2022年高二物理暑期輔導班 課題七 萬有引力與航天教學案（無答案）

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1、2022年高二物理暑期輔導班 課題七 萬有引力與航天教學案（無答案） 【走進考場】 1. 2010年10月1日，我國第二顆探月衛(wèi)星“嫦娥二號”成功發(fā)射，“嫦娥二號”最終進入距月球表面h=100 km的圓形工作軌道，開始進行科學探測活動.設月球半徑為R，月球表面的重力加速度為g，萬有引力常量為G，則下列說法正確的是 A. “嫦娥二號”繞月球運行的周期為 B. 月球的平均密度為 C. “嫦娥二號”在工作軌道上的繞行速度為 D. 在“嫦娥二號”的工作軌道處的重力加速度為 　 2.某星球的質(zhì)量約為地球的9倍，半徑約為地球的一半.若從地球上高h處平拋一物體，射程為60m，則在

2、該星球上，從同樣高度、以同樣的初速度平拋同一物體，射程應為多少？ 【學習目標】 1. 了解三個宇宙速度的含義；能推算第一宇宙速度. 2. 了解不同類型的人造衛(wèi)星的異同. 3. 能定性了解衛(wèi)星變軌問題. 4. 了解發(fā)射速度和運行速度的區(qū)別. 【方法探究】 天體表面和某高度的重力加速度的關系 表面處的重力加速度g： 某高度（h）重力加速度g′： 所以重力加速度隨地面高度的增大而減小.但高度h 地球半徑R時，可忽略這

3、種變化，認為重力加速度是不變的。 【例1】一物體在地球表面重16N，它在以5m/s2 的加速度加速上升的火箭中的視重為9N，則此火箭離地球表面的距離為地球半徑R的（ ） A. 2倍 B. 3倍 C. 4倍 D. 1/2 不同類型的人造衛(wèi)星的異同 1. 由于衛(wèi)星做圓周運動的向心力必須由地球給它的萬有引力來提供，所以所有的地球衛(wèi)星包括同步衛(wèi)星，其軌道圓的圓心都必須在地球的 上. 2.同步衛(wèi)星的特點： （1） 周期一定： （2） 角速度一定：

4、 （3） 軌道一定： （4） 線速度大小一定： 【例2】甲、乙為兩顆地球衛(wèi)星，其中甲為地球同步衛(wèi)星，乙的運行高度低于甲的運行高度，兩衛(wèi)星軌道均可視為圓軌道.以下判斷正確的是（ ） A. 甲的周期大于乙的周期 B. 乙的速度大于第一宇宙速度 C. 甲的加速度小于乙的加速度 D. 甲在運行時能經(jīng)過北極的正上方 環(huán)繞速度和發(fā)射速度的聯(lián)系和區(qū)別 1. 不同高度處的人造衛(wèi)星在圓軌道上的運行速度即環(huán)繞速度v環(huán)繞＝

5、 ， 其大小隨半徑的增大而減小.但是，由于在人造地球衛(wèi)星發(fā)射過程中火箭要克服地球引力做功，勢能增大，所以將衛(wèi)星發(fā)射到離地球越遠的軌道，在地面上所需的發(fā)射速度就越大，此時 2. 人造地球衛(wèi)星的最小發(fā)射速度對應將衛(wèi)星發(fā)射到近地表面運行，此時發(fā)射時的動能全部作為繞行的動能而不需要轉(zhuǎn)化為重力勢能.此速度即為第一宇宙速度，此時 【例3】宇航員在月球上做自由落體實驗，將某物體由距月球表面高h處釋放，經(jīng)時間t后落到月球表面（設月球半徑為R）。據(jù)上述信息推斷，飛船在月球表面附近繞月球做勻速圓周運動所必須具有的速率為

6、 A． B． C． D． 【同步練習】一顆以華人物理學家“吳健雄”命名的小行星，半徑約為16 km，密度與地球相近.若在此小行星上發(fā)射一顆繞其表面運行的人造衛(wèi)星，它的發(fā)射速度約為多少？. 已知地球的半徑R=6.4×103 km，取g=10 m/s2 【例4】xx年5月，航天飛機在完成對哈勃空間望遠鏡的維修任務后，在A點從圓形軌道Ⅰ進入橢圓軌道Ⅱ，B為軌道Ⅱ上的一點，如圖所示.關于航天飛機的運動，下列說法中正確

7、的是（ ） A. 在軌道Ⅱ上經(jīng)過A的速度小于經(jīng)過B的速度 B. 在軌道Ⅱ上經(jīng)過A的動能小于在軌道Ⅰ上經(jīng)過A的動能 C. 在軌道Ⅱ上運動的周期小于在軌道Ⅰ上運動的周期 P 地球 Q 軌道1 軌道2 D. 在軌道Ⅱ上經(jīng)過A的加速度小于在軌道Ⅰ上經(jīng)過A的加速度 【強化練習】 2008年9月25日至28日我國成功實施了“神舟”七號載入航天飛行并實現(xiàn)了航天員首次出艙。飛船先沿橢圓軌道飛行，后在遠地點343千米處點火加速，由橢圓軌道變成高度為343千米的圓軌道，在此圓軌道上飛船運行周期約為90分鐘。下列判斷正確的是（ ） A．飛船變軌前后的機械能相等 B．飛船在圓軌

8、道上時航天員出艙前后都處于失重狀態(tài) C．飛船在此圓軌道上運動的角度速度大于同步衛(wèi)星運動的角速度 D．飛船變軌前通過橢圓軌道遠地點時的加速度大于變軌后沿圓軌道運動的加速度 要點四：人造地球衛(wèi)星中的超重和失重 在載人衛(wèi)星發(fā)射過程中，整個衛(wèi)星以加速度a向上加速運動，這時衛(wèi)星中的人和其他物體的動力學方程為 F－mg＝ma，則F＝mg＋ma. 即F＞mg，這就是所謂的“超重”現(xiàn)象. 當衛(wèi)星進入軌道以后，圍繞地球做勻速圓周運動，這時衛(wèi)星中的人和其他物體均以本身受的重力作為向心力，即mg＝mv2/r.顯然，他們不再給支持物以壓力或拉力，衛(wèi)星上的物體完全“失重”，在衛(wèi)星中處于“漂浮”狀態(tài).因

9、此，在衛(wèi)星上，凡是原理與重力有關的儀器均不能使用. 【例5】2008年9月27日“神舟七號”航天員翟志剛順利完成出艙活動任務，他的第一次太空行走標志著中國航天事業(yè)全新時代的到來.“神舟七號”繞地球做近似勻速圓周運動，其軌道半徑為r，若另有一顆衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動的半徑為2r，則可以確定（ ） A. 衛(wèi)星與“神舟七號”的加速度大小之比為1∶4 B. 衛(wèi)星與“神舟七號”的線速度大小之比為1∶ C. 翟志剛出艙后不再受地球引力 D. 翟志剛出艙任務之一是取回外掛的實驗樣品，假如不小心實驗樣品脫手，則它做自由落體運動 綜合題型 【例6】宇航員站在一星球表面上的某高處，沿水平方

10、向拋出一個小球，經(jīng)過時間t，小球落到星球表面，測得拋出點與落地點之間的距離為L.若拋出時的初速度增大到原來的2倍，則拋出點與落地點之間的距離為 .已知兩落地點在同一水平面上，該星球的半徑為R，引力常量為G，求該星球的質(zhì)量M. 【例7】兩顆衛(wèi)星在同一軌道平面繞地球做勻速圓周運動，地球半徑為R，a衛(wèi)星離地面的高度等于R，b衛(wèi)星離地面高度為3R，則 （1）a、b兩衛(wèi)星周期之比Ta∶Tb是多少? （2）若某時刻兩衛(wèi)星正好同時通過地面同一點的正上方，則a至少經(jīng)過多少個周期兩衛(wèi)星相距最遠? 【效果評估】 b a c 地球 1

11、.如圖所示，a、b、c是在地球大氣層外圓形軌道上運動的3顆衛(wèi)星，下列說法正確的是( ) A．b、c的線速度大小相等，且大于a的線速度； B．b、c的向心加速度大小相等，且大于a的向心加速度； C．c加速可追上同一軌道上的b，b減速可等候同一軌道上的c； D．a(chǎn)衛(wèi)星由于某原因，軌道半徑緩慢減小，其線速度將增大。 2.發(fā)射人造衛(wèi)星是將衛(wèi)星以一定的速度送入預定軌道.發(fā)射場一般選擇在盡可能靠近赤道的地方，如圖所示，這樣選址的優(yōu)點是，在赤道附近（） A. 地球的引力較大 B. 地球自轉(zhuǎn)線速度較大 C. 重力加速度較大 D. 地球自轉(zhuǎn)角速度較大 3.

12、2008年9月25日，我國成功發(fā)射了“神舟七號”載人飛船.在飛船繞地球做勻速圓周運動的過程中，下列說法正確的是（） A. 知道飛船的運行軌道半徑和周期，再利用萬有引力常量，就可以算出飛船的質(zhì)量 B. 航天員從船艙中慢慢“走”出并離開飛船，飛船因質(zhì)量減小，受到地球的萬有引力減小，則飛船速率減小 C. 飛船返回艙在返回地球的橢圓軌道上運動，在進入大氣層之前的過程中，返回艙的動能逐漸增大，勢能逐漸減小 D. 若有兩個這樣的飛船在同一軌道上，相隔一段距離沿同一方向繞行，只要后一飛船向后噴出氣體，則兩飛船一定能實現(xiàn)對接 4.xx 年8 月,“嫦娥二號”成功進入了環(huán)繞“日地拉格朗日點”的軌道，我國成為世界上第三個造訪該點的國家. 如圖所示,該拉格朗日點位于太陽和地球連線的延長線上,一飛行器處于該點,在幾乎不消耗燃料的情況下與地球同步繞太陽做圓周運動，則此飛行器的 (A) 線速度大于地球的線速度 (B) 向心加速度大于地球的向心加速度 (C) 向心力僅由太陽的引力提供 (D) 向心力僅由地球的引力提供 5.某行星和地球繞太陽公轉(zhuǎn)的軌道均可視為圓。每過 N年，該行星會運行到日地連線的延長線上，如圖所示。該行星與地球的公轉(zhuǎn)半徑比為 A． B. C． D.