课件38张PPT。课下作业综合提升第
5章第
1
节新知预习·巧设计名师课堂
·一点通创新演练
·大冲关要点一要点二随堂检测归纳小结要点三1．了解开普勒三定律的内容。
2．掌握万有引力定律的内容、表达式及适
用条件，能解决相关问题。
3．了解万有引力常量G的测定方法及意义。[读教材·填要点]
一、行星运动的规律
1.开普勒三定律椭圆行星椭圆焦点相等的时间面积行星绕太阳半长轴r公转周期T质量无关二、万有引力定律及引力常量乘积正比距离平方反比6.67×10－ /(kg·s2)质点球心卡文迪许质量[试身手·夯基础]
1．行星绕太阳在椭圆轨道上运行。行星距太阳较近处与距太
阳较远处相比较，运动速率何处较大？
解析：由开普勒第二定律可知，由于在相等的时间内，行星与太阳的连线扫过相等的面积，显然与太阳相距较近时相等时间内经过的弧长必定较长，因此运动速率较大。
答案：见解析2．关于行星的运动，以下说法正确的是 ( )
A．行星轨道的半长轴越长，自转周期就越大
B．行星轨道的半长轴越长，公转周期就越大
C．水星的半长轴最短，公转周期最大
D．以上说法都不对答案：B
3．关于万有引力，下列说法正确的是 ( )
A．万有引力只有在天体与天体之间才能明显表现出来
B．一个苹果由于其质量很小，所以它受的万有引力几
乎可以忽略
C．地球对人造卫星的万有引力远大于卫星对地球的万
有引力
D．地球表面的大气层是因为万有引力的约束而存在于
地球表面附近的解析：由月—地检验可知：自然界中普通物体与天体间也能明显表现出引力作用，故A错；苹果质量虽小，但由于地球质量很大，故引力不可忽略，B错；物体间的引力是相互的，由牛顿第三定律知此两力应等大，故C错，D选项正确。
答案：D对开普勒定律的理解 1．从空间分布认识
行星的轨道都是椭圆，所有椭圆有一个
共同的焦点，太阳就在此焦点上。
因此第一定律又叫椭圆轨道定律，如图
5－1－1所示。
意义：第一定律告诉我们，尽管各行星的轨道大小不同，但它们的共同规律是：所有行星都沿椭圆轨道绕太阳运动，太阳则位于所有椭圆的一个公共焦点上。图5－1－1
2．从速度大小认识
行星靠近太阳时速度增大，远离太阳时速度减小。第二定律又叫面积定律，如图5－1－2所示。
图5－1－2 1.如图5－1－4所示，两颗地球卫星绕
地球运动，卫星A沿椭圆轨道1运动，卫星
B沿圆轨道2运动，已知椭圆轨道1近地点与
地心的距离为a，远地点与地心的距离为b，
椭圆轨道1在远地点与圆形轨道2相切，则两
卫星运动的周期之比TA∶TB＝________。
[思路点拨] 本题主要考查开普勒第三定律的应用，解题的关键是找到卫星绕椭圆轨道和圆轨道运动的半长轴大小。图5－1－4对万有引力的理解1．万有引力四性图5－1－5
这个力的方向沿半径指向球心。
如图5－1－5所示。 由于地面上的一切物体随地球一起自转，需要一个向心力。因此，可以把引力F分解成F1、F2两个分量：其一为F1＝mg，等效于平常说的重力，它的方向即常说的竖直向下；其二为F2＝mω2Rcos θ，是物体随地球自转所需的向心力，它的方向指向地轴。
当物体从两极移向赤道时，随着纬度θ的减小，分力F2增大，分力F1减小，这就是物体从两极移向赤道时重力减小的主要原因。 2．已知地球半径为R，试求地面上空R高处的重力加速度g′与地面上重力加速度g的大小关系。
[思路点拨] 地球表面处的重力加速度和地面上空R高处的重力加速度都是由地球对物体的万有引力产生的。由于万有引力大小不同，故重力加速度大小也不同。 忽略星球自转的影响，星球表面上及附近物体受到的重力等于万有引力，且g的取值随高度的增加而减小。天体质量和密度的计算[答案] 2×1030 kg
利用万有引力估测中心天体质量，实质是万有引力提供向心力类问题，解决问题的关键是灵活选用向心力计算公式。课件46张PPT。课下作业综合提升第
5章第
2、3
节新知预习·巧设计名师课堂
·一点通创新演练
·大冲关要点一要点二随堂检测归纳小结要点三要点四1．知道三个宇宙速度的含义，会计算第一
宇宙速度。
2．掌握研究天体运动的基本方法；万有引
力提供圆周运动的向心力。
3．了解地球同步卫星知识。[读教材·填要点]万有引力mrω2地心小小大环绕速度11.2 km/s脱离16.7 km/s逃逸 二、发现未知天体
1．海王星的发现
在观测 时，发现其实际轨道与由万有引力定律计算的轨道不吻合，并由此预测存在另一行星，这就是后来发现的 。
2．意义
巩固了 的地位，展现了科学理论超前的预见性。天王星海王星万有引力定律三、人类对太空的不懈追求
1．两种学说地球地球太阳太阳匀速圆周第谷 2．牛顿的大综合
牛顿在前人研究的基础上，逐步建立了 ，
是物理学的第一次大综合，形成了以 为基
础的力学体系。万有引力定律牛顿三大运动定律[试身手·夯基础]
1．美国“新地平线”号探测器，已于美国东部时间2006年1月
17日13时(北京时间18日1时)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，如果顺利，2015年“新地平
线”号探测器就会按时到达，成为冥王星的一颗人造卫星。
“新地平线”号探测器的发射速度约为多少？解析：“新地平线”号探测器是冥王星的卫星，它将飞离地球而绕冥王星运动，但它仍没有脱离太阳的束缚，故其发射速度在第二宇宙速度与第三宇宙速度之间，即11.2 km/s＜v＜16.7 km/s。
答案：见解析2．在人类对太空的追求中，逐渐形成了以亚里士多德和托
勒密为代表的________和以哥白尼为代表的________；
哥白尼的理论计算结果被第谷·布拉赫证明与观测事实________，________在第谷研究的基础上，经过自己的观测与计算，发现了行星运动的开普勒运动三定律；
牛顿在前人研究的基础上，逐步建立了____________，是物理学的第一次大综合，进而形成了以____________为基础的力学体系，并写了科学史上最伟大的著作《____________》。
答案：地心说 日心说 不相符 开普勒 万有引力定律 牛顿三大运动定律 自然哲学的数学原理3．1957年10月4日，________的第一颗人造卫星上天。中
国在________年发射了第一颗人造地球卫星。
1961年4月12日，世界第一艘载人宇宙飞船“东方”号发射升空，前苏联宇航员________成功完成了人类的第一次环绕地球飞行。1990年4月24日，________升空，帮助人类对宇宙进行更多的了解。
答案：前苏联 1970 加加林 哈勃望远镜4．人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动，其运行速度
( )
A．一定等于7.9 km/s
B．等于或小于7.9 km/s
C．一定大于7.9 km/s
D．介于7.9～11.2 km/s之间
解析：第一宇宙速度是最大环绕速度。
答案：B对三种宇宙速度的理解 宇宙速度是在地球上满足不同要求的发射速度，不能理解成卫星的运行速度。
1．第一宇宙速度(环绕速度)
指人造卫星近地环绕速度，它是人造卫星在地面附近环绕地球做匀速圆周运动所必须具有的速度，是人造地球卫星的最小发射速度。v1＝7.9 km/s。第一宇宙速度是卫星环绕地球做匀速圆周运动的最大速度。 2．第二宇宙速度(脱离速度)
v＝11.2 km/s是使物体挣脱地球引力束缚，成为绕太阳运行的人造行星或飞到其他行星上去的最小发射速度。当16.7 km/s＞v≥11.2 km/s时，卫星脱离地球束缚，成为太阳系的一颗“小行星”。
3．第三宇宙速度(逃逸速度)
v＝16.7 km/s是使物体挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的宇宙空间去的最小发射速度。当v≥16.7 km/s时，卫星脱离太阳的引力束缚，跑到太阳系以外的宇宙空间中去。 [名师点睛]
区分两个速度：
(1)发射速度：所谓发射速度是指被发射物在地面附近离开发射装置时的初速度。由于被发射物上升过程要消耗能量，所以要发射一颗人造地球卫星，发射速度不能小于第一宇宙速度。若发射速度等于第一宇宙速度，卫星只能“贴着”地面近地运行。如果要使人造卫星在距地面较高的轨道上运行，就必须使发射速度大于第一宇宙速度。 1．火星半径约为地球半径的一半，质量约为地球的十分之一，地球上的第一宇宙速度约为7.9 km/s，则火星上的 第一宇宙速度约为多少？
[审题指导]
(1)第一宇宙速度为贴近天体表面的环绕速度，轨道半径为天体半径。
(2)万有引力提供卫星做圆周运动的向心力。[答案] 3.53 km/s
人造卫星的轨道及卫星的运行特点 1．卫星绕地球的轨道可以是椭圆轨道，也可以是圆轨道
(1)若是椭圆轨道，地心是椭圆的一个焦点，其运动遵循开普勒三定律。
(2)若是圆轨道，卫星所需的向心力由地球对它的万有引力提供，由于万有引力指向地心，所以卫星圆轨道的圆心必然是地心，即卫星绕地心做匀速圆周运动。 ?(3)轨道平面：卫星的轨道平面可以跟赤
道平面重合，也可以跟赤道平面垂直，也可
以跟赤道平面成任意角度。轨道平面一定过
地心，如图5－2－1。
2．卫星的运行特点
由于万有引力提供卫星绕地球运动的向心力，所以有：
图5－2－1 由于卫星轨道的最小半径为r＝R(R为地球半径)，此时：加速度最大，a＝g；线速度最大，为第一宇宙速度7.9 km/s；其角速度最大，周期最小，约为85 min。 2．某人造地球卫星因高空稀薄空气的阻力作用，绕地球运动的轨道会慢慢改变，某次测量卫星的轨道半径为r1，后来变为r2(r2
A．v2 B．v2>v1，T2>T1，a2>a1
C．v2>v1，T2a1
D．v2>v1，T2>T1，a2[答案] C
(1)所有绕地球运行的卫星的a、v、ω、T只与轨道半径r有关。
(2)在处理卫星的v、ω、T与半径r的关系问题时，常用公式“gR2＝GM”来替换出地球的质量M会使问题解决起来更方便。应用万有引力定律分析计算天体运动的问题[答案] 6.9×103 m/s 7.6×103 s
同步卫星的相关知识 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，又叫通讯卫星。同步卫星有以下几个特点：
(1)同步卫星的运行方向与地球自转方向一致。
(2)同步卫星的运转周期与地球自转周期相同，即T＝24 h。
(3)同步卫星的运行角速度等于地球自转的角速度。
(4)要与地球同步，卫星的轨道平面必须与赤道平面平行，又由于向心力是万有引力提供的，万有引力必须在轨道平面上，所以同步卫星的轨道平面均在赤道平面上，即所有的同步卫星都在赤道的正上方，不可能定点在我国某地上空。[答案] C 地球同步卫星做匀速圆周运动的向心力仍然由万有引力提供，只是同步卫星的轨道平面、周期、高度、线速度、角速度都是固定的。课件19张PPT。第5章章末复习方案与全优评估专题·迁移·发散检测·发现·闯关专题一专题二专题三专题四赤道上的物体与同步卫星以及近地卫星的运动规律 (3)同步卫星与赤道物体具有与地球自转相同的运转周期和运转角速度，始终与地球保持相对静止状态，共同绕地轴做匀速圆周运动。近地卫星与同步卫星的相同之处是：二者所需要的向心力均完全由地球的万有引力提供。 [例证1] 地球赤道上有一物体随地球的自转而做圆周运动，所需的向心力为F1，向心加速度为a1，线速度为v1，角速度为ω1；绕地球表面附近做圆周运动的人造卫星所需的向心力为F2，向心加速度为a2，线速度为v2，角速度为ω2；地球同步卫星所需的向心力为F3，向心加速度为a3，线速度为v3，角速度为ω3。假设这三个物体的质量相等，
则 ( )
A．F1>F2>F3 B．a2>a1>a3
C．v1＝v2>v3 D．ω1＝ω3<ω2[答案] D
卫星的追及变轨及对接问题 [例证2] 如图5－1所示，a、b、c是在地
球大气层外圆形轨道上运行的3颗人造卫星，
下列说法正确的是 ( )
A．b、c的线速度大小相等，且大于a的线
速度
B．b、c的向心加速度大小相等，且大于a的向心加速度
C．c加速可追上同一轨道上的b，b减速可等到同一轨道上的c
D．a由于某种原因，轨道半径缓慢减小，其线速度将增大图5－1[答案] D
双星问题 [例证3] (2010·重庆高考)月球与地球质量之比约为1∶80。有研究者认为月球和地球可视为一个由两质点构成的双星系统，它们都围绕月地连线上某点O做匀速圆周运动。据此观点，可知月球与地球绕O点运动的线速度大小之比约为 ( )
A．1∶6 400 B．1∶80
C．80∶1 D．6 400∶1[答案] C
卫星中的“超重”、“失重” (1)首先要正确理解“超重”和“失重”的概念。所谓“超重”和“失重”，是指物体在某一状态下给予支持物的压力或拉力发生了变化。
(2)在载人卫星发射过程中，整个卫星以加速度a向上加速运动，这时卫星中的人和其他物体的动力学方程为：N－mg＝ma，N＝mg＋ma即N>mg，这就是所谓的“超重”现象。
此种情况与“升降机”中物体超重相同。 [例证4] 人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动，下列说法中正确的有 ( )
A．可用天平测量物体的质量
B．可用水银气压计测舱内的气压
C．不可用弹簧秤测拉力
D．卫星内重物挂于弹簧秤上示数为零，但仍受地
球引力 [解析] 卫星内物体处于完全失重状态，此时放在天平上的物体对天平的压力为零，因此不能用天平测物体的质量，故A错；同理水银也不会产生压力，故水银气压计也不能使用，故B错；弹簧秤测拉力遵从胡克定律，拉力的大小与弹簧伸长量成正比，故C错误；物体处于完全失重状态时并不是不受万有引力，而是万有引力全部提供了物体做圆周运动的向心力，故D正确。
[答案] D