高三物理一轮复习人教版 天体运动 教案
高考物理总复习第四章第4节万有引力定律天体运动教学案新人教版
第4节 万有引力定律 天体运动考点1 开普勒定律与万有引力定律 【p 68】夯实基础图示所有行星绕太阳运动的轨道都是，太阳处在椭圆的一个对任意一个行星来说，它与太阳的连线在相等的时间内扫过相等的的二2.万有引力定律 (1)内容：自然界中任何两个物体都相互吸引，引力的大小与物体__质量的乘积__成正比，与它们之间__距离的平方__成反比．(2)公式：__F ＝G m 1m 2r __，式中G 为__引力常量__， G ＝__6.67×10－11N ·m 2/kg 2__．(3)适用条件：万有引力定律适用于两质点间万有引力大小的计算． 3．人造卫星 (1)卫星的轨道①赤道轨道：卫星的轨道在__赤道__平面内，同步卫星就是其中的一种． ②极地轨道：卫星的轨道过南、北两极，即在__垂直于__赤道的平面内，如极地气象卫星． ③其他轨道：除以上两种轨道外的卫星轨道． 所有卫星的轨道平面一定通过地球的__球心__． (2)地球同步卫星的特点相对于地面静止且与地球自转具有相同周期的卫星叫地球同步卫星．同步卫星有以下“七个一定”的特点：①轨道平面一定：轨道平面与__赤道平面__共面．②周期一定：与地球自转周期__相同__，即T ＝__24__ h ③角速度一定：与地球自转的角速度__相同__．④高度一定：由G Mm （R ＋h ）2＝m 4π2（R ＋h ）T 2得地球同步卫星离地面的高度h ＝3GMT 24π2－R≈3.6×107m.⑤速率一定：v ＝GM R ＋h≈3.1×103m/s. ⑥向心加速度一定：由G Mm （R ＋h ）2＝ma n 得a n ＝GM （R ＋h ）2＝g h ＝0.23m/s 2，即同步卫星的向心加速度等于轨道处的重力加速度．⑦绕行方向一定：运行方向与地球自转方向一致．考点突破例1有a 、b 、c 、d 四颗地球卫星，a 还未发射，在赤道表面上随地球一起转动，b 是近地轨道卫星，c 是地球同步卫星，d 是高空探测卫星，它们均在地球赤道平面内绕地心做匀速圆周运动，各卫星排列位置如图所示，则( )A ．a 的向心加速度等于重力加速度gB ．在相同时间内b 转过的弧长最长C ．c 在4小时内转过的圆心角是π6D ．d 的运动周期有可能是20小时【解析】地球同步卫星的角速度与地球自转的角速度相同，则知a 与c 的角速度相同，根据a ＝ω2r 知，c 的向心加速度比a 大．由GMm r 2＝ma ，得a ＝GM r 2，可知卫星的轨道半径越大，向心加速度越小，则地球同步卫星c 的向心加速度小于b 的向心加速度，而b 的向心加速度约为g ，故a 的向心加速度小于重力加速度g ，故A 错误；由GMm r 2＝m v2r，得v ＝GMr，则知卫星的轨道半径越大，线速度越小，所以b 的线速度最大，在相同时间内转过的弧长最长，故B 正确；c 是地球同步卫星，周期是24 h ，则c 在4 h 内转过的圆心角是4 h 24 h ×2π＝π3，故C错误；由开普勒第三定律R3T 2＝k 知，卫星的轨道半径越大，周期越大，所以d 的运动周期大于c 的周期24 h ，故D 错误；故选B.【答案】B【小结】人造卫星的加速度、线速度、角速度、周期与轨道半径的关系．GMmr 2＝⎩⎪⎪⎨⎪⎪⎧⎭⎪⎪⎬⎪⎪⎫ma ―→a＝GM r 2―→a ∝1r2m v 2r ―→v ＝GM r ―→v∝1r m ω2r ―→ω＝GM r 3―→ω∝1r 3m 4π2T 2r ―→T ＝4π2r 3GM―→T ∝r 3越高越慢例2如图，卫星携带一探测器在半径为3R(R 为地球半径)的圆轨道上绕地球飞行．在a 点，卫星上的辅助动力装置短暂工作，将探测器沿运动方向射出(设辅助动力装置喷出的气体质量可忽略)．之后卫星沿新的椭圆轨道运动，其近地点b 距地心的距离为nR(n 略小于3)，已知地球质量为M ，引力常量为G ，则卫星在椭圆轨道上运行的周期为( )A ．π(3＋n)R （3＋n ）RGM B ．π(3＋n)R （3＋n ）R2GMC ．6πR 3R GMD ．πR（3＋n ）R2GM【解析】由题意知，r 1＝3R ，r 2＝（n ＋3）R2卫星所受的万有引力F ＝GMm r 21＝m 4π2T 2r 1，则有：T ＝4π2r 31GM由开普勒第三定律得，r 31T 2＝r 32T ′2，联立以上各式可解得：T′＝π(3＋n)R （3＋n ）R2GM故选B. 【答案】B针对训练1．(多选)关于人造地球卫星，下列说法正确的是(AC)A ．由公式F ＝G Mmr 2知，卫星所受地球引力与其轨道半径r 的二次方成反比B ．若卫星做匀速圆周运动，则卫星距地心越远，角速度越大C ．地球的所有同步卫星均在同一轨道上运行D ．第一宇宙速度是发射卫星的最大发射速度【解析】对于某卫星而言，由万有引力公式F ＝G Mm r 2，可知当G 、M 、m 一定时，F ∝1r 2，选项A 正确；由G Mm r2＝m ω2r ，解得ω＝GMr3，可见，卫星做匀速圆周运动时，距地心越远，其运动的角速度越小，选项B 错误；地球的所有同步卫星周期相同，均在同一轨道上运行，选项C 正确；在地球表面附近发射卫星时，第一宇宙速度(7.9 km/s)是最小的发射速度，选项D 错误．2．银河系中有两颗行星绕某恒星运行，从天文望远镜中观察到它们的运转周期之比为27∶1，则它们的轨道半径的比为(B)A ．3∶1B ．9∶1C ．27∶1D ．1∶9【解析】根据开普勒行星运动定律可知r 3T 2＝k ，则r 1r 2＝3（T 1T 2）2＝91，故选项B 正确．3．(多选)开普勒分别于1609年和1619年发表了他发现的行星运动规律，后人称之为开普勒行星运动定律．火星和木星沿各自的椭圆轨道绕太阳运行，且火星的半长轴大于木星的半长轴．根据开普勒行星运动定律可知(BC)A ．太阳位于火星和木星运行轨道的中心B ．火星绕太阳运动的周期大于木星绕太阳运动的周期C ．对于火星或木星，离太阳越近，运动速率就越大D ．相同时间内，火星与太阳连线扫过的面积等于木星与太阳连线扫过的面积【解析】太阳位于火星和木星运行轨道的焦点上，故A 错误；根据开普勒第三定律，R3T 2＝k ，因为火星的半长轴大于木星的半长轴，所以火星绕太阳运动的周期大于木星绕太阳运动的周期，故B 正确；根据v ＝GMr，对于火星或木星，离太阳越近，运动速率就越大，故C 正确；对每一个行星而言，太阳与行星的连线在相同时间内扫过的面积相等，是对同一个行星而言，故D 错误．4．如图所示，设地球的质量为M 且绕太阳做匀速圆周运动，当地球运动到D 点时，有一质量为m 的飞船由静止开始从D 点只在恒力F 的作用下沿DC 方向做匀加速直线运动，再过两个月，飞船在C 处再次掠过地球上空，假设太阳与地球的万有引力作用不改变飞船所受恒力F 的大小和方向，飞船到地球表面的距离远小于地球与太阳间的距离，则地球与太阳间的万有引力大小(A)A.MF π218m B.MF π29m C.MF π26m D.MF π23m【解析】对地球：由太阳的万有引力提供向心力，设地球公转周期为T ，公转半径为R ，则有：F 1＝MR(2πT)2①由于飞船相继通过D 、C 的时间为2个月，故C 、D 点与太阳的连线间的夹角为π3，地球沿着圆周从D 到C 的时间为T6，由几何关系得：R ＝x DC ②对探测卫星从静止开始做匀加速直线运动，则有： x DC ＝12×F m ×(T 6)2③联立①②③得：F 1＝MF π218m故选A. 考点2中心天体质量和密度的计算 【p 69】夯实基础万有引力定律在天文学上的应用 1．基本方法把天体(或人造卫星)的运动看成是匀速圆周运动，其所需向心力由__万有引力__提供． 2．解决天体圆周运动问题的两条思路(1)在地球表面的物体所受重力和地球对该物体的万有引力差别很小，在一般讨论和计算时，可以认为G Mm R2＝mg ，则有__GM ＝gR 2__．(2)天体做圆周运动的向心力由天体间的万有引力来提供，公式为G Mm r 2＝m v 2r＝mr ω2＝m ⎝ ⎛⎭⎪⎫2πT 2r ＝m(2πf)2r. 3．天体质量M 、密度ρ的估算测出卫星绕中心天体做匀速圆周运动的半径r 和周期T ，由G Mm r 2＝m ⎝ ⎛⎭⎪⎫2πT 2r 得M ＝4π2r3GT 2，ρ＝M V ＝M 43πR 30＝__3πr3GT 2R 30__(R 0为中心天体的半径)．当卫星沿中心天体__表面__绕天体运动时，r ＝R 0，则ρ＝__3πGT__．考点突破例3我国自主发射的火星探测器在第17届中国国际工业博览会上首次公开亮相，火星是太阳系中与地球最为类似的行星，人类对火星生命的研究因“火星表面存在流动的液态水”的发现而取得了重要进展．若火星可视为均匀球体，其表面的重力加速度为g ，半径为R ，自转周期为T ，万有引力常量为G ，则下列说法正确的是( )A ．火星的平均密度为3g4G πRB ．火星的同步卫星距火星表面的高度为3gR 2T 24π2－RC ．火星的第一宇宙速度为2gRD ．火星的同步卫星运行的角速度为πT【解析】在火星表面，对质量为m 的物体由GMm R 2＝mg 和M ＝ρ·43πR 3，可得：ρ＝3g4G πR ，选项A 正确；设火星的同步卫星距火星表面的高度为h ，同步卫星的周期等于火星的自转周期T ，则GMm （R ＋h ）2＝m 4π2T 2(R ＋h)，可得：h ＝3gR 2T 24π2－R ，选项B 正确；设火星的第一宇宙速度为v ，由mg ＝m v2R ，可知：v ＝gR ，选项C 错误；火星的同步卫星运行的角速度等于火星自转的角速度，则ω＝2πT，选项D 错误；故选A 、B.【答案】AB针对训练5．(多选)我国计划在2020年实现火星的着陆巡视，假设探测器飞抵火星着陆前，沿火星近表面做匀速圆周运动，运动的周期为T ，线速度为v ，已知引力常量为G ，火星可视为质量均匀的球体，则下列说法正确的是(BCD)A ．火星的质量为4π2v3GT 2B ．火星的平均密度为3πGT2C ．火星表面的重力加速度大小为2πvTD ．探测器的向心加速度大小为2πvT【解析】因探测器沿火星近表面做匀速圆周运动，故可认为轨道半径等于火星的半径，设探测器绕火星运行的轨道半径为r ，根据v ＝2πr T 可得r ＝vT 2π，又GMm r 2＝m v 2r ，得M ＝v 3T2πG ，选项A 错误；火星的平均密度ρ＝M V ＝v 3T2πG 43πr 3＝3πGT2，选项B 正确；火星表面的重力加速度大小g火＝GM r 2＝Gv 3T2πG r 2＝2πv T ，选项C 正确；探测器的向心加速度大小为a ＝v 2r ＝2πvT ，选项D 正确． 6．2017年8月中国FAST 天文望远镜首次发现两颗太空脉冲星，其中一颗星的自转周期为T(实际测量为1.83 s ，距离地球1.6万光年)．假设该星球恰好能维持自转不瓦解，令该星球的密度ρ与自转周期T 的相关量1ρT 2为q 星，同时假设地球同步卫星离地面的高度为地球半径的6倍，地球的密度ρ0与自转周期T 0的相关量1ρ0T 20为q 地，则(A)A ．q 地＝1343q 星B ．q 地＝149q 星C ．q 地＝q 星D ．q 地＝7q 星【解析】由F ＝m 4π2T 2R 可得周期越小，物体需要的向心力越大，物体对星球表面的压力最小，当周期小到一定值时，压力为零，此时万有引力充当向心力，即：GMm R 2＝m(2πT )2R 又M ＝ρ43πR 3联立解得：1ρT 2＝G3π＝q 星地球的同步卫星的轨道半径是地球半径的7倍，对地球的同步卫星：GM′m′（7R 0）2＝m′·4π2（7R 0）T 2又：M′＝ρ43πR 30 联立得：1ρ0T 20＝G1 029π＝q 地 所以：q 地＝1343q 星．故A 正确，B 、C 、D 错误．故选A.7．P 、N 两颗行星对卫星产生的向心加速度a n 与卫星离行星中心距离r 的图象如图所示，两颗行星的半径各为R 1、R 2，下列说法正确的是(A)A ．N 行星的质量较小B ．N 行星的密度较大C ．P 行星的第一宇宙速度较小D ．P 行星表面的重力加速度较小【解析】根据牛顿第二定律，行星对周围空间各处物体的引力产生的加速度为：a ＝GMr 2，两曲线横坐标相同时，即都是R 2时，P 的加速度大，结合a 与r 2的反比关系函数图象得出P 的质量大于N 的质量，故A 正确；根据ρ＝M4πR 33，所以P 的平均密度比N 的大，故B 错误；由A项分析知P的质量大于N的质量，由图可知，P的半径小于N的半径，第一宇宙速度v＝GMR，所以P的“第一宇宙速度”比N的大，故C错误；根据行星表面的重力等于万有引力，则：mg＝GMmR2，P的质量大于N的质量，P的半径小于N的半径，所以P行星表面的重力加速度较大，故D错误．考点3双星（或多星）问题【p70】夯实基础1．双星模型：双星类问题要注意区分引力距离与运行半径．引力距离等于双星之间的距离，影响万有引力的大小．引力提供双星做匀速圆周运动的向心力，且双星具有相同的__角速度和周期__．双星运行的半径不等于引力距离的一半，更不等于双星之间的距离，而应先假设双星做匀速圆周运动的圆心，进而找到双星的运行半径与引力距离之间的关系．2．三星模型：(1)三颗质量相同的星位于同一直线上．两颗星围绕中央星在同一半径为R的圆形轨道上运行(如图甲所示)．(2)三颗质量均为m的星体位于等边三角形的三个顶点上，围绕三角形的中心O做匀速圆周运动(如图乙所示)．3．四星模型：(1)其中一种是四颗质量相等的行星位于正方形的四个顶点上，沿着外接于正方形的圆形轨道做匀速圆周运动(如图丙所示)．(2)另一种是三颗行星始终位于正三角形的三个顶点上．另一颗位于中心O，外围三颗星绕中心星做匀速圆周运动(如图丁所示)．考点突破例42017年10月16日，全球多国科学家同步举行新闻发布会，宣布人类第一次利用激光干涉法直接探测到来自双中子星合并(距地球约1.3亿光年)的引力波，如图为某双星系统A 、B 绕其连线上的O 点做匀速圆周运动的示意图，若A 星的轨道半径大于B 星的轨道半径，双星的总质量为M ，双星间的距离为L ，其运动周期为T ，则( )A ．A 的质量一定大于B 的质量 B ．A 的线速度一定大于B 的线速度C ．L 一定，M 越大，T 越大D ．M 一定，L 越小，T 越大【解析】双星同轴转动，角速度相等，双星靠相互间的万有引力提供向心力，所以向心力相等，故：m A r A ω2＝m B r B ω2，因为r B ＜r A ，所以m B ＞m A ，即B 的质量一定大于A 的质量，故A 错误； 根据v ＝r ω，因为r B ＜r A ，故v A ＞v B ，故B 正确； 根据牛顿第二定律，有：G m A m B L 2＝m A r A (2πT )2， Gm A m B L 2＝m B r B (2πT)2， 其中：r A ＋r B ＝L ， 联立解得：T ＝2πL3G （m A ＋m B ）＝2πL 3GM故L 一定，M 越大，T 越小；M 一定，L 越大，T 越大，故C 、D 错误． 【答案】B针对训练8．(多选)引力波探测于2017年获得诺贝尔物理学奖．双星的运动是产生引力波的来源之一，假设宇宙中有一双星系统由P 、Q 两颗星体组成，这两颗星绕它们连线的某一点在二者万有引力作用下做匀速圆周运动，测得P 星的周期为T ，P 、Q 两颗星的距离为l ，P 、Q 两颗星的轨道半径之差为Δr(P 星的轨道半径大于Q 星的轨道半径)，万有引力常量为G ，则(CD)A ．Q 、P 两颗星的质量差为4π2ΔrlGT 2B ．P 、Q 两颗星的运动半径之比为ll －ΔrC ．P 、Q 两颗星的线速度大小之差为2πΔrTD ．P 、Q 两颗星的质量之比为l －Δrl ＋Δr【解析】双星系统靠相互间的万有引力提供向心力，角速度大小相等，则周期相等，所以Q 星的周期为T ；根据题意可知，r P ＋r Q ＝l ，r P －r Q ＝Δr ，解得：r P ＝l ＋Δr 2，r Q ＝l －Δr2，则P 、Q 两颗星的运动半径之比为l ＋Δr l －Δr ，选项B 错误；根据Gm P m Q l2＝m P ω2r P ＝m Q ω2r Q ，可得m P＝ω2r Q l 2G ；m Q ＝ω2r P l 2G ，则质量差为：m Q －m P ＝ω2l 2r P G －ω2l 2r Q G ＝4π2l 2GT 2(r P －r Q )＝4π2l 2Δr GT 2，质量比为：m P m Q ＝r Q r P ＝l －Δr l ＋Δr ，选项A 错误，D 正确；P 星的线速度大小v P ＝2πr P T ＝π（l ＋Δr ）T ；Q 星的线速度大小v Q ＝2πr Q T ＝π（l －Δr ）T ；则P 、Q 两颗星的线速度大小之差为Δv ＝2πΔrT ，选项C 正确．9．(多选)太空中存在一些离其他恒星较远的、由质量相等的三颗星组成的三星系统，通常可忽略其它星体对它们的引力作用．已观测到稳定的三星系统存在两种基本的构成形式：一种是三颗星位于同一直线上，两颗星围绕中央星在同一半径为R 的圆轨道上运行；另一种形式是三颗星位于等边三角形的三个顶点上，并沿外接于等边三角形的圆形轨道运行．设这三个星体的质量均为M ，并设两种系统的运动周期相同，则(BC)A ．直线三星系统运动的线速度大小为v ＝GM RB ．直线三星系统的运动周期为T ＝4πRR 5GMC ．三角形三星系统中星体间的距离为L ＝3125RD ．三角形三星系统的线速度大小为v ＝125GMR【解析】直线三星系统，G M 2R 2＋G M 2（2R ）2＝M v 2R ，解得v ＝125GM R ，选项A 错误．根据T ＝2πRv，可得选项B 正确．三角形三星系统，2G M 2L 2cos 30°＝M ⎝ ⎛⎭⎪⎪⎫L 2cos 30°⎝ ⎛⎭⎪⎫2πT 2，三角形系统的周期等于直线系统的周期T ＝4πRR 5GM ，联立解得L ＝3125R ，选项C 正确．根据T ＝2πrv，r ＝L 2cos 30°≠R ，若按照r ＝R 计算，就会得到v ＝125GMR，而这样做是错误的，选项D 错误． 考点4卫星变轨问题分析【p 71】夯实基础1．速度：如图所示，设卫星在圆轨道Ⅰ和Ⅲ上运行时的速率分别为v 1、v 3，在轨道Ⅱ上过A 点和B 点时速率分别为v A 、v B .在A 点加速，则v A >v 1，在B 点加速，则v 3>v B ，又因v 1>v 3，故有v A >v 1>v 3>v B .2．加速度：因为在A 点，卫星只受到万有引力作用，故不论从轨道Ⅰ还是轨道Ⅱ上经过A 点，卫星的加速度都相同，同理，经过B 点加速度也相同．3．周期：设卫星在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ轨道上的运行周期分别为T 1、T 2、T 3，轨道半径分别为r 1、r 2(半长轴)、r 3，由开普勒第三定律r 3T2＝k 可知T 1<T 2<T 3.4．机械能：在一个确定的圆(椭圆)轨道上机械能守恒．若卫星在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ轨道的机械能分别为E 1、E 2、E 3，则E 1<E 2<E 3.考点突破例5“嫦娥一号”探月卫星绕地运行一段时间后，离开地球飞向月球．如图所示是绕地飞行的三条轨道，轨道1是近地圆形轨道，在此圆轨道上的运行速率是7.7 km/s ，2和3是变轨后的椭圆轨道．A 点是2轨道的近地点，B 点是2轨道的远地点，则下列说法中正确的是( )A ．卫星在2轨道经过A 点时的速率一定小于7.7 km/sB ．卫星在2轨道经过B 点时的速率一定大于7.7 km/sC ．卫星在3轨道所具有的机械能小于在2轨道所具有的机械能D ．卫星在3轨道所具有的最大速率大于在2轨道所具有的最大速率【解析】从轨道1变轨到轨道2，需要在A 点点火加速，故卫星在轨道2经过A 点的速率大于7.7 km/s ，从轨道2变轨到轨道3，需要在A 点点火加速，而A 点为两个轨道速度最大点，所以卫星在轨道3的最大速率大于在轨道2的最大速率，A 错误D 正确；假设有一圆轨道经过B 点，根据v ＝GMr，可知此轨道上的速度小于7.7 km/s ，卫星在B 点速度减小，才会做近心运动进入2轨道运动．故卫星在2轨道经过B 点时的速率一定小于7.7 km/s ，故B 错误；卫星的运动的轨道最大高度越高， 具有的机械能越大，所以卫星在3轨道所具有的机械能一定大于2轨道所具有的机械能，故C 错误．【答案】D针对训练10．(多选)如图是“嫦娥三号”飞行轨道示意图．假设“嫦娥三号”运行经过P 点第一次通过近月制动使“嫦娥三号”在距离月面高度为100 km 的圆轨道Ⅰ上运动，再次经过P 点时第二次通过近月制动使“嫦娥三号”在距离月面近地点为Q 、高度为15 km ，远地点为P 、高度为100 km 的椭圆轨道Ⅱ上运动，下列说法正确的是(BC)A ．“嫦娥三号”在距离月面高度为100 km 的圆轨道Ⅰ上运动时速度大小可能变化B ．“嫦娥三号”在距离月面高度为100 km 的圆轨道Ⅰ上运动的周期一定大于在椭圆轨道Ⅱ上运动的周期C ．“嫦娥三号”在椭圆轨道Ⅱ上运动经过Q 点时的加速度一定大于经过P 点的加速度D ．“嫦娥三号”在椭圆轨道Ⅱ上运动经过Q 点时的速率可能小于经过P 点时的速率【解析】“嫦娥三号”在距离月面高度为100 km 的圆轨道Ⅰ上运动是匀速圆周运动，速度大小不变，A 错误；由于圆轨道的轨道半径大于椭圆轨道半长轴，根据开普勒定律知，“嫦娥三号”在距离月面高度100 km 的圆轨道Ⅰ上运动的周期一定大于在椭圆轨道Ⅱ上运动的周期，B 正确；由于在Q 点“嫦娥三号”所受万有引力大，所以“嫦娥三号”在椭圆轨道Ⅱ上运动经过Q 点时的加速度一定大于经过P 点时的加速度，C 正确；“嫦娥三号”在椭圆轨道上运动的引力势能和动能之和保持不变，Q 点的引力势能小于P 点的引力势能，所以“嫦娥三号”在椭圆轨道Ⅱ上运动到Q 点的动能较大，速度较大，所以“嫦娥三号”在椭圆轨道Ⅱ上运动经过Q 点时的速率一定大于经过P 点时的速率，D 错误．11．(多选)在发射一颗质量为m 的地球同步卫星时，先将其发射到贴近地球表面运行的圆轨道Ⅰ上(离地面高度忽略不计)，再通过一椭圆轨道Ⅱ变轨后到达距地面高度为h 的预定圆轨道Ⅲ上．已知它在圆轨道Ⅰ上运行时的加速度为g ，地球半径为R ，图中PQ 长约为8R ，卫星在变轨过程中质量不变，则(BC)A ．卫星在轨道Ⅲ上运行的加速度为(h R ＋h )2gB ．卫星在轨道Ⅲ上运行的线速度为gR2R ＋hC ．卫星在轨道Ⅲ上运行时经过P 点的速率大于在轨道Ⅱ上运行时经过P 点的速率D ．卫星在轨道Ⅲ上的动能大于在轨道Ⅰ上的动能【解析】设地球质量为M ，由万有引力提供向心力得卫星在轨道Ⅰ上有G MmR 2＝mg ，在轨道Ⅲ上有G Mm （R ＋h ）2＝ma ，所以a ＝(R R ＋h )2g ，A 错；又因a ＝v2R ＋h，所以v ＝gR2R ＋h，B 对；卫星由轨道Ⅱ变轨到轨道Ⅲ需要加速做离心运动，即满足GMm r 2<mv2r，所以卫星在轨道Ⅲ上运行时经过P点的速率大于在轨道Ⅱ上运行时经过P点的速率，C对；尽管卫星从轨道Ⅰ变轨到轨道Ⅲ要在P、Q点各加速一次，但在圆形运动轨道上v＝GMr，所以由动能表达式知卫星在轨道Ⅲ上的动能小于在轨道Ⅰ上的动能，D错．考点5三种宇宙速度经典时空观和相对论时空观【p72】夯实基础1．三个宇宙速度(1)在经典力学中，物体的质量是不随__运动状态__而改变的．(2)在经典力学中，同一物理过程发生的位移和对应时间的测量结果在不同的参考系中是__相同的__．3．相对论时空观(1)在狭义相对论中，物体的质量是随物体的运动速度的增大而__增大的__．(2)在狭义相对论中，同一物理过程发生的位移和对应的时间的测量结果在不同的参考系中是__不同的__，表现为尺缩效应和延时效应．考点突破例6美国“新地平线”号探测器借助“宇宙神—5”火箭，从佛罗里达州卡纳维拉尔角肯尼迪航天中心发射升空，开始长达9年的飞向冥王星的太空之旅．拥有3级发动机的“宇宙神—5”重型火箭将以每小时 5.76万公里的惊人速度把“新地平线”号送离地球，这个冥王星探测器将成为人类有史以来发射速度最大的飞行器．这一速度( )A．大于第一宇宙速度B．等于第二宇宙速度C．大于第三宇宙速度D．小于并接近于第三宇宙速度【解析】地球的第二宇宙速度为v2＝11.2 km/s＝4.032×104km/h，第三宇宙速度v3＝16.7 km/s＝6.012×104km/h，速度5.76×104km/h大于第二宇宙速度，接近第三宇宙速度．故AD正确，BC 错误．【答案】AD针对训练12．地球的第一宇宙速度约为7.9 km/s ，某行星的质量是地球的8倍，半径是地球的2倍．该行星上的第一宇宙速度约为(A)A ．15.8 km/sB ．31.6 km/sC ．23.7 km/sD ．3.95 km/s【解析】设地球质量为M ，地球半径为r ，则行星质量为8M ，行星半径为2r ；由万有引力提供向心力做匀速圆周运动得：GMm r 2＝m v2r ，解得：卫星在圆轨道上运行时的速度公式v ＝GM r；分别代入地球和某行星的各物理量得：v 地球＝GMr，v 行星＝G·8M2r，解得：v 行星＝2v 地球＝15.8 km/s ，故A 正确，B 、C 、D 错误．13．把火星和地球都视为质量均匀分布的球体．已知地球半径约为火星半径的2倍，地球质量约为火星质量的10倍．由这些数据可推算出(A)A ．地球和火星的第一宇宙速度之比为 5∶1B ．地球和火星的第一宇宙速度之比为10∶1C ．地球表面和火星表面的重力加速度之比为5∶1D ．地球表面和火星表面的重力加速度之比为10∶1【解析】由于地球半径约为火星半径的2倍，地球质量约为火星质量的10倍，而卫星以第一宇宙速度运行时：GMm R 2＝mv2R ，故第一宇宙速度为v ＝GMR，则地球和火星的第一宇宙速度之比为GM 地R 地∶GM 火R 火＝5∶1，选项A 正确，B 错误；星球表面的重力加速度g ＝GMR2，故地球表面和火星表面的重力加速度之比为GM 地R 2地∶GM 火R 2火＝5∶2，选项C 、D 错误．考 点 集 训 【p 287】A 组1．(多选)中国志愿者王跃参与人类历史上第一次全过程模拟从地球往返火星的一次实验“火星－500”活动，王跃走出登陆舱，成功踏上模拟火星表面，在火星上首次留下中国人的足迹．假设将来人类一艘飞船从火星返回地球时，经历了如图所示的变轨过程，则下列说法中正确的是(AC)A ．飞船在轨道Ⅱ上运动时，在P 点速度大于在Q 点的速度B ．飞船在轨道Ⅰ上运动时的机械能大于轨道Ⅱ上运动的机械能C ．飞船在轨道Ⅰ上运动到P 点时的加速度等于飞船在轨道Ⅱ上运动到P 点时的加速度D ．飞船绕火星在轨道Ⅰ上的运动周期跟飞船返回地面的过程中绕地球以轨道Ⅰ同样半径运动的周期相同【解析】根据开普勒第二定律可知，飞船在轨道Ⅱ上运动时，在P 点速度大于在Q 点的速度．故A 正确．飞船在轨道Ⅰ上经过P 点时，要点火加速，使其速度增大做离心运动，从而转移到轨道Ⅱ上运动．所以飞船在轨道Ⅰ上运动时的机械能小于轨道Ⅱ上运动的机械能．故B 错误．飞船在轨道Ⅰ上运动到P 点时与飞船在轨道Ⅱ上运动到P 点时受到的万有引力大小相等，根据牛顿第二定律可知加速度必定相等．故C 正确．根据周期公式T ＝4π2r3GM，虽然r 相等，但是由于地球和火星的质量不等，所以周期T 不相等．故D 错误．2．某人造卫星绕地球做匀速圆周运动，设地球半径为R ，地面重力加速度为g ，下列说法错误的是(D)A ．人造卫星的最小周期为2πR gB ．卫星在距地面高度R 处的绕行速度为Rg 2C ．卫星在距地面高度为R 处的重力加速度为g4D ．地球同步卫星的速率比近地卫星速率小，所以发射同步卫星所需的能量较少 【解析】人造卫星绕地球做匀速圆周运动，根据万有引力提供向心力，设卫星的质量为m 、轨道半径为r 、地球质量为M ，有F ＝F 向其中F ＝G Mmr2F 向＝m v 2r ＝m ω2r ＝m(2πT )2r ＝ma解得v ＝GMr① T ＝2πr v ＝2πr3GM② a ＝GMr2 ③地球表面重力加速度公式 g ＝GMR2 ④根据②④式，卫星的公转周期为 T ＝2πr 3gR2 当r ＝R 时，T 最小，为2πRg，故A 正确； 由①④式得到 v ＝Rg r当卫星距地面高度为R 时，即r ＝2R 时，v ＝Rg2，故B 正确； 由③④式得到。
高中物理 第三章 万有引力定律《第一节 天体运动》教学设计
第三章万有引力定律第一节天体运动教学目标（一）知识与技能1.了解“地心说”和“日心说”两种不同学说的建立和发展过程。
2.知道开普勒行星运动定律，会利用第三定律计算。
3.了解开普勒第三定律中的K值的大小只与中心天体有关。
（二）过程与方法能查找天体运动的相关资料；会阅读课本并归纳要点。
从查找资料、提出问题及交流观点的过程中体验科学探究的乐趣。
（三）情感、态度与价值观体会科学家们实事求是、尊重客观事实、不迷信权威、敢于坚持真理和勇于探索的科学态度和科学精神，体会对描述自然追求简单和谐是科学研究的动力之一。
教学重点、难点开普勒行星运动定律、对开普勒行星运动定律的理解和应用教学过程引入新课【多媒体演示】天体运动的视频。
从视频中我们看到，古代不同国家对天空星体的分布有不同的认识，在地球上观察星体的运动和在太空中观察星体的运动也是不一样的，在星空中居然有一些星体走着走着还会回头。
那么，行星运动的规律到底是什么呢？这就是今天这节课我们要来学习的内容。
宇宙是什么？天体是如何运动的？这是一个古老而永恒的问题。
提出问题：同学们对宇宙、对天体运动有着怎样的认识呢？那么古人对天体运动的认识及发展过程又是怎样的呢？一、探究古代对行星运动规律的认识（同时展示各科学家的头像）1．“地心说”的基本观点是什么？托勒密为了解释行星的逆行，提出本轮和均轮的观点，完善了地心说，地心说虽然符合当时的人们的生活经验，但缺少简洁性。
托勒密：地心说：地球是宇宙的中心，并且静止不动，一切行星围绕地球运动。
2．“日心说”的基本观点是什么？哥白尼主张宇宙规律应是简明和谐的，勇于创新，提出的日心说与实验观察更加符合，但却遭到教会的坚决反对，所以很长一段时间仍然是地心说占据统治地位。
哥白尼：日心说：太阳是宇宙的中心，并且静止不动，一切行星都围绕太阳运动。
3．“地心说”和“日心说”哪个更正确呢？真理最终战胜了谬误：“日心说”之所以能够战胜“地心说”是因为好多“地心说”不能解释的现象，“日心说”则能说明，就是说“日心说”比“地心说”更科学，更接近事实。
高三物理总复习—天体运动经典教案
高三物理总复习—天体运动经典教案第一部分：平抛运动和圆周运动1. 物体做曲线运动的条件当物体所受的合外力方向与速度方向不在同一直线上时，物体做曲线运动。
合运动与分运动具有等时性、独立性和等效性。
2.物体（或带电粒子）做平抛运动或类平抛运动的条件是：①有初速度②初速度方向与加速度方向垂直。
3.物体做匀速圆周运动的条件是：合外力方向始终与物体的运动方向垂直；绳子固定物体通过最高点的条件是：为绳长）L gL v (≥；杆固定通过最高点的条件是：0≥v 。
物体做匀速圆周运动的向心力即物体受到的合外力。
4.描述圆周运动的几个物理量为：角速度ω，线速度v ，向心加速度a ，周期T ，频率f 。
其关系为：22222244rf Tr r r v a ππω==== 5.平抛（类平抛）运动是匀变速曲线运动，物体所受的合外力为恒力，而圆周运动是变速运动，物体所受的合外力为变力，最起码合外力的方向时刻在发生变化。
第二部分：万有引力定律及应用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：rf m T r m r m r v m ma r Mm G 22222244ππω=====向，在天体表面，忽略星球自转的情况下：mg R Mm G =22.卫星的绕行速度、角速度、周期、频率和半径r 的关系：⑴由r v m r Mm G 22=，得rGM v =，所以r 越大，v 越小。
⑵由r m r Mm G 22ω=，得3r GM =ω，所以r 越大，ω越小⑶由r T m r Mm G 222??=π，得GM r T 32π=，所以r 越大，T 越大。
⑷由)(2g ma r Mm G '=向，得2)(r GM g a ='向，所以r 越大，a 向(g/)越小。
3. 三种宇宙速度：第一、第二、第三宇宙速度⑴第一宇宙速度（环绕速度）：是卫星环绕地球表面运行的速度，也是绕地球做匀速圆周运动的最大速度，也是发射卫星的最小速度V 1=7.9Km/s 。
2019-2020年高三物理一轮复习 天体运动中的“四大难点”教案
2019-2020年高三物理一轮复习天体运动中的“四大难点”教案突破二 卫星的变轨问题1．变轨原理及过程人造卫星的发射过程要经过多次变轨方可到达预定轨道，如图3所示。
(1)为了节省能量 ，在赤道上顺着地球自转方向发射卫星到圆轨道Ⅰ上。
(2)在A 点点火加速，由于速度变大，进入椭圆轨道Ⅱ。
(3)在B 点(远地点)再次点火加速进入圆形轨道Ⅲ。
2．卫星变轨的实质(1)当卫星的速度突然增加时，G Mm r 2<m v 2r，即万有引力不足以提供向心力，卫星将做离心运动，脱离原来的圆轨道，轨道半径变大，当卫星进入新的轨道稳定运行时由v ＝GMr可知其运行速率比原轨道时减小。
(2)当卫星的速率突然减小时，G Mm r 2>m v 2r，即万有引力大于所需要的向心力，卫星将做近心运动，脱离原来的圆轨道，轨道半径变小，当卫星进入新的轨道稳定运行时由v ＝GMr可知其运行速率比原轨道时增大。
卫星的发射和回收就是利用这一原理。
突破三 天体运动中的能量问题卫星的机械能动能G Mm r 2＝m v 2r E k ＝GMm 2r ∝m rE k ＝12mv 2势能与总能量同一卫星在同一圆形轨道上运动，其机械能不变(守恒)相同质量的卫星，在r 越大的轨道上，动能越小，势能越大，总能量越大三、典型例题分析【例1】 (多选)如图1所示 ，A 表示地球同步卫星，B 为运行轨道比A 低的一颗卫星，C 为地球赤道上某一高山山顶上的一个物体，两颗卫星及物体C 的质量都相同，关于它们的线速度、角速度、运行周期和所受到的万有引力的比较，下列关系式正确的是( )图1A．v B ＞v A ＞v C B ．ωA＞ωB ＞ωC C ．F A ＞F B ＞F CD ．T A ＝T C ＞T B解析 A 为地球同步卫星，故ωA ＝ωC ，根据v ＝ωr 可知，v A ＞v C ，再根据G Mm r 2＝m v 2r 得到v ＝GMr，可见v B ＞v A ，所以三者的线速度关系为v B ＞v A ＞v C ，故选项A 正确；由ω＝2πT 可知T A ＝T C ，再由G Mm r 2＝m (2πT)2r可知T A ＞T B ，因此它们的周期关系为T A ＝T C ＞T B ，它们的角速度关系为ωB ＞ωA ＝ωC ，所以选项D 正确，B 错误；由F ＝G Mmr2可知F A ＜F B ＜F C ，所以选项C 错误。
高三物理一轮专题复习导学案专题一天体运动
专题一、力与运动天体运动姓名_______班级_______学号_______【复习目标】1、会计算天体质量与密度2、会分析人造卫星和宇宙航行问题3、会分析的双星问题【复习重点】1、天体质量与密度2、卫星的各种速度 【复习难点】1、运动的合成与分解易错易混点：在匀速圆周运动中，合力是物体做圆周运动的向心力。
在变速圆周运动中，沿半径方向的合力是物体做圆周运动的向心力 【知识点归纳与构建】1．天体质量和密度的求解(1)利用天体表面的重力加速度g 和天体半径R 。
由于G Mm R 2＝mg ，故天体质量M ＝gR 2G ，天体密度ρ＝M V ＝M 43πR 3＝3g 4πGR。
(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由万有引力提供向心力，即G Mm r 2＝m 4π2T 2r ，得出中心天体质量M ＝4π2r3GT2；②若已知天体半径R ，则天体的平均密度ρ＝M V ＝M 43πR 3＝3πr3GT 2R3。
2．必须掌握的四个关系GMmr 2＝⎩⎪⎪⎨⎪⎪⎧⎭⎪⎪⎬⎪⎪⎫ma ―→a ＝GM r 2―→a ∝1r 2m v 2r ―→v ＝GM r ―→v ∝1r m ω2r ―→ω＝GM r 3―→ω∝1r 3m 4π2T 2r ―→T ＝4π2r 3GM―→T ∝r 3越高越慢 3．变轨问题(1)点火加速，v 突然增大，G Mm r 2＜m v 2r ，卫星将做离心运动。
(2)点火减速，v 突然减小，G Mm r 2＞m v 2r，卫星将做近心运动。
(3)同一卫星在不同轨道上运行时机械能不同，轨道半径越大，机械能越大。
(4)卫星经过不同轨道相交的同一点时加速度相等，外轨道的速度大于内轨道的速度。
预习检测1、[多选]已知一质量为m 的物体静止在北极与赤道时对地面的压力差为ΔN ，假设地球是质量均匀的球体，半径为R 。
则(设地球表面的重力加速度为g )( )A ．地球的自转周期为T ＝2πmR ΔN B ．地球的自转周期为T ＝π mR ΔN C ．地球同步卫星的轨道半径为⎝ ⎛⎭⎪⎫mg ΔN 13R D ．地球同步卫星的轨道半径为2⎝ ⎛⎭⎪⎫mg ΔN 13R2．在未来的“星际穿越”中，某航天员降落在一颗不知名的星球表面上。
高三物理一轮复习全套教案完整版
高三物理一轮复习全套教案完整版一、教学内容1. 动量与动量守恒2. 碰撞与能量守恒3. 天体运动与万有引力4. 振动与波5. 电磁感应6. 交变电流7. 波粒二象性8. 原子核与核反应二、教学目标1. 理解并掌握动量守恒、能量守恒等基本原理。
2. 学会分析碰撞、天体运动等实际问题，能运用物理知识解决具体问题。
3. 掌握振动、波、电磁感应、交变电流等物理现象的规律，并能应用于实际问题。
三、教学难点与重点1. 教学难点：动量守恒、能量守恒在实际问题中的应用；电磁感应、交变电流的计算。
2. 教学重点：基本原理的理解与运用；物理现象的分析与解决方法。
四、教具与学具准备1. 教具：多媒体教学设备、演示实验器材。
2. 学具：物理实验器材、计算器、笔记本。
五、教学过程1. 实践情景引入：通过演示实验或案例分析，引导学生回顾动量守恒、能量守恒等基本原理。
2. 例题讲解：选取典型题目，讲解解题思路和方法，强调分析问题和解决问题的能力。
3. 随堂练习：布置相关练习题，巩固所学知识，及时发现问题并解答。
4. 知识点梳理：对每个章节的重点、难点进行梳理，形成知识体系。
六、板书设计1. 动量与动量守恒2. 碰撞与能量守恒3. 天体运动与万有引力4. 振动与波5. 电磁感应6. 交变电流7. 波粒二象性8. 原子核与核反应七、作业设计1. 动量守恒题目：（1）一物体质量为m，速度为v，与另一质量为2m的静止物体发生弹性碰撞，求碰撞后两物体的速度。
答案：物体1的速度为v/3，物体2的速度为2v/3。
2. 天体运动题目：（2）地球半径为R，月球绕地球运行的周期为T，求月球轨道半径。
答案：月球轨道半径为(4π²R³/GM)^(1/2)。
3. 电磁感应题目：（3）一长直导线通以电流I，导线长度为L，求导线周围磁场大小。
答案：磁场大小为μ₀I/(2πR)。
八、课后反思及拓展延伸1. 反思：本节课教学过程中，学生对动量守恒、能量守恒等基本原理掌握情况较好，但在实际问题分析上仍存在困难，需要加强练习。
高中物理天体题目讲解教案
高中物理天体题目讲解教案
课题：高中物理天体题目讲解
课时安排：1课时
授课目标：通过讲解天体题目的解题方法和思路，帮助学生掌握相关知识，提高解题能力。
教学重点和难点：重点讲解各种天体题目的解题方法，难点在于帮助学生理解和运用物理
知识解题。
教学准备：教案、课件、天体题目练习题
教学步骤：
一、引入（5分钟）
通过一个简单的天体题目开始引入，让学生了解今天的学习内容是关于天体题目的讲解。
二、讲解题目解题方法（15分钟）
1. 介绍解题方法：首先要明确题目中给出的信息，然后根据题目要求选择合适的物理知识
进行分析。
2. 分类讨论：根据题目所属的天体知识领域进行分类讨论，例如行星运动、恒星演化等。
3. 举例讲解：通过几个经典的天体题目进行详细讲解，帮助学生理解解题思路和方法。
三、学生练习（20分钟）
让学生自行完成几道天体题目，然后互相交流答案，帮助彼此纠正错误，加深对解题方法
的理解。
四、总结（10分钟）
总结今天的学习内容，强调解题方法的重要性，鼓励学生在平时多练习，提高解题能力。
五、作业布置（5分钟）
布置相关的天体题目作业，要求学生在家自行完成，并在下节课上交。
教学反思：通过对天体题目的讲解，学生对相关物理知识有了更深入的理解和掌握，激发
了学生学习物理的兴趣和热情。
下节课可以通过更多实例练习来进一步巩固学生的知识和
技能。
人教版高三物理第一轮复习教学案(全部)
s2s1=at2s3s2=at2
两式相加：s3s1=2at2
由图可知：L2L1=（s3+s2）（s2+s1）=s3s1则：a=
【例6】一质点由A点出发沿直线AB运动，行程的第一部分是加速度为a1的匀加速运动，接着做加速度为a2的匀减速直线运动，抵达B点时恰好静止，如果AB的总长度为s，试求质点走完AB全程所用的时间t？
（2）H＝V0t－g t2/ 2
（3）V02－V2＝2gH H＝V02/ 2g
（4） = ( V0+V) / 2
例：竖直上抛，V0＝100m / s忽略空气阻力
（1）、多长时间到达最高点？
0＝V0－g t t＝V0/ g=10秒500米
理解加速度
（2）、最高能上升多高？（最大高度）100m/s
0－V02＝－2g H H= V02/2g＝500米
2、质点：在研究物体时，不考虑物体的大小和形状，而把物体看成是有质量的点，或者说用一个有质量的点来代替整个物体，这个点叫做质点。
（1）质点忽略了无关因素和次要因素，是简化出来的理想的、抽象的模型，客观上不存在。
（2）大的物体不一定不能看成质点，小的物体不一定就能看成质点。
（3）转动的物体不一定不能看成质点，平动的物体不一定总能看成质点。
解题方法：
（1）公式解析法：假设未知数，建立方程组。本章公式多，且相互联系，一题常有多种解法。要熟记每个公式的特点及相关物理量。
（2）图象法：如用v—t图可以求出某段时间的位移大小、可以比较vt/2与vS/2，以及追及问题。用s—t图可求出任意时间内的平均速度。
（3）比例法：用已知的讨论，用比例的性质求解。
【例4】物块以v0=4米/秒的速度滑上光滑的斜面，途经A、B两点，已知在A点时的速度是B点时的速度的2倍，由B点再经0.5秒物块滑到斜面顶点C速度变为零，A、B相距0.75米，求斜面的长度及物体由D运动到B的时间？
高中物理天体运动教学
高中物理天体运动教学一、教学任务及对象1、教学任务本教学任务围绕高中物理中的天体运动主题展开。
课程内容主要包括天体运动的规律、万有引力定律、行星运动定律、卫星运动原理等。
通过系统的教学活动，使学生能够理解并掌握天体运动的基本概念、原理和计算方法，培养其科学思维和问题解决能力。
2、教学对象教学对象为高中二年级学生，他们已经具备了一定的物理知识基础，如力学、运动学等，但对于天体运动这一较为抽象和复杂的内容，可能还感到陌生。
因此，在教学过程中，需要充分考虑学生的认知水平，采用适当的教学策略，引导他们逐步深入理解和探索天体运动的奥秘。
此外，考虑到学生个体差异，教学活动应注重因材施教，激发学生的学习兴趣，提高其自主学习能力。
二、教学目标1、知识与技能（1）理解天体运动的基本概念，掌握天体运动的规律和万有引力定律。
（2）学会运用行星运动定律和卫星运动原理分析实际问题，具备一定的计算能力。
（3）了解人类对天体运动的认识历程，掌握科学探究的方法。
（4）能够运用所学知识解释日常生活中的天体运动现象，提高理论联系实际的能力。
2、过程与方法（1）通过观察、实验、模拟等方法，培养学生观察现象、提出问题、分析问题和解决问题的能力。
（2）采用小组合作、讨论交流等形式，提高学生的合作意识和沟通能力。
（3）运用比较、归纳、演绎等思维方法，培养学生的逻辑思维和创新能力。
（4）借助现代教育技术手段，如多媒体、网络资源等，拓展学生的学习渠道，提高学习效率。
3、情感，态度与价值观（1）激发学生对天体运动的兴趣，培养其探究宇宙奥秘的热情。
（2）引导学生树立正确的科学观念，认识科学发展的无限性，培养其追求真理的精神。
（3）通过学习天体运动知识，使学生认识到人类与自然的关系，增强环保意识和可持续发展观念。
（4）培养学生勇于挑战困难、积极进取的态度，使其在学习过程中形成良好的意志品质。
（5）关注学生个体差异，尊重学生的个性，培养其自信、自主、自强的价值观。
天体运动教学设计人教版(优秀教案)
天体运动 课时安一课时 教学目标： ．深入理解万有引力定律，利用万有引力定律解决问题。
．卫星飞船在进行变轨各相关物理参量变化。
. 对嫦娥一号相关物理问题进分析。
本讲重应用万有引力定律和牛顿第二定律解决天体运动问题； 本讲难．卫星飞船变轨和对接。
授 课 人：漆波 、 考纲解读 ．考纲要求：万有引力定律的应用、人造地球卫星的运动（限于圆轨道） 、动量知识和机 械能知识的应用（包括碰撞、反冲、火箭）都是Ⅱ类要求；航天技术的发展和宇宙航行、宇宙速度属Ⅰ类要求。
二、 命题趋势 万有引力定律与天体问题是历年高考必考内容。
考查形式多以选择、计算等题型出现。
本部分内容常以天体问题（如双星、黑洞、恒星的演化等）或人类航天（如卫星发射、空间 站、探测器登陆、结合“嫦娥一号”等）为背景，考查向心力、万有引力、圆周运动等知识。
这类以天体运动为背景的题目，是近几年高考命题的热点，特别是近年来我们国家在航天方 面的迅猛发展，更会出现各类天体运动方面的题。
三、．思路及方法： 基本方法：把天体运动近似看作圆周运动，它所需要的向心力由万有引力提供，Mm v 2 ２ 即： Ｇ2 m ＝ｍ ω ｒ＝ rr 估算天体的质量和密度 Mm 4 2 2＝ ｍ 2 r 得：Ｍ＝r 2 T 2(). (). 4 2r 3 Gt2 期，就可以计算出中心天体的质量 由ρ＝ M V ，Ｖ＝43πＲ 得：ｍ4 22rT 2 ．即只要测出环绕星体运转的一颗卫星运转的半径和周3ρ＝ G 3T2rR 3．为中心天体的星体半径特殊: 当ｒ＝Ｒ时，即卫星绕天体表面运行时， ρ32 （ 年高考 ） ，由此可以测量天体的GT2密度.（） 行星表面重力加速度、轨道重力加速度问题 GMm2 mg 0 R 表面重力加速度 , 由得： GM g0R 2轨道重力加速度，由GMm 2mg (R h)2得： g GM R 2 (R h)2 (Rh ) g0（ ４ ） 卫星的绕行速度、 2 （）由Ｇ Mm 2 v2 r2 r 角速度、周期与半径的关系 m v 得: ｖ＝ GM即轨道半径越大，绕行速度越小（） 由Ｇ Mm 2 ＝ｍ ω ２ｒ得： ω＝ GM 3即轨道半径越大，绕行角速度越小（ ５ ） 地球同步卫星 所谓地球同步卫星是指相对于地面静止的人造卫星，它的周期＝．要使卫星同步，同步 卫星只能位于赤道正上方某一确定高度．34h 3GMT 2 R×ｋｍ ＲＲ表示地球半径（）、开普勒第一定律（又叫椭圆轨道定律） 。
高三物理一轮复习人教版天体运动教案
5．
目 标
检 测
绿本68页考向1
白本260页9题
1、巡视生做答。
2、公告答案。
3、评价生作答终于。
1、练习册上作答。
2、同桌互批。
3、校正答案。
查抄生对本课所的掌握环境
5分钟
6布置下节课
自主
习
使命
1.完成白册260-261页习题。
2.练习使用“高轨低速长周期”，会剖析处理卫星变轨标题
3.限时30分钟。
3分钟
7.
板
书
8.
课
后
反 思
3.讲解四星标题（三角形、正方形）
1、生听讲双星圆周运动，并回答标题
2.生尝试剖析三星圆周运动。
3.生剖析四星圆周运动。
训练生剖析、办理习题的能力。
20分钟
4．
总
结
提 升
1.卫星变轨标题。
2.双星及多星标题
1、西席补充提拔，加深理解。
1、回忆。
2、小组或同桌提问、背诵。
3、抽签回答条件。
稳固所，完成本课习目标。
高三物理一轮复习人教版天体运动教案
主备人：使用人：时间：2019年9月
课题
天体运动温习课
课时
1
课型
温习课
教
重点
1.卫星变轨标题相关讨论
2.双星及多星标题讨论
依据：对天体运动的理解和剖析。（课程标准）
教
难点
用万有引力剖析办理标题。
依据：高考考点。
习
目标
一、知识目标
1、生能利用万有引力剖析卫星变轨的历程。
2、生会用牛顿定律及圆周运动相关公式剖析双星及多星的圆周运动。
二、能力目标
(人教版)高三物理第一轮复习学案4-5万有引力定律与天体运动
第五课时万有引力定律与天体运动考点剖析【教学要求】1．理解万有引力定律，知道其内容及适用条件；2．会运用万有引力定律分析有关天体运动问题.【知识再现】一、开普勒定律1．开普勒第一定律所有的行星围绕太阳运动的轨道都是________，太阳处在所有椭圆的_____________．2．开普勒第二定律对于每一个行星而言,太阳和行星的连线在相等的时间内扫过的面积相等．3．开普勒第三定律所有行星的轨道的___________跟___________的比值都相等，即__________．二、万有引力定律1．内容：自然界中任何两个物体都是_________ 的，引力的大小跟这两个物体的_______成正比，跟它们的___________成反比．2．表达式：_______________其中G=6．6 7×10-11N·m2/kg2，叫引力常量．3．适用条件:严格地说，公式只适用于质点间的相互作用．当两个物体间的距离远大于物体的大小时，公式也可以使用。
对于均匀的球体,r是两球心间的距离.4．应用：（1）天体质量M 、密度ρ的估算：测出卫星绕天体做匀速圆周运动的半径r 和周期T ，由r T m r Mm G 2224π=得M=2324GTr π,ρ===334R M VM π_________,R 为天体的半径。
当卫星沿天体表面绕天体运行时,r=R ，则ρ=_________。
(2）发现未知天体知识点一万有引力定律的适用条件万有引力定律适用于计算质点间的引力．具体有以下两种情况：①两物体间的距离远远大于物体本身的线度，两物体可视为质点,例如行星绕太阳的旋转;②两个均匀的球体间，其距离为两球心的距离. 【应用1】如图所示，阴影区域是质量为M 、半径为R 的球体挖去一个小圆球后的剩余部分．所挖去的小圆球的球心o ′和大球体球心间的距离是R/2．求球体剩余部分对球体外离球心o 距离为2R 、质量为m 的质点P 的引力。
高三万有引力 天体运动教案
教学过程一、复习预习1、复习：物体做圆周运动的向心力的公式？2、预习：（1）开普勒三定律（2）万有引力定律（3）宇宙航行二、知识讲解课程引入：前面学习了圆周运动并了解了圆周运动的特点，地球绕太阳公转也可以看作圆周运动，谁提供向心力使地球做圆周运动呢？本节课我来探究天体的运动规律。
考点/易错点1万有引力定律及其应用1.开普勒行星运动三定律（1）第一定律：所有行星都在椭圆轨道上运动，太阳则处在这些椭圆轨道的一个焦点上； （2）第二定律：行星沿椭圆轨道运动的过程中，与太阳的连线在单位时间内扫过的面积相 等；（3）第三定律：所有行星的轨道的半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等．即k Tr =232．万有引力定律及其应用(1)内容：宇宙间的一切物体都是相互吸引的，两个物体间的引力大小跟它们的质量乘积成 正比，跟它们的距离平方成反比。
（2）公式：122m m F Gr =说明：①F 为两质点之间的万有引力；②m 1为中心天体的质量，m 2为环绕天体的质量； ③r 是两天体重心之间的距离 ④2211/1067.6kg m N G ⋅⨯=-，称为万有引力常量，1798年由英国物理学家卡文迪许利用扭秤装置测出。
(3)适用条件：严格地说公式只适用于质点间的相互作用，当两个物体间的距离远远大于物体本身的大小时，公式也可近似使用，但此时r 应为两物体重心间的距离．对于均匀的球体,r是两球心间的距离． （4）万有引力和重力的关系重力是万有引力产生的，由于地球的自转，因而地球表面的物体随地球自转时需要向心力．重力实际上是万有引力的一个分力．另一个分力就是物体随地球自转时需要的向心力，如图所示，由于纬度的变化，物体做圆周运动的向心力F 向不断变化，因而地球表面物体的重力随纬度的变化而变化，即重力加速度g 随纬度变化而变化，从赤道到两极逐渐增大．通常来计算星球表面重力加速度的大小，在地球的同一纬度处，g 随物体离地面高度的增大而减小，即2()Mg Gr h =+。
高考物理一轮复习第四章曲线运动万有引力与航天第6课时天体运动与人造卫星学案新人教版
第6课时 天体运动与人造卫星1．三种宇宙速度 第一宇宙速度(环绕速度)v 1＝7.9 km/s,是物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度,也是人造地球卫星的最小发射速度第二宇宙速度(脱离速度) v 2＝11.2 km/s,是物体挣脱地球引力束缚的最小发射速度 第三宇宙速度(逃逸速度) v 3＝16.7 km/s,是物体挣脱太阳引力束缚的最小发射速度2．地球同步卫星的特点(1)轨道平面一定：轨道平面和赤道平面重合。
(2)周期一定：与地球自转周期相同,即T ＝24 h ＝86 400 s 。
(3)角速度一定：与地球自转的角速度相同。
(4)高度一定：据G Mm r 2＝m 4π2T 2r 得r ＝3GMT 24π2≈4.24×104km,卫星离地面高度h ＝r －R ≈3.6×104 km(为恒量)。
(5)速率一定：运行速度v ＝2πrT≈3.08 km/s(为恒量)。
(6)绕行方向一定：与地球自转的方向一致。
3．极地卫星和近地卫星(1)极地卫星运行时每圈都经过南北两极,由于地球自转,极地卫星可以实现全球覆盖。
(2)近地卫星是在地球表面附近环绕地球做匀速圆周运动的卫星,其运行的轨道半径可近似认为等于地球的半径,其运行线速度约为7.9 km/s 。
[基础自查]1．判断正误(1)同步卫星可以定点在北京市的正上方。
(×)(2)不同的同步卫星的质量不同,但离地面的高度是相同的。
(√) (3)第一宇宙速度是卫星绕地球做匀速圆周运动的最小速度。
(×) (4)第一宇宙速度的大小与地球质量有关。
(√) (5)月球的第一宇宙速度也是7.9 km/s 。
(×)(6)同步卫星的运行速度一定小于地球第一宇宙速度。
(√)(7)若物体的速度大于第二宇宙速度而小于第三宇宙速度,则物体可绕太阳运行。
(√) 2．(2021年1月新高考8省联考·江苏卷)2020年12月3日,嫦娥五号上升器携带月壤样品成功回到预定环月轨道,这是我国首次实现地外天体起飞。
届物理一轮复习第五章天体运动第22讲天体运动的热点问题教学案
第22讲天体运动的热点问题能力命题点一卫星运行参量的分析与比较1．卫星的轨道(1)赤道轨道:卫星的轨道在错误!赤道平面内,同步卫星就是其中的一种。
（2)极地轨道:卫星的轨道过南、北两极，即在错误!垂直于赤道的平面内，如极地气象卫星。
(3）其他轨道：除以上两种轨道外的卫星轨道。
注意：①所有卫星的轨道平面一定通过地球的球心。
②除过特殊的椭圆轨道的卫星，一般卫星的运行轨道可认为是圆。
2．卫星的运行参数随轨道半径变化的规律由G错误!＝ma＝m错误!＝mω2r＝m错误!r＝m·4π2n2r可得：错误!⇒当r增大时错误!越高越慢3．地球同步卫星的特点(2019·安徽宣城二模)有a、b、c、d四颗地球卫星，卫星a 还未发射,在地球赤道上随地球表面一起转动，卫星b在地面附近近地轨道上正常运行,c是地球同步卫星,d是高空探测卫星，各卫星排列位置如图，则有(）A．a的向心加速度等于重力加速度gB．b在相同时间内转过的弧长最长C．c在4 h内转过的圆心角是错误!D．d的运动周期有可能是20 h解析同步卫星的周期与地球自转周期相同，角速度相同，则知a与c的角速度相同，根据a＝ω2r知，c的向心加速度大于a的向心加速度，由G错误!＝ma，解得：a＝错误!，可知卫星的轨道半径越大，向心加速度越小，则c的向心加速度小于b的向心加速度，而b的向心加速度约为g,故a的向心加速度小于重力加速度g，A错误;由v＝ωr知，a的线速度小于c的线速度，由G错误!＝m错误!,解得:v＝错误!，可知卫星的轨道半径r越大,线速度v越小，所以b的线速度最大，在相同时间内转过的弧长最长，B正确；c是地球同步卫星,周期是24 h，则c在4 h内转过的圆心角是错误!×4＝错误!，故C错误；由开普勒第三定律得：错误!＝k,可知卫星的轨道半径越大，周期越大，所以d的运动周期大于c的周期24 h,故D错误。
答案B近地卫星、赤道上静止物体和同步卫星的比较如图所示，a为近地卫星，轨道半径为r1；b为地球同步卫星，轨道半径为r2；c为赤道上随地球自转的物体，轨道半径为r3。
人教版高中物理全套教案和导学案4.10天体的运动与能量
§4．10天体的运动与能量4．10．1、天体运动的机械能守恒二体系统的机械能E 为系统的万有引力势能与各天体的动能之和。
仅有一个天体在运动时，则E 为系统的万有引力势能与其动能之和。
由于没有其他外力作用，系统内万有引力属于保守力，故有机械能守恒，E 为一恒量，如图4-10-1所示，设M 天体不动，m 天体绕M 天体转动，则由机械动能守恒，有2222112121mv r GMm mv r GMm E +--=+-=当运动天体背离不动天体运动时，P E 不断增大，而K E 将不断减小，可达无穷远处，此时0=P E 而K E ≥0，则应满足E ≥0，即0212≥+-mv r GMm例如从地球发射人造卫星要挣脱地球束缚必有0212≥+-mv R GMmRg R GMv 2.1122==≥我们称v =11.2km/s 为第二宇宙速度，它恰为第一宇宙速度为2倍。
另外在上面的二体系统中，由于万有引力属于有心力，所以对m 而言，遵循角动量守恒恒量=⋅r v m或 恒量=⋅θsin mvrr v 与是θ方向的夹角。
它实质可变换得到开普勒第二定律，即行星与恒星连线在相等时间内扫过面积等。
4．10．2、天体运动的轨道与能量若M 天体固定，m 天体在万有引力作用下运动，其圆锥曲线可能是椭圆（包括圆）、抛物线或双曲线。
i ）椭圆轨道如图4-7-1所示，设椭圆轨道方程为12222=+b ya x （a>b ）则椭圆长，短半轴为a 、b ，焦距22b a c -=，近地点速度1v ，远地点速度2v ，则有c a GMm mv c a GMm mv E +-=--=22212121)()(21c a mv c a mv +=-或由开普勒第二定律：)(21)(2121c a v c a v +=-可解得⎪⎩⎪⎨⎧⋅+-=⋅-+=a c a GM c a v ac a GM c a v )/()()/()(21代入E 得02<-=a GMmEii)抛物线 设抛物线方程为2Ax y =太阳在其焦点（A 41,0）处，则m 在抛物线顶点处能量为AGMmmv A GMm mv E 421)41(212020-=-=可以证明抛物线顶点处曲率半径A 21=ρ，则有220)41/(/A GMm mv =ρ得到AGM v 80=抛物线轨道能量04)8(21=-⋅=AGM AGM m Eiii ）双曲线 设双曲线方程为12222=-b y a x焦距22b a c +=，太阳位于焦点（C ，0），星体m 在双曲线正半支上运动。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2.承接
结果
生讲解专题三：卫星变轨问题。
1聆听生讲解过程||，并及时评价。
2、答疑解决生讲解过程中出现的问题。
1、生讲解专题三
2、生点评
3、生修改整理卫星变轨问题。
1、验收生自主习的结果。
10分钟
3.
做
议
讲评
1.双星及多星问题的圆周运动
1.讲解双星的圆周运动过程
2.讲解三星的圆周运动（直线型、三角形）
5分钟
5．
目标
检测
绿本68页考向1
白本260页9题
1、巡视生做答。
2、公布答案。
3、评价生作答结果。
1、练习册上作答。
2、同桌互批。
3、订正答案。
检查生对本课所的掌握情况
5分钟
6布置下节课
自主
习
任务
1.完成白册260-261页习题。
2.练习使用“高轨低速长周期”||，会分析处理卫星变轨问题
3.限时30分钟。
2019届一轮复习人教版天体运动复习课教案
主备人：使用人：时间：2019年9月
课题
天体运动复习课
课时
1
课型
复习课
教ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
重点
1.卫星变轨问题相关讨论
2.双星及多星问题讨论
依据：对天体运动的理解和分析。（课程标准）
教
难点
用万有引力分析解决问题。
依据：高考考点。
习
目标
一、知识目标
1、生能利用万有引力分析卫星变轨的过程。
2、生会用牛顿定律及圆周运动相关公式分析双星及多星的圆周运动。
二、能力目标
通过天体运动的分析||，让生深刻理解万有引力的综合应用过程和方法。
教具
多媒体课件、教辅
教
环节
教内容
教师行为
生行为
设计意图
时间
1.课前3分钟
公式小考：万有引力、圆周运动相关公式
1巡视答题情况
2评价小考结果
1互批、订正答案
检测万有引力知识点掌握情况。K
3.讲解四星问题（三角形、正方形）
1、生听讲双星圆周运动||，并回答问题
2.生尝试分析三星圆周运动。
3.生分析四星圆周运动。
训练生分析、解决习题的能力。
20分钟
4．
总
结
提升
1.卫星变轨问题。
2.双星及多星问题
1、教师补充提升||，加深理解。
1、回忆。
2、小组或同桌提问、背诵。
3、抽签回答条件。
巩固所||，完成本课习目标。
3分钟
7.
板
书
8.
课
后
反思