高中物理第六章萬(wàn)有引力與航天本章整合講義新人教版

本章整合本章知識(shí)可分為四個(gè)組成部分。第一部分:人類(lèi)對(duì)行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律的認(rèn)識(shí);第二部分:萬(wàn)有引力定律;第三部分:萬(wàn)有引力定律的應(yīng)用;第四部分:經(jīng)典力學(xué)的成就和局限性。一、人類(lèi)對(duì)行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律的認(rèn)識(shí)二、萬(wàn)有引力定律

三、萬(wàn)有引力定律的應(yīng)用

四、經(jīng)典力學(xué)的成就和局限性

一二三一、解決天體運(yùn)動(dòng)問(wèn)題的思路解決天體運(yùn)動(dòng)的基本思路(1)將天體運(yùn)動(dòng)視為勻速圓周運(yùn)動(dòng)。(2)萬(wàn)有引力提供向心力,根據(jù)已知條件靈活選擇合適的表達(dá)式(3)關(guān)于地球衛(wèi)星的問(wèn)題,有時(shí)還會(huì)應(yīng)用GM=gR2做代換。一二三【例1】我國(guó)成功發(fā)射的探月衛(wèi)星嫦娥三號(hào),在環(huán)月圓軌道繞行n圈所用的時(shí)間為t,月球半徑為R0,月球表面處重力加速度為g0。(1)請(qǐng)推導(dǎo)出嫦娥三號(hào)衛(wèi)星離月球表面高度的表達(dá)式;一二三一二三一二三變式訓(xùn)練1已成為我國(guó)首個(gè)人造太陽(yáng)系小行星的嫦娥二號(hào),2014年2月再次刷新我國(guó)深空探測(cè)最遠(yuǎn)距離紀(jì)錄,超過(guò)7000萬(wàn)公里,嫦娥二號(hào)是我國(guó)探月工程二期的先導(dǎo)星,它先在距月球表面高度為h的軌道上做勻速圓周運(yùn)動(dòng),運(yùn)行周期為T(mén);然后從月球軌道出發(fā)飛赴日地拉格朗日L2點(diǎn)(物體在該點(diǎn)受日、地引力平衡)進(jìn)行科學(xué)探測(cè)。若以R表示月球的半徑,引力常量為G,則(

)一二三答案:B一二三二、人造衛(wèi)星穩(wěn)定運(yùn)行時(shí),各運(yùn)動(dòng)參量的分析1.衛(wèi)星穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)時(shí)各運(yùn)動(dòng)參量即隨著軌道半徑的增大,衛(wèi)星的向心加速度、線(xiàn)速度、角速度均減小,周期增大。2.兩種特殊衛(wèi)星(1)近地衛(wèi)星:衛(wèi)星軌道半徑約為地球半徑,受到的萬(wàn)有引力近似為重力,故有(2)地球同步衛(wèi)星:相對(duì)于地面靜止,它的周期T=24h,所以它只能位于赤道正上方某一確定高度h,故地球上所有同步衛(wèi)星的軌道均相同,但它們的質(zhì)量可以不同。一二三【例2】

“靜止”在赤道上空的地球同步氣象衛(wèi)星把廣闊視野內(nèi)的氣象數(shù)據(jù)發(fā)回地面,為天氣預(yù)報(bào)提供準(zhǔn)確、全面和及時(shí)的氣象資料。設(shè)地球同步衛(wèi)星的軌道半徑是地球半徑的n倍,下列說(shuō)法中正確的是(

)一二三答案:C一二三變式訓(xùn)練2嫦娥二號(hào)環(huán)月飛行的高度為100km,所探測(cè)到的有關(guān)月球的數(shù)據(jù)將比環(huán)月飛行高度為200km的嫦娥一號(hào)更加詳實(shí)。若兩顆衛(wèi)星環(huán)月的運(yùn)行均可視為勻速圓周運(yùn)動(dòng),運(yùn)行軌道如圖所示。則(

)A.嫦娥二號(hào)環(huán)月運(yùn)行的周期比嫦娥一號(hào)大B.嫦娥二號(hào)環(huán)月運(yùn)行的線(xiàn)速度比嫦娥一號(hào)小C.嫦娥二號(hào)環(huán)月運(yùn)行的向心加速度比嫦娥一號(hào)大D.嫦娥二號(hào)環(huán)月運(yùn)行的向心力與嫦娥一號(hào)相等一二三答案:C一二三三、人造衛(wèi)星的發(fā)射、變軌與對(duì)接1.發(fā)射問(wèn)題要發(fā)射人造衛(wèi)星,動(dòng)力裝置在地面處要給衛(wèi)星以很大的發(fā)射初速度,且發(fā)射速度v>v1=7.9km/s,人造衛(wèi)星做離開(kāi)地球的運(yùn)動(dòng);當(dāng)人造衛(wèi)星進(jìn)入預(yù)定軌道區(qū)域后,再調(diào)整速度,使F引=F向,即

從而使衛(wèi)星進(jìn)入預(yù)定軌道。2.變軌問(wèn)題如圖所示,一般先把衛(wèi)星發(fā)射到較低軌道1上,然后在P點(diǎn)點(diǎn)火,使衛(wèi)星加速,讓衛(wèi)星做離心運(yùn)動(dòng),進(jìn)入軌道2,到達(dá)Q點(diǎn)后,再使衛(wèi)星加速,進(jìn)入預(yù)定軌道3。回收過(guò)程:與發(fā)射過(guò)程相反,當(dāng)衛(wèi)星到達(dá)Q點(diǎn)時(shí),使衛(wèi)星減速,衛(wèi)星由軌道3進(jìn)入軌道2,當(dāng)?shù)竭_(dá)P點(diǎn)時(shí),再讓衛(wèi)星減速進(jìn)入軌道1,再減速到達(dá)地面。一二三3.對(duì)接問(wèn)題如圖所示,飛船首先在比空間站低的軌道運(yùn)行,當(dāng)運(yùn)行到適當(dāng)位置時(shí),再加速運(yùn)行到一個(gè)橢圓軌道。通過(guò)控制使飛船跟空間站恰好同時(shí)運(yùn)行到兩軌道的相切點(diǎn),便可實(shí)現(xiàn)對(duì)接。一二三【例3】

(多選)2016年中國(guó)發(fā)射天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室,并發(fā)射神舟十一號(hào)載人飛船和天舟一號(hào)貨運(yùn)飛船,與天宮二號(hào)交會(huì)對(duì)接。天宮二號(hào)從酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射升空,由長(zhǎng)征運(yùn)載火箭將飛船送入近地點(diǎn)為A、遠(yuǎn)地點(diǎn)為B的橢圓軌道上,B點(diǎn)距離地面的高度為h,地球的中心位于橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上。天宮二號(hào)飛行幾周后進(jìn)行變軌進(jìn)入預(yù)定圓軌道,如圖所示。已知天宮二號(hào)在預(yù)定圓軌道上飛行n圈所用時(shí)間為t,引力常量為G,地球半徑為R。則下列說(shuō)法正確的是(

)一二三A.天宮二號(hào)從B點(diǎn)沿橢圓軌道向A點(diǎn)運(yùn)行的過(guò)程中,引力為動(dòng)力B.天宮二號(hào)在橢圓軌道的B點(diǎn)的向心加速度大于在預(yù)定圓軌道上B點(diǎn)的向心加速度C.天宮二號(hào)在橢圓軌道的B點(diǎn)的速度大于在預(yù)定圓軌道上的B點(diǎn)的速度D.根據(jù)題目所給信息,可以計(jì)算出地球質(zhì)量一二三解析:天宮二號(hào)從B點(diǎn)沿橢圓軌道向A點(diǎn)運(yùn)行的過(guò)程中,速度在變大,故受到的地球引力為動(dòng)力,所以A正確。在B點(diǎn)天宮二號(hào)產(chǎn)生的加速度都是由萬(wàn)有引力產(chǎn)生的,因?yàn)橥贐點(diǎn)萬(wàn)有引力大小相等,故不管在哪個(gè)軌道上運(yùn)動(dòng),在B點(diǎn)時(shí)萬(wàn)有引力產(chǎn)生的加速度大小相