高中物理必修2飞向太空-知识探讨

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1、飞向太空-知识探讨合作与讨论发射人造卫星探索宇宙奥秘，目前成为人类频繁地探索太空的活动.同学们肯定亲眼观看过2003年10月15日我国首次载人航天飞船用火箭送入太空那精彩的一幕.请同学们根据对发射过程的观察和自己的认识，谈谈火箭为什么有那么大的威力使如此笨重的火箭和航天器获得如此巨大的速度进入太空预定的轨道.我的思路：如图3－3，可以根据牛顿第三定律，即火箭在喷出高压和高速燃气的同时，由于空气对火箭的反作用，从而使火箭获得向前的动力等.请同学们继续思考，假如火箭或飞行器到了无空气的太空，飞行器又是靠什么实现变轨的？这点相信同学

2、们在学习完动量守恒定律之后可以得出圆满的答案.图3－3例题思考【例1】某物体在地球表面上受到的重力为160N；将它放置在卫星中，在卫星以加速度a=g/2随火箭加速上升的过程中，当物体与卫星中的支持物的相互挤压力为90N时，卫星此时距地面的高度为多少？(已知地球的半径R=6.4×103km，取g=10m/s2)思路：先根据牛顿第二定律列出加速度a=g/2时的方程，然后根据万有引力产生重力的思想，分别列出两个方程，最后联立求解.答案：1.92×104km解析：依题意可知物体的质量为m=16kg.当物体与卫星中的支持物的相互挤压力为

3、90N时，设此时卫星距地面的高度为H，如图3－4所示，在火箭加速上升的过程中物体受到重力G′(此时重力加速度为g′)和支持力N两个力的作用，根据牛顿第二定律：F=ma，即N－G′=ma，有：mg′=N－ma图3－4根据万有引力定律，万有引力产生重力，有：GMm/r2=mg′在地球表面附近，GMm/R2=mg联立三式得：r=R=4R,故H=r－R=3R=1.92×104km.点评：本题牵扯到的物理规律比较多，要求学生综合前面所学知识解决问题.在解此题时学生往往容易忽略一点，即物体所受的重力加速度g′随高度的增加而减小.如果这点不

4、能突破，很难理顺思路，顺利根据有关规律列出方程求解.【例2】发射人造卫星或航天器需要使用多级火箭推进，才能达到其脱离地球引力的速度.请你利用简易器材模拟演示火箭推进的装置，并说明其根据的原理.思路：火箭之所以能推进卫星或航天器达到其所需要的速度，主要是因为火箭在推进运行的过程中向后喷出高压及高速的燃气.根据牛顿第三定律，这些高压、高速的燃气反作用于火箭上，从而使火箭获得巨大的反作用力而被向前推进.答案：略解析：方法一：可以利用气球来模拟演示.具体做法如下：将气球充满气体，然后封闭气口，放在水平地面上.将气口以最快的速度放开，即

5、可以观察和感受到气体在往后喷气的同时，气球以较快的速度往前运动.(如图3－5所示)图3－5方法二：可以利用烟花来模拟演示.在节日，同学们可以利用燃放烟花来体验，在烟花喷射出的同时，手感觉到一个反作用的力施加于手.方法三：可以制作水火箭来模拟演示.水火箭是同学们非常感兴趣的一项活动，水火箭的制作简单，成功率高，是一个能充分说明火箭推进原理的课外制作活动.点评：本题从科技问题立意，体现出问题的开放性和探究性，对激发学生的学习兴趣和提高解决问题的能力有启迪作用.探讨典型例题【例1】已知地球半径为R，试求地面上空h高处的重力加速度g′

6、.解析：设h高处有一质量为m的物体，地球质量为M，则mg′=G，所以g′=将GM=gR2代入得g′=（）2·g.【例2】已知太阳光射到地面约需时497s，试估算太阳的质量.解析：地球绕太阳运行的轨道半径就是太阳和地球的距离，这个距离是r=ct=3×108×497m=1.49×1011m地球绕太阳运行的周期为1年，即T=3600×24×365.5s=3.16×107s设太阳和地球的质量分别为M和m，由于G=m（）2，故M=（）2=（）2×kg=1.96×1030kg.【例3】一人造地球卫星在距地面高度等于地球半径一半的圆周轨道上

7、运行，它的速率有多大？解析：设地球、卫星质量分别为M、m，地球半径、卫星高度分别为规律发现利用万有引力定律，可以计算地球上任意已知高度的重力加速度和其他星球表面自由落体运动的加速度.此类问题的一般解题思路是，设有一物体，该物体受到的重力是地球（或某星球）对它的引力，计算时可以为物重等于它受到的引力，比如地球质量为M，地球半径为R，对于地面上质量为m的物体，有mg=G.所以，地面的重力加速度为g=.由于地面重力加速度g=9.8m/s2是已知常数，因此在应用中注意使其变化式GM=gR2，往往给解题带来方便.R、h，因为G=m，所以

8、卫星速率v=将GM=gR2，v1==7.9km/s和h=R代入上式即得v===v1=6.5km/s.卫星绕地球（或恒星）做匀速圆周运动的向心力是地球（或恒星）对它的引力.计算卫星速率时，如果注意利用第一宇宙速度，可以简化计算过程.