高中物理 第三章 萬有引力定律 第3節(jié) 萬有引力定律的應(yīng)用 2 萬有引力定律在天文學(xué)上的應(yīng)用學(xué)案 教科版必修2.doc

《高中物理 第三章 萬有引力定律 第3節(jié) 萬有引力定律的應(yīng)用 2 萬有引力定律在天文學(xué)上的應(yīng)用學(xué)案 教科版必修2.doc》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《高中物理 第三章 萬有引力定律 第3節(jié) 萬有引力定律的應(yīng)用 2 萬有引力定律在天文學(xué)上的應(yīng)用學(xué)案 教科版必修2.doc（4頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

萬有引力定律在天文學(xué)上的應(yīng)用 一、考點突破： 考點 考綱要求 備注 萬有引力定律在天文學(xué)上的應(yīng)用 1. 掌握萬有引力在星球表面及高空引力的計算方法 2. 掌握天體運動模型及衛(wèi)星的各物理量的關(guān)系 3. 理解衛(wèi)星的向心加速度和所在高度的重力加速度的關(guān)系 本知識點是獨立的知識點，高考中每年必考，主要以選擇題的形式出現(xiàn)，考查知識點有描述衛(wèi)星參量的關(guān)系、天體的追及問題、估測等，題目設(shè)置的物理情景多源于我國的航空航天事業(yè)的突出成績。 二、重難點提示： 重點：天體運動模型及衛(wèi)星的各物理量的關(guān)系。 難點：天體運動模型的建立及衛(wèi)星運行的加速度和地球表面重力加速度的關(guān)系。 應(yīng)用之一：物體萬有引力的計算 1. 在地球表面： 2. 在某一高度h處：。 應(yīng)用之二：利用萬有引力定律分析環(huán)繞天體運動的快慢 原理：衛(wèi)星繞天體中心做勻速圓周運動，天體對衛(wèi)星的萬有引力提供衛(wèi)星做勻速圓周運動的向心力。 1. 線速度： 2. 角速度： 3. 周期： 4. 向心加速度： 【核心歸納】 1. 衛(wèi)星越高越慢； 2. 衛(wèi)星運動的向心加速度等于衛(wèi)星所在高度的重力加速度； 3. 描述衛(wèi)星運動快慢的物理量（v、T、ω、a）只與高度有關(guān)； 4. r為衛(wèi)星半徑，指衛(wèi)星到中心天體中心的距離。 應(yīng)用之三：發(fā)現(xiàn)未知天體——萬有引力定律的貢獻(xiàn) 背景：1781年由英國物理學(xué)家威廉赫歇爾發(fā)現(xiàn)了天王星，但人們觀測到的天王星的運行軌跡與萬有引力定律推測的結(jié)果有一些誤差，于是人們就推測在天王星外面軌道上還應(yīng)有其他星體…… 1. 1845年，英國人亞當(dāng)斯和法國天文學(xué)家勒威耶據(jù)計算，發(fā)現(xiàn)了“海王星”（第8個行星）。 2. 1930年3月14日，人們發(fā)現(xiàn)了冥王星。從第一次發(fā)現(xiàn)的1930年到2006年，冥王星被當(dāng)作太陽系的第9顆行星。2006年8月24日，國際天文聯(lián)合會首次將冥王星排除在行星外。 例題1 （北京卷）萬有引力定律揭示了天體運行規(guī)律與地上物體運動規(guī)律具有內(nèi)在的一致性。 （1）用彈簧秤稱量一個相對于地球靜止的小物體的重量，隨稱量位置的變化可能會有不同的結(jié)果。已知地球質(zhì)量為M，自轉(zhuǎn)周期為T，萬有引力常量為G。將地球視為半徑為R、質(zhì)量均勻分布的球體，不考慮空氣的影響。設(shè)在地球北極地面稱量時，彈簧秤的讀數(shù)是F0。 a. 若在北極上空高出地面h處稱量，彈簧秤讀數(shù)為F1，求比值的表達(dá)式，并就的情形算出具體數(shù)值（計算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）； b. 若在赤道地面稱量，彈簧秤讀數(shù)為F2，求比值的表達(dá)式。 （2）設(shè)想地球繞太陽公轉(zhuǎn)的圓周軌道的半徑r、太陽的半徑Rs和地球的半徑R三者均減小為現(xiàn)在的1.0%，而太陽和地球的密度均勻且不變。僅考慮太陽和地球之間的相互作用，以現(xiàn)實地球的1年為標(biāo)準(zhǔn)，計算“設(shè)想地球”的1年將變?yōu)槎嚅L。 思路分析：（1）設(shè)小物體質(zhì)量為m。 a. 在北極地面 在北極上空高出地面h處 當(dāng)時 b. 在赤道地面，小物體隨地球自轉(zhuǎn)做勻速圓周運動，受到萬有引力和彈簧秤的作用力，有 得 。 （2）地球繞太陽做勻速圓周運動，受到太陽的萬有引力，設(shè)太陽質(zhì)量為MS，地球質(zhì)量為M，地球公轉(zhuǎn)周期為TE，有 得 其中ρ為太陽的密度。 由上式可知，地球公轉(zhuǎn)周期TE僅與太陽的密度、地球公轉(zhuǎn)軌道半徑和太陽半徑之比有關(guān)。因此“設(shè)想地球”的1年與現(xiàn)實地球的1年時間相同。 答案：（1）a. 　0.98 b. （2）1年 例題2 （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，速度減小為原來的，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∶1 B. 角速度大小之比為2∶1 C. 周期之比為1∶8 D. 軌道半徑之比為1∶2 思路分析：根據(jù)，得衛(wèi)星變軌前、后的軌道半徑之比為，選項D錯誤；根據(jù)＝ma，得衛(wèi)星變軌前、后的向心加速度大小之比為，選項A錯誤；根據(jù)＝mω2r，得衛(wèi)星變軌前、后的角速度大小之比為，選項B錯誤；根據(jù)T＝，得衛(wèi)星變軌前、后的周期之比為，選項C正確。 答案：C 【方法提煉】 衛(wèi)星中的追及問題可以以某一顆衛(wèi)星為參考系，得到相對角速度后進(jìn)行求解。 滿分訓(xùn)練：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. 思路分析：地球周期年，經(jīng)過N年，地球比行星多轉(zhuǎn)一圈，即多轉(zhuǎn)，角速度之差為，所以N＝，即，環(huán)繞周期公式為，所以，化簡得。 答案：B