高中物理《万有引力与航天》优质教学课件

三、卫星变轨问题
变式训练 4
( 多选 ) 欧航局彗星探测器“罗塞塔”分离的“菲莱”着陆器，
于北京时间 1 3 日零时 5 分许确认成功登陆彗星“6 7 P / 丘留
莫 格拉西缅科”( 以下简称 6 7 P ) ．这是人造探测器首次登陆
一颗 若“菲莱”着陆器着陆前与探测器“罗塞塔”均绕彗星 6 7 P (
，卫星沿圆轨道Ⅰ运行的周期为 T ，则C下D列说法中正确的是
( A ．““)嫦娥三号”卫星在轨道Ⅱ上运行的机械 能 大 于 在 轨 道 Ⅲ上 运 行 的 机 械 能 B ．“嫦娥三号”卫星在轨道Ⅲ上运行时，在 M点的速度大小大于在 P 点的速度大小 C ． “嫦 娥 三 号 ”卫 星 在 三 个 轨 道 上 运 行 时 ，在 P 点的加速度总是相同的 D ．“嫦娥三号”卫星在轨道Ⅲ上运行时， 从M点运动到 P 点经历的时间为 4T
1 、行 星的
运动
原因
2 、 3 行星 与太阳的 作 用力
日
推
心说
导
开普 勒椭
圆 模型
近似
匀速 圆周 运动 模型
万有引力 定律
检 验
月地检 验
成就
4 、求中心 天体质量
5 、宇 宙航
行
表面 物 体 法
环绕 天 体 法
人造卫星 环 绕地球 的运 动规
律
三 个 地 球
6、 经 典 理 论 的 局 限 性
拓展讨论
某航天飞机在地球赤道上空飞行，轨道半径为 r ，飞行方向与地球自传方向相同，设地球自转的角 速度为 ω0 ，地球半径为 R ，地球表面重力加 速 度为 g ，在某时刻航天飞机通过赤道上某建筑 物 的上方，求它下次通过该建筑物上方所需的时间 ．
θ θ
作业
必做内容
完善自己的知识树，构建知识 网络 完成巩固练习
质 量，我们先进行自由落体实验：让小球
在离 地面 h 高处自由下落，他测出经时间 t
小球 落地，又已知地球的半径为 R ，试估
算地球 的解质：质量量。为（引m 力的常小量球G 已在知地）球表
面
Mm G = mg
M目的=求g地R球2表
小球做自R2 由落体运动面 G 的重力加 速度
g h = 1 gt 2 2
倍距，离，地的球BD表4 面重力加速度为 gg，，则
((
))
则
二、卫星运行参数分析
变式训练 3 、美国东部时间 2015 年 3 月 1 日， SpaceX的
“猎 鹰 九 号 ”火 箭 发 射 了 两 颗 通 信 卫 星 ． 假 设 两 颗 卫 星 均 绕 地 心 做 匀速圆周运动，轨道半径分别为 R1 、 R2 ，某时刻两颗卫星分别
求：该
天律解 ：体对的M探m质测量器4p。，2
G r2 = m T2 r
根
据得万
有
引
力
定
律
和
牛
顿
第
二
定
M= 4p 2r3 GT 2
环绕法求某星体的质量必须利用该星 体 的卫星来求解，但不能求该卫星的 质量
一、天体质量和密度的估算
方法二 环绕天体法
如果通过以上两种方法求出了星球的质 量，若将星球看成球体，同时又知道了 星球的半径 R ，如何求星球的密度？
两式联立
M = 2hR2 Gt 2
一、天体质量和密度的估算
方法一 表面物体法
思考
求天体的质量，除用自由落体的情 境求 g 外，还可设置哪些情境求星 球表面的重力加速度 g ？
一、天体质量和密度的估算
变式训练 1 . （测评 3 . 1 1 题）
一、天体质量和密度的估算
方法二 环绕天体法
例 2 、一飞行探测器绕某天体做匀速圆周 运 动，轨道半径为 r ，环绕周期为 T 。
可视 为半径为 R 的球形 ) 的中心 O 做半径为 r、逆时针方向
的匀速 运动，如图所示．不计着陆器与探测器间的相互作用
力6 7，P 彗表星面的重力加速度为 g ，B则D(
)
四、多星系统模型 讨论
问题 1 、双星系统模型有哪些特征、结论？
问题 2 、三星系统有哪些类别？向心 力 由谁来提供？
问题 3 、质量相等的三星系统组成等边三角
学习目标
知识与技能
1. 归纳万有引力作用下天体的运动规律。 2. 运用万有引力定律、圆周运动知识解决具体
问过题程。与 方 法
通过知识的归纳总结，使学生学会知识整 合 的方法 。
情感、态度与价值观
培养学生尊重科学，整体认识天体的运动规律 ，勇于探究科学知识的精神。
第六章万有引力与航天
一、万有引力与航天各节知识关系
需还 要 哪 些 方 程 ？m
r=V
V= 4 p R3
3
二、卫星运行参数分析 独立推导
r越 大， a 、v、 ω 均减 小， T 增大
说明：所有的卫星绕中心天体的运动都遵守该规律。
二、卫星运行参数分析
例 3 、 ( 多选 ) 卫星 A 、 B 的运行方 向 相同，其中 B 为近地卫星，某时刻
，两 卫星相距最近 (O 、 B 、 A 在同 一直线上) ，已知地球半径为 R ，卫星 A 离地心 O 的距离是卫星 B 离地心的
位于两轨道上的 A 、 B 两位置 ( 如图所示 ) ．若卫星均顺时针运
D 行，地球半径为 R ，不计卫星间的相互作用力，引力常量为 G
，
则以下判断中正确的是 (
)
三、卫星变轨问题
讨论
例题 4 、 ( 多选 ) 如图所示是我国发射的“嫦娥三号”卫星被 月 球 俘 获 的 示 意 图 ，“嫦 娥 三 号 ”卫 星 先 绕 月 球 沿 椭 圆 轨 道 Ⅲ 运动，在 P 点经两次制动后最终沿月球表面的圆轨道Ⅰ做匀 速圆周运动，已知圆轨道半径为 r ，椭圆Ⅲ的半长轴为 4 r
社会调查
请收集航天事业对社会各个方 面 的影响，写出一份调查报告。
进
质量不等的三星系统如何找圆心位置？
五、常见的天文现象
五、常见的天文现象
知识网络
巩固练习
1 ．宇航员王亚平在“天宫一号”飞船内进行了我国
首次太空授课，演示了一些完全失重状态下的物理
现象．若飞船质量为 m，距地面高度为 h，地球质
B 量为 M，半径为 R ，引力常量为 G ，则飞船所在
的处 重 力 加 速 度 大 小 为
知识结
原 天体运动模 因 型匀速圆周运
构
万 有
动
引
描
力
述
V
、
ω
、
T
力提 供
rF 万 an
向规 心律
=Fm万an
应 用
内 容 表 达式 理 解
求中 心 天 体 质 量
人造 地
表面 物体 法
环绕天体 法人 造 地 球 卫 星 的
特运动 殊卫
一、天体质量和密度的估算
方法一 表面物体法
例题 1 、利用地球表面的物体估测地球的
)
百度文库
(
巩固练习
2 、 ( 多选 ) 嫦娥三号探测器由长征三号乙运载 火箭发射，首次实现月球软着陆和月面巡视勘 察 ．嫦娥三号的飞行轨道示意图如图所示．假设 嫦 受到月球的万B有D 引力，则 ( ) 娥 A ．三若号已在知环嫦月娥三段号圆环轨月道段和圆椭轨道圆的轨道上运动时，只
半径、运动周期和引力常量，则可 算出月球的密度 B ．嫦娥三号由环月段圆轨道变轨 进 入环月段椭圆轨道时，应让发动 机 点火使其减速 C ．嫦娥三号在环月段椭圆轨道上 P 点的速度大于 Q 点的速度 D ．嫦娥三号在动力下降阶段，其 引力势能减小