的向心 专题一专题二专题三专题四 【例题4】 (多选)如图所示,发射同步卫星的一般程序:先让卫星 进入一个近地的圆轨道,然后在P点变轨,进入椭圆形转移轨道(该 椭圆轨道的近地点为近地圆轨道上的P,远地点为同步圆轨道上的 Q),到达远地点Q时再次变轨,

8、进入同步轨道。设卫星在近地圆轨道 上运行的速率为v1,在椭圆形转移轨道的近地点P点的速率为v2,沿 转移轨道刚到达远地点Q时的速率为v3,在同步轨道上的速率为v4, 三个轨道上运动的周期分别为T1、T2、T3,则下列说法正确的是( ) A.在P点变轨时需要加速,Q点变轨时要减速 B.在P点变轨时需要减速,Q点变轨时要加速 C.T1T2v1v4v3 专题一专题二专题三专题四 解析:卫星在椭圆形转移轨道的近地点P时做离心运动,所受的万 答案:CD 专题一专题二专题三专题四 专题四、天体运动中的多星问题 1.双星问题 (1)双星 众多的天体中如果有两颗恒星,它们靠得较近,在万有引力作用 下绕着它们连

9、线上的某一点共同转动,这样的两颗恒星称为双星。 (2)双星问题特点 右图为质量分别是m1和m2的两颗相距较近 的恒星。它们间的距离为l。此双星问题的 特点: 两星的运行轨道为同心圆,圆心是它们之间连线上的某一点; 两星的向心力大小相等,由它们间的万有引力提供; 两星的运动周期、角速度相同; 两星的运动半径之和等于它们间的距离,即r1+r2=l。 专题一专题二专题三专题四 (3)双星问题的处理方法 双星间的万有引力提供了它们做圆周运动的向心力,即 m1r1=m2r2,即某恒星的运动半径与其质量成反比。 专题一专题二专题三专题四 【例题5】 质量分别为m和M的两个星球A和B在引力作用下都 绕O点做

10、匀速圆周运动,星球A和B两者中心之间距离为l。已知A、 B的中心和O三点始终共线,A和B分别在O的两侧。引力常量为G。 (1)求两星球做圆周运动的周期; (2)在地月系统中,若忽略其他星球的影响,可以将月球和地球看 成上述星球A和B,月球绕其轨道中心运行的周期记为T1。但在近似 处理问题时,常常认为月球是绕地心做圆周运动的,这样算得的运 行周期记为T2。已知地球和月球的质量分别为5.981024 kg和 7.351022 kg。求T2与T1二次方之比。(结果保留三位小数) 专题一专题二专题三专题四 解析:(1)两星球围绕同一点O做匀速圆周运动,其角速度相同,周 期也相同,其所需向心力由两者间的

11、万有引力提供,则 其中r1+r2=l 由以上三式可得 专题一专题二专题三专题四 (2)对于地月系统,若认为地球和月球都围绕中心连线某点O做匀 速圆周运动,由(1)可知地球和月球的运行周期 若认为月球围绕地心做匀速圆周运动,由万有引力与天体运动的 关系得 专题一专题二专题三专题四 2.三星问题 (1)三星共线模型 如图甲所示,三颗质量相等的行星,一颗行星位于中心位置不 动,另外两颗行星围绕它做圆周运动。这三颗行星始终位于同一直 线上,中心行星受力平衡。运转的行星由其余两颗行星的引力提供 两行星转动的方向相同,周期、角速度、线速度的大小相等。 专题一专题二专题三专题四 【例题6】 宇宙中存在一些离其他恒星较远的、由质量相等的 三颗星组成的三星系统,通常可忽略其他星体对它们的引力作用。 已观测到稳定的三星系统存在两种基本的构成形式:一种是三颗星 位于同一直线上,两颗星围绕中心星在同一半径为R的圆轨道上运 行;另一种是三颗星位于等边三角形的三个顶点上,并沿外接于等 边三角形的圆形轨道运行。设每个星体的质量均为m。 (1)求第一种形式下,星体运动的线速度和周期; (2)假设两种形式星体的运动周期相同,第二种形式下星体之间的 距离应为多少? 专题一专题二专题三专