鲁科物理必修2 第5章第3节《人类对太空的不懈追求》

欢迎进入物理课堂 第3节人类对太空的不懈追求 核心要点突破 课堂互动讲练 知能优化训练 第3节 课前自主学案 课标定位 课标定位 学习目标 1 了解人类对太空的认识过程及不同阶段取得的成就 2 了解牛顿万有引力定律的发展过程 3 了解现代人类对太空的探索成就 课前自主学案 一 古希腊人的探索天文学家托勒密完善了 为航海家 天文学家和占星士所采用 二 文艺复兴的撞击1 1543年 波兰天文学家哥白尼宣布了他几十年来的研究成果 正式提出了 2 著名的天文观测家 用观测结果推翻了托勒密和哥白尼的理论 3 开普勒在第谷和哥白尼的研究成果基础上 终于发现了更为精确的行星运动规律 并先后提出了三大定律 地心本轮理论 天体运行论 日心说 第谷 布拉赫 三 牛顿的大综合牛顿在前人研究的基础上 运用开普勒运动定律和自己的研究成果 逐步建立了万有引力定律 并写了科学史上最伟大的著作之一 自然哲学的数学原理 四 对太空的探索1 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 2 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 3 1990年4月24日 升空 帮助人类对宇宙进行更多的了解 4 2005年7月4日 号发射出一个重372千克的撞击舱 撞击慧核 这是人类探测器首次撞击彗星 5 2020年 人类计算使用新一代载人飞船 重返月球 前苏联 1970 加加林 哈勃望远镜 深度撞击 猎户座 核心要点突破 一 人造卫星的超重与失重1 人造卫星在发射升空时 有一段加速运动 在返回地面时 有一段减速运动 这两个过程加速度方向均向上 因而都是超重状态 2 人造卫星在沿圆轨道运行时 由于万有引力提供向心力 所以处于完全失重状态 在这种情况下凡是与重力有关的力学现象都会停止发生 因此 在卫星上的仪器 凡是制造原理与重力有关的均不能使用 同理 与重力有关的实验也将无法进行 即时应用 即时突破 小试牛刀 1 航天员若在轨道舱内长时间停留 需每天进行体育锻炼 下列器材适合航天员进行体育锻炼的是 A 哑铃B 弹簧拉力器C 单杠D 跑步机解析 选B 因A C D的使用均与重力有关 而卫星中处于完全失重状态 二 飞船及人造卫星的变轨问题1 飞船从椭圆轨道运动向圆轨道运动转变飞船运行轨道的形状从椭圆变成圆是可以通过飞船自带的推进器来实现的 如图5 3 1所示是飞船运行的椭圆轨道 图5 3 1 即时应用 即时突破 小试牛刀 2 2010年高考天津卷 探测器绕月球做匀速圆周运动 变轨后在周期较小的轨道上仍做匀速圆周运动 则变轨后与变轨前相比 A 轨道半径变小B 向心加速度变小C 线速度变小D 角速度变小 三 双星问题宇宙中往往会有相距较近 质量可以相比的两颗星球 它们离其他星球都较远 因此其他星球对它们的万有引力可以忽略不计 在这种情况下 它们将围绕它们连线上的某一固定点做匀速圆周运动 这种结构叫做双星 双星有以下特点 图5 3 2 1 由于双星和该固定点总保持三点共线 所以在相同时间内转过的角度必相等 即双星做匀速圆周运动的角速度必相等 因此周期也必然相等 2 由于每颗星的向心力都是由双星间相互作用的万有引力提供的 因此向心力大小必然相等 3 列式时需注意 万有引力定律表达式中的r表示双星间的距离 即两个圆周的半径之和 而向心力表达式中的r表示它们各自做圆周运动的半径 千万不可混淆 即时应用 即时突破 小试牛刀 3 两颗靠的很近的恒星 这两颗星必定以一定的角速度绕两者连线上的一点转动才不至于由于万有引力作用而吸在一起 已知两颗星的质量分别为m1和m2 两颗星相距L 试求这两颗星旋转的中心位置和这两颗星转动的周期 解析 由题意我们可以画出如图所示的双星旋转示意图 答案 见解析 课堂互动讲练 2008年9月25日至28日我国成功实施了 神舟 七号载人航天飞行并实现了航天员首次出舱 飞船先沿椭圆轨道飞行 后在远地点343千米处点火加速 由椭圆轨道变成高度为343千米的圆轨道 在此圆轨道上飞船运行周期约为90分钟 下列判断正确的是 图5 3 3 A 飞船变轨前后的机械能相等B 飞船在圆轨道上时航天员出舱前后都处于失重状态C 飞船在此圆轨道上运动的角速度小于同步卫星运动的角速度D 飞船变轨前通过椭圆轨道远地点时的加速度大于变轨后沿圆轨道运动的加速度 答案 B 卫星变轨问题 如图5 3 4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 图5 3 4 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cD a卫星由于某种原因 轨道半径缓慢减小 其线速度将变大 答案 D 变式训练1 2010年高考江苏卷改编 2009年5月 航天飞机在完成对哈勃空间望远镜的维修任务后 在A点从圆形轨道 进入椭圆轨道 B为轨道 上的一点 如图5 3 5所示 关于航天飞机的运动 下列说法中不正确的是 如图5 3 5 A 在轨道 上经过A的速度小于经过B的速度B 在轨道 上经过A的动能小于在轨道 上经过A的动能C 在轨道 上运动的周期小于在轨道 上运动的周期D 在轨道 上经过A的加速度小于在轨道 上经过A的加速度 2011年衡水高一检测 宇宙中两颗相距较近的天体称为 双星 它们以两者连线上的某一点为圆心做匀速圆周运动 而不至于因万有引力的作用吸引到一起 设两者的质量分别为m1和m2 两者相距为L 求 1 双星的轨道半径之比 2 双星的线速度之比 对双星问题的考察 思路点拨 双星之间的作用力是两星之间的万有引力 要做稳定的匀速圆周运动 只有依靠万有引力提供向心力 又以两者连线上的某点为圆心 所以半径不变 故运动过程中角速度相等 再由万有引力定律求解 图5 3 6 答案 变式训练2海王星的质量是地球的17倍 它的半径是地球的变式训练2经长期观测人们在宇宙中已经发现了 双星系统 双星系统 由两颗相距较近的恒星组成 每个恒星的线度远小于两个星球之间的距离 而且双星系统一般远离其他天体 如图5 3 7所示 两颗星球A B组成的双星 在相互之间的万有引力作用下 绕连线上的O点做周期相同的匀速圆周运动 现测得两颗星球A B之间的距离为L 质量之比为m1 m2 3 2 则可知 图5 3 7 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全