第四講 萬有引力定律與應用 學案-高一下學期物理人教版（2019）必修第二冊

肥城一中“四階段六步導學”課堂教學導學案年級：高三學科：物理序號：7編制人：審核人：________【使用說明及學法指導】1、先自查與本考點相關(guān)的知識，然后開始做導學案2、針對預習、自學及合作探究找出疑惑點，課上小組討論交流，答疑解惑3、帶“﹡”的為選做題專題：萬有引力定律與應用【導學目標】深刻理解萬有引力定律在天體運動及航天中的應用；熟練運用圓周運動知識處理與萬有引力定律、天體運動相綜合的問題?！局攸c、難點】運用圓周運動知識處理與萬有引力定律、天體運動相綜合的問題。【方法指導】主要思想方法有：建立圓周運動模型方法、等效的思想方法等?！究键c解讀】本專題知識是歷年高考的熱點，解決的是天體在萬有引力作用下的圓周運動問題．高考對本專題的考查形式多以現(xiàn)代航空航天科技為背景來命題，題目情景新，過程復雜，具有一定的綜合性．考查的主要內(nèi)容有：應用萬有引力定律解決天體運動問題。多以選擇題的形式出現(xiàn)，預計2013年高考命題仍以此方式進行考查。復習時應深刻理解萬有引力定律，熟練應用圓周運動知識處理與萬有引力定律、天體運動相綜合的問題?！局R結(jié)構(gòu)】【合作探究】考點一、天體質(zhì)量和密度的計算[例1](2012·福建高考)一衛(wèi)星繞某一行星表面附近做勻速圓周運動，其線速度大小為v。假設宇航員在該行星表面上用彈簧測力計測量一質(zhì)量為m的物體重力，物體靜止時，彈簧測力計的示數(shù)為N。已知引力常量為G，則這顆行星的質(zhì)量為()A.eq\f(mv2,GN)B.eq\f(mv4,GN)C.eq\f(Nv2,Gm) D.eq\f(Nv4,Gm)【變式訓練】2011年中俄聯(lián)合實施探測火星活動計劃，由中國負責研制的“螢火一號”火星探測器與俄羅斯研制的“福布斯—土坡”火星探測器一起由俄羅斯“天頂”運載火箭發(fā)射前往火星．如果火星的質(zhì)量為地球質(zhì)量的eq\f(1,9)，火星的半徑為地球半徑的eq\f(1,2).那么關(guān)于火星探測器，下列說法中正確的是()A．探測器的發(fā)射速度只有達到了第三宇宙速度才可以發(fā)射成功B．火星的密度是地球密度的eq\f(8,9)倍C．探測器在火星表面上的重力是在地球表面上重力的eq\f(2,9)倍D．火星探測器環(huán)繞火星運行的最大速度為繞地球運行的第一宇宙速度的2倍【總結(jié)提升】考點二、人造衛(wèi)星的a、υ、T、ω與r的關(guān)系[例2](2012·浙江高考)如圖所示，在火星與木星軌道之間有一小行星帶。假設該帶中的小行星只受到太陽的引力，并繞太陽做勻速圓周運動。下列說法正確的是()A．太陽對各小行星的引力相同B．各小行星繞太陽運動的周期均小于一年C．小行星帶內(nèi)側(cè)小行星的向心加速度值大于外側(cè)小行星的向心加速度值D．小行星帶內(nèi)各小行星圓周運動的線速度值大于地球公轉(zhuǎn)的線速度值【變式訓練】我國將于今年發(fā)射“神舟九號”、“神舟十號”飛船與已經(jīng)發(fā)射的目標飛行器“天宮一號”進行對接試驗，如圖所示，若“天宮一號”在離地面約340km高的圓軌道上正常運行．下列說法中正確的是()A．“天宮一號”的運行速度大于第一宇宙速度B．對接前，“神舟九號”欲追上“天宮一號”，必須在同一軌道上點火加速C．對接時，“神舟九號”與“天宮一號”所受萬有引力的大小一定相等D．對接時，“神舟九號”的發(fā)動機全部關(guān)閉，則“神舟九號”與“天宮一號”的加速度相等【總結(jié)提升】考點三、衛(wèi)星變軌問題分析[例3]2012年6月16日18時37分，執(zhí)行我國首次載人交會對接任務的“神舟九號”載人飛船發(fā)射升空，在距地面343公里的近圓軌道上，與等待已久的“天宮一號”實現(xiàn)多次交會對接、分離，于6月29日10時許成功返回地面，下列關(guān)于“神舟九號”與“天宮一號”的說法正確的是()A．若再知道“天宮一號”的繞行周期，再利用萬有引力常量，就可算出地球的質(zhì)量B．在對接前，“神舟九號”軌道應稍低于“天宮一號”的軌道，然后讓“神舟九號”加速追上“天宮一號”并與之對接C．在對接前，應讓“神舟九號”和“天宮一號”在同一軌道上繞地球做圓周運動，然后讓“神舟九號”加速追上“天宮一號”并與之對接D．“神舟九號”返回地面時應在繞行軌道上先減速【變式訓練】2012年2月8日，歐洲航天局的“火星快車”號探測飛船利用雷達探測到火星表面有海床沉積物的跡像，為證明火星表面曾經(jīng)被海洋覆蓋提供了有力證據(jù)．如圖所示，“火星快車”號探測飛船到達火星附近后，先沿橢圓軌道Ⅰ運動，P是近地點、Q是遠地點，變軌后沿圓形軌道Ⅱ運動()A．飛船在軌道Ⅰ上從P到Q的過程中，動能減小B．飛船沿軌道Ⅰ運行的周期小于沿軌道Ⅱ運行的周期C．飛船沿軌道Ⅰ經(jīng)P點時的速度大于沿軌道Ⅱ經(jīng)P點時的速度D．飛船沿軌道Ⅰ經(jīng)P點時的加速度大于沿軌道Ⅱ經(jīng)P點時的加速度【總結(jié)提升】【鞏固訓練】1．(2012·深圳調(diào)研)在地球的圓形同步軌道上有某一衛(wèi)星正在運行，則下列說法正確的是()A．衛(wèi)星的重力小于在地球表面時受到的重力B．衛(wèi)星處于完全失重狀態(tài)，所受重力為零C．衛(wèi)星離地面的高度是一個定值D．衛(wèi)星相對地面靜止，處于平衡狀態(tài)2．(2012·山東高考)2011年11月3日，“神舟八號”飛船與“天宮一號”目標飛行器成功實施了首次交會對接。任務完成后“天宮一號”經(jīng)變軌升到更高的軌道，等待與“神舟九號”交會對接。變軌前和變軌完成后“天宮一號”的運行軌道均可視為圓軌道，對應的軌道半徑分別為R1、R2，線速度大小分別為v1、v2。則eq\f(v1,v2)等于()A.eq\r(\f(R\o\al(3,1),R\o\al(3,2))) B.eq\r(\f(R2,R1))C.eq\f(R\o\al(2,2),R\o\al(2,1)) D.eq\f(R2,R1)3．(2012·唐山調(diào)研)2011年8月26日消息，英國曼徹斯特大學的天文學家認為，他們已經(jīng)在銀河系里發(fā)現(xiàn)一顆由曾經(jīng)的龐大恒星轉(zhuǎn)變而成的體積較小的行星，這顆行星完全由鉆石構(gòu)成。若已知萬有引力常量，還需知道哪些信息可以計算該行星的質(zhì)量()A．該行星表面的重力加速度及繞行星運行的衛(wèi)星的軌道半徑B．該行星的自轉(zhuǎn)周期與星體的半徑C．圍繞該行星做圓周運動的衛(wèi)星的公轉(zhuǎn)周期及運行半徑D．圍繞該行星做圓周運動的衛(wèi)星的公轉(zhuǎn)周期及公轉(zhuǎn)線速度4．(2012·天津高考)一人造地球衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動，假如該衛(wèi)星變軌后仍做勻速圓周運動，動能減小為原來的eq\f(1,4)，不考慮衛(wèi)星質(zhì)量的變化，則變軌前后衛(wèi)星的()A．向心加速度大小之比為4∶1B．角速度大小之比為2∶1C．周期之比為1∶8D．軌道半徑之比為1∶25.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