2017届高考物理二轮专题突破专题三力与物体的曲线运动（2）万有引力与航天教案

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1、专题三力与物体的曲线运动第2讲：万有引力与航天一、学习目标1、掌握万有引力定律及天体质量和密度的求解2、学会卫星运行参量的分析3、会解决卫星变轨与对接4、会处理双星与多星问题二、课时安排2课时三、教学过程（一）知识梳理 1.在处理天体的运动问题时，通常把天体的运动看成是匀速圆周运动，其所需要的向心力由万有引力提供.其基本关系式为G＝m＝mω2r＝m()2r＝m(2πf)2r.在天体表面，忽略自转的情况下有G＝mg.2.卫星的绕行速度v、角速度ω、周期T与轨道半径r的关系(1)由G＝m，得v＝，则r越大，

2、v越小.(2)由G＝mω2r，得ω＝，则r越大，ω越小.(3)由G＝mr，得T＝，则r越大，T越大.3.卫星变轨(1)由低轨变高轨，需增大速度，稳定在高轨道上时速度比在低轨道小.(2)由高轨变低轨，需减小速度，稳定在低轨道上时速度比在高轨道大.4.宇宙速度(1)第一宇宙速度：推导过程为：由mg＝＝得：v1＝＝＝7.9km/s.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.(2)第二宇宙速度：v2＝11.2km/s，使物体挣脱地球引力束缚的最小发射速度.(3)第三宇宙速度：v3＝1

3、6.7km/s，使物体挣脱太阳引力束缚的最小发射速度.（二）规律方法1.分析天体运动类问题的一条主线就是F万＝F向，抓住黄金代换公式GM＝gR2.2.确定天体表面重力加速度的方法有：(1)测重力法；(2)单摆法；(3)平抛(或竖直上抛)物体法；(4)近地卫星环绕法.（三）典例精讲高考题型一万有引力定律及天体质量和密度的求解【例1】过去几千年来，人类对行星的认识与研究仅限于太阳系内，行星“51pegb”的发现拉开了研究太阳系外行星的序幕，“51pegb”绕其中心恒星做匀速圆周运动，周期约为4天，轨道半径约

4、为地球绕太阳运动半径的，该中心恒星与太阳的质量比约为(　　)A.B.1C.5D.10解析　研究行星绕某一恒星做匀速圆周运动，根据万有引力提供向心力，列出等式为：＝mr，M＝“51pegb”绕其中心恒星做匀速圆周运动，周期约为4天，轨道半径约为地球绕太阳运动半径的，所以该中心恒星与太阳的质量比约为≈1.答案　B归纳小结1.利用天体表面的重力加速度g和天体半径R.由于G＝mg，故天体质量M＝，天体密度ρ＝＝＝.2.通过观察卫星绕天体做匀速圆周运动的周期T和轨道半径r.(1)由万有引力等于向心力，即G＝mr，

5、得出中心天体质量M＝；(2)若已知天体半径R，则天体的平均密度ρ＝＝＝；(3)若天体的卫星在天体表面附近环绕天体运动，可认为其轨道半径r等于天体半径R，则天体密度ρ＝.可见，只要测出卫星环绕天体表面运动的周期T，就可估算出中心天体的密度.高考题型二卫星运行参量的分析【例2】(2016·全国乙卷·17)利用三颗位置适当的地球同步卫星，可使地球赤道上任意两点之间保持无线电通讯.目前，地球同步卫星的轨道半径约为地球半径的6.6倍.假设地球的自转周期变小，若仍仅用三颗同步卫星来实现上述目的，则地球自转周期的最小

6、值约为(　　)A.1hB.4hC.8hD.16h解析　地球自转周期变小，卫星要与地球保持同步，则卫星的公转周期也应随之变小，由开普勒第三定律＝k可知卫星离地球的高度应变小，要实现三颗卫星覆盖全球的目的，则卫星周期最小时，由数学几何关系可作出它们间的位置关系如图所示.卫星的轨道半径为r＝＝2R由＝得＝.解得T2≈4h.答案　B高考题型三卫星变轨与对接【例3】近年来，火星探索计划不断推进.如图1所示，载人飞行器从地面发射升空，经过一系列的加速和变轨，在到达“近火星点”Q时，需要及时制动，使其成为火星的卫星.

7、之后，又在绕火星轨道上的“近火星点”Q经过多次制动，进入绕火星的圆形工作轨道Ⅰ，最后制动，实现飞行器的软着陆，到达火星表面.下列说法正确的是(　　)图1A.飞行器在轨道Ⅰ和轨道Ⅱ上均绕火星运行，所以具有相同的机械能B.由于轨道Ⅰ与轨道Ⅱ都是绕火星运行，因此飞行器在两轨道上运行具有相同的周期C.飞行器在轨道Ⅲ上从P到Q的过程中火星对飞行器的万有引力做正功D.飞行器经过轨道Ⅰ和轨道Ⅱ上的Q时速率相同解析　飞行器由轨道Ⅱ在Q处必须制动才能进入轨道Ⅰ，所以飞行器在轨道Ⅰ上的机械能小于轨道Ⅱ上的机械能，故A错误.

8、根据开普勒第三定律知，轨道Ⅱ的半长轴比轨道Ⅰ的半径大，则飞行器在轨道Ⅰ上运行的周期小，故B错误.飞行器在轨道Ⅲ上从P到Q的过程中，火星对飞行器的万有引力与速度方向的夹角小于90°，则万有引力做正功，故C正确.根据变轨原理知，飞行器经过轨道Ⅱ上的Q时的速率大，故D错误.答案　C高考题型四双星与多星问题【例4】2016年2月11日，美国科学家宣布探测到引力波，证实了爱因斯坦100年前的预测，弥补了爱因斯坦广义相对论中最后一块缺失的“拼图”.双星