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  • ID:6-5594012 [精]必修2 7.2 功(课件+导学案+练习+视频)

    高中物理/人教版(新课程标准)/必修2/第七章 机械能守恒定律/2.功

    中小学教育资源及组卷应用平台 7.2 功 一、单项选择题 1.一个物体在两个力F1、F2的共同作用下发生了一段位移,做功分别为W1=6 J、W2=-6 J,下列说法正确的是( ) A.这两个力一定大小相等、方向相反 B.F1是动力,F2是阻力 C.这两个力做的总功不为0 D.F1比F2做的功多 2.(2018·甘肃省嘉峪关市酒钢三中高一期中)关于功,下列说法中正确的是( ) A.力和位移都是矢量,所以功也是矢量 B.功只有大小而无方向,所以功是标量 C.功的大小仅由力决定,力越大,做功越多 D.功的大小仅由位移决定,位移越大,做功越多 3.有一根轻绳拴了一个物体,如图所示,若整体以加速度a向下做减速运动时,作用在物体上的各力做功的情况是( ) A.重力做正功,拉力做负功,合外力做负功 B.重力做正功,拉力做负功,合外力做正功 C.重力做正功,拉力做正功,合外力做正功 D.重力做负功,拉力做负功,合外力做正功 4.大小相等的水平拉力分别作用于原来静止、质量分别为m1和m2的物体A、B上,使A沿光滑水平面运动了位移s,使B沿粗糙水平面运动了同样的位移,则拉力F对A、B做的功W1和W2相比较 ( ) A.W1>W2 B.W1<W2 C.W1=W2 D.无法比较 5.如图所示,力F大小相等,物体沿水平面运动的位移l也相同,下列哪种情况F做功最少 6.如图所示,同一物体分别沿斜面AD和BD自顶点由静止开始下滑,该物体与斜面间的动摩擦因数相同。在滑行过程中克服摩擦力做的功分别为WA和WB,则( ) A.WA>WB    B.WA=WB C.WAf2,物体加速 F F L f2 f2 无关! 例2、在光滑的水平面和粗糙的水平面上各放一质量不同的木块,在相同的水平拉力作用下,通过相同的位移,拉力对木块做的功:( ) A.在光滑的水平面上较多 B.在粗糙的水平面上较多 C.一样多 D.由小车运动所需的时间决定 温馨提示:力对物体做的功只与F、 l 、 α三者有关,与物体的运动状态等因素无关 一定要明了是哪个力对物体做的功 C 小结 1、做功的条件 作用在物体上的力 物体在力的方向上移动的位移 2、功的计算 W = F l cosα a、功一定要指明是哪个力对物体做的功 b、力必须是恒力 3、 功是标量,但有正负。正负只表示做功的力的效果功的正负决不表示方向,也不表示大小。 4、总功等于各个力对物体所做功的代数和,也就是合力对物体所做的功。 课堂练习 2.两质量相等的物体A、B分别放在粗糙水平面上和光滑的水平面上,在同样的拉力F作用下,产生相同的位移l,则拉力( ) A、对A做的功多 B、对B做功多 C、一样多 D、以上都有可能 1.-8J的功与5J的功那个大? C 3.水平路面上有一个重500 N的小车,在100 N的水平拉力作用下,匀速向前移动了5 m, 则在这一过程中( ) A.车受到的阻力为600 N B.车受到的阻力为500 N C.拉力对车做功是500 J D.重力对车做功为2500 J C 4.关于功的概念,下列说法中正确的是( ) A.力对物体做功多,说明物体的位移一定大; B.力对物体做功少,说明物体的受力一定小; C.力对物体不做功,说明物体一定无位移; D.功的多少是由力的大小和物体在力的方向上位移的大小确定的. D 谢谢 21世纪教育网(www.21cnjy.com) 中小学教育资源网站 有大把高质量资料?一线教师?一线教研员? 欢迎加入21世纪教育网教师合作团队!!月薪过万不是梦!! 详情请看: https://www.21cnjy.com/help/help_extract.php

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  • ID:6-5576016 [精]必修2 6.6经典力学的局限性(课件+导学案+练习+视频)

    高中物理/人教版(新课程标准)/必修2/第六章 万有引力与航天/6.经典力学的局限性

    第六章 万有引力与航天 经典力学的局限性 自然和自然的法则在黑暗中隐藏;上帝说,让牛顿去吧!于是一切都被照亮。魔鬼说,让爱因斯坦去吧!于是一切又回到黑暗中。 亚里士多德:经验主义: 必须有力作用在物体上物体才能运动 伽利略:理想实验(斜面): 物体保持运动不需要力维持 笛卡尔:如果运动中物体没受到力, 将以同一速度沿以直线运动。 牛顿:牛顿定律(惯性定律, 加速度定律,作用反作用定律) 牛顿运动定律 一、经典力学的发展过程 哥白尼:日心说 第谷:20年精心观测数据 开普勒研究第谷数据得三个定律 胡克、哈雷进一步认识 牛顿解决椭圆并延伸到万物间有力 万有引力定律 一、经典力学的发展过程 17世纪牛顿力学构成了体系。可以说,这是物理学第一次伟大的综合。牛顿建立了两个定律:一个是运动定律,一个是万有引力定律,并发展了变量数学微积分,具有解决实际问题的能力。他开拓了天体力学,海王星和冥王星的发现就充分显示了这一点 . 经典力学的基础是牛顿运动定律,万有引力定律更确立了牛顿的地位,牛顿运动定律和万有引力定律在宏观、低速、弱引力的广阔领域,经受实践检验。 由牛顿力学定律导出的动量守恒定律、机械能守恒律等是航空航天技术理论的基础。火箭、人造地球卫星、航天飞机、宇宙飞船、行星探测器等航天器的发射,都是牛顿力学规律的应用范例…… 经 典 力 学 的 成 就 和 局 限 性 二、经典力学遇到的两朵乌云 1、迈克尔逊莫雷实验测得光速是不变的。 经典力学不能解决高速运动问题(接近光速) 2、黑体辐射出的能量不是连续的 经典力学不能解释微观领域中物质结构和能量不连续的现象 火车 从地面上物体的运动到天体的运动,从现代的交通工具到人造卫星、宇宙飞船等,这些运动都需要服从经典力学的规律。 飞机 宇宙飞船 如:在一个无限大的光滑水平面上,有一质量为m的物体,在一个水平恒力F的作用下,从静止开始运动。根据牛顿第二定律可知物体将以加速度a=F/m做匀加速直线运动。 由运动学公式可知:物体的速度v=at 推理:随着时间的推移,物体的速度不断增大,最终可使物体获得任意速度。但事实并非如此,常识告诉我们,物体运动速度是有极限的,现在已知的最大速度是光速,且现在也无法使物体运动超越这个速度。速度远小于光速时,经典力学完全适用。当物体的速度接近光速时,经典力学就不适用了。 F m (一)、经典力学受速度限制的分析 根据质点的运动规律,应用牛顿力学可以准确地预测质点在某时刻的位置和速度。 到了19世纪末,面对高速运动的微观粒子发生的现象,经典力学遇到了困难.在新事物面前,爱因斯坦打破了传统的时空观,于1905年发表了题为《论运动物体的电动力学》的论文,提出了狭义相对性原理和光速不变原理,创建了狭义相对 论.狭义相对论一深奥难懂著称,并且他的出 现,使整个世界都处于震惊和争论之中, 相对论时空观: (1)同时是相对的 (3)动尺变短 (4)运动的物体质量变大 (1)不同惯性参考系,物理规律相同 1、两条基本假设: (2)任何惯性系,光速不变 2、狭义相对论结论: (2)动钟变慢 时间、长度和质量这三者都与参考系的运动有关。 天上一天,地上一年 一个跟头十万八千里   经典时空观 狭义相对论时空观 光速     同时     时间与空间     质量     相对的 绝对的(不变) 绝对的 与运动无关,绝对的 与运动无关,不变的 相对的 与运动有关,相对的 随速度增加而增大 经典时空观与相对论时空观 (二)、经典力学在分析宏观与微观的困难 第二次革命的导火索是物理学史上的三大发现:伦琴发现X射线、汤姆生发现电子 、贝克勒耳发现天然放射线,使物理学的研究从宏观领域进入了微观世界。人们发现,微观粒子所表现出的现象用经典物理理论根本无法解释。 伦琴发现X射线 汤姆生发现电子 贝克勒耳发现 天然放射线 宏观领域 微观世界 小球穿越略大于球的孔 根据质点的运动规律,应用牛顿力学可以准确地预测质点在某时刻的位置 电子云 电子有波粒二象性,它不像宏观物体的运动那样有确定的轨道,因此画不出它的运动轨迹。我们不能预言它在某一时刻究竟出现在核外空间的哪个地方,只能知道它在某处出现的机会有多少。为此,就以单位体积内电子出现几率,即几率密度大小,用小白点的疏密来表示。小白点密处表示电子出现的几率密度大,小白点疏处几率密度小,看上去好像一片带负电的云状物笼罩在原子核周围,因此叫电子云。 经典力学难以解释微观粒子的运动: 科学家们发现,电子、质子、中子等微观粒子不仅具有粒子性,同时还具有波动性,它们的运动在很多情况下不能用经典力学来说明。20世纪20 年代量子力学的出现,才很好地揭示了微观世界的基本规律。 经典力学(牛顿运动定律)在宏观世界中成立(适用),微观世界不适用。 普朗克创立量子力学 1.宏观世界粒子的运动特点: 粒子具有确定的运动轨迹,根据质点的运动规律,应用牛顿力学可以准确地预测质点在某时刻的位置。 2.微观粒子的运动特点: 就单个粒子来说,其运动没有确定的运动轨迹,微观粒子既有粒子性,又有波动性。 宏观世界与微观世界的区别 经典力学(牛顿运动定律)在宏观世界中成立(适用),微观世界不适用。 相对论和量子力学的出现,是否表示经典力学失去了意义? 相对论和量子力学的出现,说明人类对自然界的认识更加广泛和深入,而不表示经典力学失去了意义.它只是使人们认识到经典力学有它的适用范围:只适用于低速运动,不适用于高速运动,只适用于宏观世界,不适用于微观世界。 历史上的科学成就不会被新的科学成就所否定,而是作为某些条件下的局部情形,被包括在新的科学成就之中.如:当物体的速度远小于光速c(3×108m/s)时,相对论与经典理论的结论没有区别;当另一个重要常数即“普朗克常数”h(6.63×10-34J·s)可以忽略不计时.量子力学和经典力学的结论没有区别.相对论和量子力学都没有否定过去的科学。 阅读课本第50页,归纳牛顿万有引力定律与爱因斯坦引力理论的主要差异: 三、强引力作用下出现的问题 (1)牛顿的万有引力定律认为:物体的半径减小时,其表面上的万有引力与半径的二次方成反比地增大,对于半径接近于零质点的物体,其表面上的万有引力接近于无穷大. (2)爱因斯坦理论认为:物体的半径减小时,其表面上的万有引力比二次方成反比规律增大得快,引力趋于无穷大发生在接近一个“引力半径”的时候. (3)只要天体的实际半径远大于它们的引力半径,那么由爱因斯坦和牛顿引力理论计算出的力的差异并不很大,但当天体的半径接近引力半径时,这种差异将急剧增大,这就是说,在强引力的情况下,牛顿引力理论将不再适用. 牛顿万有引力定律与爱因斯坦引力理论的主要差异: 物体间的万有引力是弱引力,经典力学适用 天体半径减小到一定程度时, 天体间的引力非常大 ,属于强引力。经典力学不再适用。 爱因斯坦广义相对论 三、强引力作用下出现的问题 经典力学 弱引力 低速 宏观 强引力 高速 微观 广义相对论 狭义相对论 量子力学 相对论、量子力学和经典力学的关系: 互为补充,互不矛盾,互不否定共同支撑起物理学科的骨架。 小结:经典力学的适用范围 空间弯曲 黑洞 时空穿梭 《物理世界奇遇记》 谢谢 21世纪教育网(www.21cnjy.com) 中小学教育资源网站 有大把高质量资料?一线教师?一线教研员? 欢迎加入21世纪教育网教师合作团队!!月薪过万不是梦!! 详情请看: https://www.21cnjy.com/help/help_extract.php 中小学教育资源及组卷应用平台 万有引力与航天 第6节 经典力学的局限性 一、不定项选择 1. 经典力学不能适用于下列哪些运动(  ) A. 火箭的发射 B. 宇宙飞船绕地球的运动 C. “勇气号”宇宙探测器在火星着陆 D. 微观粒子的波动性 2. 关于经典力学和量子力学,下列说法中正确的是(  ) A. 不论是对宏观物体,还是微观粒子,经典力学和量子力学都是适用的 B. 量子力学适用于宏观物体的运动;经典力学适用于微观粒子的运动 C. 经典力学适用于宏观物体的运动;量子力学适用于微观粒子的运动 D. 上述说法都是错误的 3. (多选)关于经典力学、相对论与量子论的说法正确的是 (  ) A. 当物体的速度接近光速时,经典力学就不适用了 B. 相对论和量子力学的出现,使经典力学失去了意义 C. 量子力学能够描述微观粒子运动的规律性 D. 万有引力定律也适用于强相互作用力 4. (多选)物理学的发展丰富了人类对物质世界的认识,推动了科学技术的创新和革命,促进了物质生产的繁荣与人类文明的进步,下列表述正确的是(  ) A. 牛顿发现了万有引力定律 B. 牛顿通过实验证实了万有引力定律 C. 相对论的创立表明经典力学已不再适用 D. 爱因斯坦建立了狭义相对论,把物理学推进到高 5.牛顿定律不适用于下列哪些情况(  ) A.研究原子中电子的运动 B.研究“神舟十号”飞船的高速发射 C.研究地球绕太阳的运动 D.研究飞机从北京飞往纽约的航线 6.在日常生活中,我们并没有发现物体的质量随着物体运动速度的变化而变化,其原因是(  ) A.运动中物体无法称量质量 B.物体的速度远小于光速,质量变化极小 C.物体的质量太大 D.物体的质量不随速度的变化而变化 7.(多选)物理学的发展丰富了人类对物质世界的认识,推动了科学技术的创新和革命,促进了物质生产的繁荣与人类文明的进步,下列表述正确的是(  ) A.牛顿发现了万有引力定律 B.牛顿通过实验证实了万有引力定律 C.相对论的创立表明经典力学已不再适用 D.爱因斯坦建立了狭义相对论,把物理学推进到高速领域 8.对于时空观的认识,下列说法正确的是(  ) A.相对论给出了物体在低速运动时所遵循的规律 B.相对论具有普遍性,经典物理学为它在低速运动时的特例 C.相对论的出现使经典物理学在自己的适用范围内不再继续发挥作用 D.经典物理学建立在实验的基础上,它的结论又受到无数次实验的检验,因此在任何情况下都适用 9、(多选)下列服从经典力学规律的是(  ) A.自行车、汽车、火车、飞机等交通工具的运动 B.发射导弹、人造卫星、宇宙飞船 C.物体运动的速率接近于真空中的光速 D.地壳的变动 10、(多选)关于经典力学和狭义相对论,下列说法中正确的是(  ) A.经典力学只适用于低速运动,不适用于高速运动(速度接近于真空中的光速) B.狭义相对论只适用于高速运动(速度接近于真空中的光速),不适用于低速运动 C.经典力学既适用于低速运动,也适用于高速运动(速度接近于真空中的光速) D.狭义相对论既适用于高速运动(速度接近于真空中的光速),也适用于低速运动 答案与解析 1.【答案】D 【解析】经典力学适用于宏观物体的低速运动,故经典力学对A、B、C都能适用,对D不适用。 2.【答案】C 【解析】 经典力学适用于低速运动、宏观物体,不适用于高速、微观粒子。量子力学不适用于宏观物体,适用于微观粒子,故选项C正确。 3.【答案】AC 【解析】经典力学只适用于低速宏观的物体,故A正确;相对论和量子力学的出现,并没有否定经典4.【答案】AD【解析】万有引力定律是牛顿发现的,但在实验室里加以验证是卡文迪许进行的,A对、B错;相对论并没有否定经典力学,经典力学对于低速、宏观运动仍适用,C错;狭义相对论的建立,是人类取得的重大成就,从而把物理学推到更高领域,D对。 5【答案】A 6.【答案】B 【解析】日常生活中见到的物体的速度都很小,由m=可知,当v?c时,m≈m0,故B选项正确. 7.【答案】AD 【解析】万有引力定律是牛顿发现的,但在实验室里加以验证是卡文迪许进行的,A对,B错.相对论并没有否定经典力学,经典力学对于低速、宏观运动仍适用,C错.狭义相对论的建立,是人类取得的重大成就,从而把物理学推到更高领域,D对. 8.【答案】B 9.ABD 10.AD 21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 (共 2 页) HYPERLINK "http://21世纪教育网(www.21cnjy.com) " 21世纪教育网(www.21cnjy.com) 中小学教育资源及组卷应用平台 第六章 万有引力与航天 第6节 经典力学的局限性 【学习目标】 (1)知道经典力学的局限性和适用范围. (2)了解经典力学在科学研究和生产技术中的广泛应用; (3)初步了解微观和高速世界中的奇妙现象 (4)知道相对论、量子力学和经典力学的关系. 【重点难点】 1.牛顿运动定律的适用范围。 2.高速运动的物体,速度和质量之间的关系。 【课前预习】 1.20世纪初,著名物理学家爱因斯坦提出了 ,改变了经典力学的一些结论.在经典力学中,物体的质量是 的,而相对论指出质量随着速度变化而 若一个物体静止时的质量为,则当它以速度运动时,共质量m= 。 2.每一个天体都有一个引力半径,半径的大小由 决定;只要天体实际半径 它们的引力半径,那么由爱因斯坦和牛顿引力理论计算出的力的差异 。但当天体的实际半径接近引力半径时,这种差异 。 3.19世纪末和20世纪以来,物理学的研究深入到 ,发现 、 、 等微观粒子不仅有、 ,而且有 ,它们的运动规律不能用经典力学来说明。 4..经典力学的适用范围 (1)经典力学有它的适用范围:只适用于 运动,不适用于 运动;只适用于 世界,不适用于 世界;只适用于 情况,不适用于 情况. (2)对于高速运动(速度接近真空中的光速),需要应用爱因斯坦的相对论.当物体的运动速度远小于真空中的光速时,相对论物理学与经典物理学的结论没有区别. (3)对于微观世界,需要应用量子力学.当普朗克常量可以忽略不计时,量子力学和经典力学的结论没有区别. (4)对于强引力情况,需要应用爱因斯坦引力理论.当天体的实际半径远大于它们的引力半径时,爱因斯坦引力理论和牛顿万有引力定律计算出的力的差异并不很大. 本节学习了经典力学的局限性: 【合作探究一】阅读课本P48的1-3段,说出经典力学的成就 【合作探究二】阅读课本P48-50的“从低速到高速”内容,思考并小组讨论下面的问题: 1.在经典力学和狭义相对论中,物体的质量有何不同? 2.在经典力学和狭义相对论中,位移和时间的测量结果在不同参考系中有何区别? 【合作探究三】阅读课本P50的“从宏观到微观”内容,写出经典力学的适用范围是什么? 【合作探究四】阅读课本P50-51的“从弱引力到强引力”内容,思考并小组讨论下面的问题: 经典力学与行星轨道的矛盾是什么? 由经典力学与行星轨道的矛盾说明了什么? 3.归纳牛顿万有引力定律与爱因斯坦引力理论的主要差异. 4.经典力学和相对论及量子力学的关系如何? [课堂总结]: 经典力学的局限性 (1)从低速到高速:在经典力学中,物体的质量m是不随运动状态改变的,而狭义相对论指出,质量要随着物体的运动速度的增大而增大.即 (2)从宏观到微观:相对论和量子力学的出现,并不说明经典力学失去了意义.只说明它有一定的适用范围:只适用于低速运动,不适用于高速运动;只适用于宏观世界,不适用于微观世界. (3)从弱引力到强引力:相对论物理学与经典物理学的结论没有区别.相对论与量子力学 都没有否定过去的科学,而只是认为科学在一定条件下有其特殊性.经典力学只适用于弱引力,不适用于强引力. 【课堂训练】 1.下列说法中正确的是( ) A.经典力学适用于任何情况下的任何物体 B.狭义相对论否定了经典力学 C.量子力学能够描述微观粒子运动的规律性 D.万有引力定律也适用于强相互作用力 2.经典力学不能适用下列哪些运动( ) A.火箭的发射 B.宇宙飞船绕地球的运动 C.“勇气号”宇宙探测器 D.微观粒子的波动性 3.对于下列说法正确的是( ) A.经典力学的质量是不变的 B.经典力学的时间和空间是独立于物体运动的 C.爱因斯坦的狭义相对论研究的是物体在低速运动时所遵循的规律 D.爱因斯坦的狭义相对论研究的是物体在高速运动时所遵循的规律 4.下列说法正确的是( ) A.微观粒子的运动速度超过光速,因此经典力学不适用 B.微观粒子的质量是不确定的,因此经典力学不适用 C.微观粒子具有波粒二象性,因此经典力学不适用 D.量子力学仅适用于微观粒子的运动 5.对于公式m=,下列说法中正确的是(  ) A.式中的m是物体以速度v运动时的质量 B.当物体的运动速度v>0时,物体的质量m>m0,即物体的质量改变了,故经典力学不适用,所以是不正确的 C.当物体以较小速度运动时,质量变化非常小,经典力学理论仍然适用,只有当物体以接近光速的速度运动时,质量变化才明显,故经典力学适用于低速运动,而不适用于高速运动物体 D.通常由于物体的运动速度太小,故质量的变化引不起我们的感觉,在分析地球上物体的运动时,不必考虑质量的变化 6.经典力学只适用于“宏观世界”,这里的“宏观世界”是指( ) A.行星、恒星、星系等巨大的物质领域 B.地球表面上的物质世界 C.人眼能看到的物质世界 D.不涉及分子、原子、电子等微观粒子的物质世界 7.关于经典力学和量子力学,下面说法中正确的是( ) A.不论是对宏观物体,还是微观粒子,经典力学和量子力学都是适用的 B.量子力学适用于宏观物体的运动;经典力学适用于微观粒子的运动 C.经典力学适用于宏观物体的运动;量子力学适用于微观粒子的运动 D.经典力学是量子力学在一定条件下的特殊情形 答案: 【课前预习】 1.相对论 不变 变化的 2.天体的质量;远大于;并不很大;将急剧增大 3.微观世界 电子 质子 中子 粒子性 波动性 4.低速 高速 宏观 微观 弱引力 强引力 【合作探究一】答案 1.经典力学的基础是牛顿运动定律.牛顿运动定律和万有引力定律在宏观、低速、弱引力的广阔区域,包括天体力学的研究中,经受了实践的检验,取得了巨大的成就. 2.牛顿运动三定律和万有引力定律把天体的运动与地面上物体的运动统一起来,是人类对自然界认识的第一次大综合,是人类认识史上的一次重大飞跃. 【合作探究二】答案 1.在经典力学中,物体的质量不随运动状态的改变而改变,而在狭义相对论中,质量要随着物体运动速度的增大而增大. 2.在经典力学中,同一过程的位移和时间的测量结果在不同参考系中是相同的;在狭义相对论中,同一过程的位移和时间的测量结果在不同参考系中是不同的. 【合作探究三】答案 适用于宏观世界、低速运动. 【合作探究四】答案 按牛顿的万有引力定律推算,行星应该沿着一些椭圆做周期性运动,而天文观测表明,行星的轨道并不是严格闭合的,它们的近日点在不断地旋进,如水星的运动. 答案 经典力学只适用于弱引力场,而不适用于强引力场. 答案 牛顿万有引力定律与爱因斯坦引力理论的主要差异: (1)行星的运动,在近日点和远日点,引力的变化规律不完全相同,导致轨道不闭合、近日点旋进. (2)牛顿的万有引力定律认为:物体的半径减小时,其表面上的万有引力与半径的二次方成反比地增大,对于半径接近于零的物体,其表面上的万有引力接近于无穷大. 爱因斯坦引力理论认为:物体的半径减小时,其表面上的万有引力比“平方反比”规律增大得快,引力趋于无穷大发生在接近一个“引力半径”的时候. 只要天体的实际半径远大于它们的引力半径,那么由爱因斯坦引力理论和牛顿引力理论计算出的引力的差异并不很大,但当天体的半径接近引力半径时,这种差异将急剧增大,也就是说,在强引力的情况下,牛顿引力理论将不再适用. 答案 经典力学是相对论及量子力学在一定条件下的特例,它包含于相对论和量子力学中,相对论和量子力学的建立并没有否定经典力学. 【课堂练习】 1.C 2.D 3.ABD 4.C 5.ACD 6.D 7.CD 21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 (共 2 页) HYPERLINK "http://21世纪教育网(www.21cnjy.com) " 21世纪教育网(www.21cnjy.com)

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  • ID:6-5574418 [精] 必修2 6.5宇宙航行(第2课时)(课件+导学案+练习+视频)

    高中物理/人教版(新课程标准)/必修2/第六章 万有引力与航天/5.宇宙航行

    第六章 万有引力与航天 5 宇宙航行 第二课时 1.第一宇宙速度:v=7.9km/s (地面附近匀速圆周运动) 一、宇宙速度 a、第一宇宙速度是发射卫星的最小速度 (发射速度不能低于它,否则卫星将不能环绕地球做圆周运动而落回地面) b、第一宇宙速度是最大的环绕速度 (在环绕地球做匀速圆周运动的所有可能速度中) 知识回顾 2.第二宇宙速度:当物体的速度大于或等于11.2km/s时,卫星就会脱离地球的吸引,不再绕地球运行。我们把这个速度叫作第二宇宙速度。达到第二宇宙速度的物体还受到太阳的引力。 3.第三宇宙速度:如果物体的速度大于或等于16.7km/s,物体就摆脱了太阳引力的束缚,飞到太阳系以外的宇宙空间去。这个速度叫第三宇宙速度。 黄金代换 二、人造地球卫星运行的规律 如图所示,A、B、C、D四条轨道中不能作为卫星轨道的是哪一条? A B C D 三:人造地球卫星的运行轨道 人造卫星的轨道 人造地球卫星的运行轨道 所有卫星都在以地心为圆心的圆(或椭圆)轨道上 三类人造地球卫星轨道: ①赤道轨道,卫星轨道在赤道平面,卫星始终处于赤道上方 ②极地轨道,卫星轨道平面与赤道平面垂直,卫星通过两极上空 ③一般轨道,卫星轨道和赤道成一定角度。 a、近地卫星 近地卫星是指卫星的轨道半径近似等于地球半径,其周期约为85分钟。其向心力由万有引力提供。 四、二种常见人造卫星的轨道 b、地球同步卫星 1、定义 所谓地球同步卫星,是相对于地面静止的和地球具有相同周期的卫星,同步卫星必须位于赤道平面内,且到地面的高度一定。 r v ω T a “全部固定” 圆轨道在赤道平面,即在赤道的正上方;周期与地球自转周期相同,为24小时;绕行方向为自西向东。 大家能否计算出同步卫星的高度,线速度呢? h 练习: 求同步卫星离地面高度 地球同步卫星能否位于厦门正上方某一确定高度h ? 1)、只能分布在一个确定的赤道轨道上。 2)、周期与地球自转的周期相同:T=24h。 3)、角速度ω与地球的自转角速度相同。 4)、离地面高度:h=36000km。 5)、线速度: v =3.1km/s。 特点:定轨道、定周期、定角速度、定高度、定线速度 2、地球同步卫星的运行特征 3、同步卫星的应用:主要用于通信 3颗同步卫星可实现全球覆盖 所以也叫通信卫星 五 、 卫 星 变 轨 问 题 V F引 F引<F向 离心运动 F引>F向 向心运动 卫星变轨原理 M m 在A点万有引力相同 A v F引 1 2 R 卫星在圆轨道运行速度V1 V2 θ>900 减小 卫星变轨原理 v3 F引 L 卫星变轨原理 A 使卫星进入更高轨道做圆周运动 v3 v4 · 思考:人造卫星在低轨道上运行,要想让其在高轨道上运行,应采取什么措施? 在低轨道上加速,使其沿椭圆轨道运行,当行至椭圆轨道的远点处时再次加速,即可使其沿高轨道运行。 卫星变轨原理 1、卫星在二轨道相切点 万有引力相同 速度—内小外大(切点看轨迹) 2、卫星在椭圆轨道运行 近地点---速度大,动能大 远地点---速度小,动能小 同步卫 星变 轨时的各参量比较 v1 v3 v2A>v1 v3>v2B v1>v3 v2A > v1>v3>v2B v2A A v2B B 速度关系: 加速度关系: 周期关系: a1A = a2A>a2B =a3B T3 >T2 >T1 1、如图所示,发射同步卫星时,先将卫星发射至近地圆轨道1,然后经点火使其沿椭圆轨道2运行;最后再次点火将其送入同步圆轨道3。轨道1、2相切于P点,2、3相切于Q点。当卫星分别在1、2、3上正常运行时,以下说法正确的是( ) A、在轨道3上的速率大于1上的速率 B、在轨道3上的角速度小于1上的角速度 C、在轨道2上经过Q点时 的速率等于在轨道3上经过Q点时的速率 D、在轨道1上经过P点时的加速度等于在轨道2上 经过P点时的加速度 Q P 2 · 3 1 BD 2、如图是发射地球同步卫星的简化轨道示意图,先将卫星发射至距地面高度为h1的近地轨道Ⅰ上.在卫星经过A点时点火实施变轨,进入远地点为B的椭圆轨道Ⅱ上,最后在B点再次点火,将卫星送入同步轨道Ⅲ.已知地球表面重力加速度为g,地球自转周期为T,地球的半径为R.求: (1)近地轨道Ⅰ上的速度大小; (2)远地点B距地面的高度。 解: 谢谢 21世纪教育网(www.21cnjy.com) 中小学教育资源网站 有大把高质量资料?一线教师?一线教研员? 欢迎加入21世纪教育网教师合作团队!!月薪过万不是梦!! 详情请看: https://www.21cnjy.com/help/help_extract.php 中小学教育资源及组卷应用平台 万有引力与航天 第5节 宇宙航行 同步练习(第2课时) 一、不定项选择 1.由于通讯和广播等方面的需要,许多国家发射了地球同步卫星,这些卫星的( ) A.质量可以不同 B.轨道半径可以不同 C.轨道平面可以不同 D.速率可以不同 2.(2018·黑龙江省青冈县一中高一期中)关于地球同步卫星,下列说法中正确的是( ) A.它运行的线速度介于第一和第二宇宙速度之间 B.它一定在赤道上空运行 C.周期为24小时的卫星一定是同步卫星 D.各国发射的这种卫星轨道半径不一样大 3.2013年12月2日1时30分,“嫦娥三号”月球探测器搭载长征三号乙火箭发射升空。该卫星将在距月球表面高度为h的轨道上做匀速圆周运动,其运行的周期为T;最终在月球表面实现软着陆。若以R表示月球的半径,忽略月球自转及地球对卫星的影响。则( ) A.“嫦娥三号”绕月运行时的向心加速度为 B.月球的第一宇宙速度为 C.“嫦娥三号”降落月球时,通常使用降落伞减速从而实现软着陆 4.已知地球质量为M,半径为R,自转周期为T,地球同步卫星质量为m,引力常量为G,有关同步卫星,下列表述正确的是( ) A.卫星距地面的高度为 B.卫星的运行速度小于第一宇宙速度 C.卫星运行时受到的向心力大小为 D.卫星运行的向心加速度小于地球表面的重力加速度 5.(2018·广东省遂溪县第三中学月考)我国自行研制的北斗导航系统,现已成功发射16颗北斗导航卫星。根据系统建设总体规划,将在2020年左右,建成覆盖全球的北斗卫星导航系统。现已知某导航卫星轨道高度约为21 500 km。同步轨道卫星的高度约为36 000 km,已知地球半径为6 400 km。下列说法中正确的是( ) A.该导航卫星的向心加速度大于地球同步轨道卫星 B.地球赤道上物体随地球自转的周期小于该导航卫星运转周期 C.地球同步轨道卫星的运转角速度小于导航卫星的运转角速度 D.该导航卫星的线速度大于 6.下面关于同步通信卫星的说法中错误的是( ) A.同步通信卫星和地球自转同步,卫星的高度和速率都是确定的 B.同步通信卫星的角速度虽已被确定,但高度和速率可以选择 C.我国发射第一颗人造地球卫星的周期是114 min,比同步通信卫星的周期短,所以第一颗人造卫星离地面的高度比同步卫星低 D.同步通信卫星的速率比我国发射的第一颗人造卫星的速率小 7.(2018·四川省广安第二中学校高一期中)如图所示,A是地球的同步卫星。另一卫星B的圆形轨道位于赤道平面内,离地面高度为h。已知地球半径为R,地球自转角速度为ω0,地球表面的重力加速度为g,O为地球中心。则( ) A.若不考虑地球自转,卫星B的运行周期为 B.B卫星的向心加速度小于赤道上物体的向心加速度 C.由于B卫星的线速度大于A卫星的线速度,所以B卫星减速有可能到达A卫星所在轨道 D.若卫星B绕行方向与地球自转方向相同,某时刻A、B两卫星相距最近(O、B、A在同一直线上),则至少经过时间,它们再一次相距最近 8.(2018·四川省广安第二中学校高一期中)卫星的发射往往不是“一步到位”,而是经过几次变轨才定位在圆周轨道上的。神舟七号飞船发射升空后,先在近地点高度200公里、远地点高度347公里的椭圆轨道上运行5圈,当飞船在远地点时实施变轨进入347公里的圆轨道。飞船变轨过程可简化为如图所示,假设在椭圆轨道2的P点为椭圆轨道2进入圆轨道3的相切点,则( ) A.在P点需要点火,使飞船加速 B.飞船在轨道2经过P点时的加速度小于它在轨道3上经过P点的加速度 C.飞船在轨道2经过P点时的速度大于它在轨道3上经过P点的速度 D.飞船在轨道2上运动到Q点时的速度小于在轨道3上经过P点的速度 9.(2018·天津市南开区模拟)有四颗地球卫星,a还未发射,在地球赤道上随地球表面一起转动,b是处于地面附近轨道的近地卫星,c是地球同步卫星,d是高空探测卫星,已知地球自转周期为24 h,所有卫星的运动均视为匀速圆周运动,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g B.在相同时间内b转过的弧长最长 C.c在4 h内转过的圆心角是 D.d的运动周期可能是23 h 10.(2018·云南省澄江一中高一期中)如图所示为北斗导航系统的部分卫星,每颗卫星的运动可视为匀速圆周运动。下列说法错误的是( ) A.在轨道运行的两颗卫星a、b的周期相等 B.在轨道运行的两颗卫星a、c的线速度大小 C.在轨道运行的两颗卫星b、c的角速度大小 D.在轨道运行的两颗卫星a、b的向心加速度大小 参考答案 1.A 2.B 3.D 4.BD 5.AC 6.B 7.AD 8.A 9.B 10.D 21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 (共 2 页) HYPERLINK "http://21世纪教育网(www.21cnjy.com) " 21世纪教育网(www.21cnjy.com) 中小学教育资源及组卷应用平台 第六章 万有引力与航天 第五节 宇宙航行(第1课时) 【学习目标】 1、 会解决涉及人造地球卫星运动的较简单的问题。 2、了解二种常见的卫星近地卫星和同步卫星 3、能掌握卫星变轨问题 【重点、难点】 重点:二种常见的卫星及卫星变轨问题 难点:卫星变轨问题 【合作探究一】 1.人造地球卫星 (1)人造地球卫星的轨道和运行速度 卫星绕地球做匀速圆周运动时,是地球的 提供 ,卫星受到地球的引力方向指向地心,而做圆周运动的向心力方向始终指向 ,所以卫星圆周运动的圆心和地球的地心 。这样就存在三类人造地球卫星轨道: 轨道,卫星轨道在赤道平面,卫星始终处于赤道上方; 轨道,卫星轨道平面与赤道平面垂直,卫星通过两极上空; ③一般轨道,卫星轨道和赤道成一定角度。 【合作探究二】 2、近地卫星及同步卫星. 1)、近地卫星:问题1:什么样的卫星叫近地卫星?近地卫星具有哪些特点?说明你的依据。 2)、同步卫星:问题2:什么样的卫星叫同步卫星?同步卫星具有哪些特点?说明你的依据。 归纳总结:其特点是: ①周期_____地球自转周期;T=24h; ②角速度_____地球自转角速度; ③轨道平面与赤道平面______; ④所有同步卫星的轨道半径都______,他们距地面的高度_______,即他们处在______轨道上; 3).人造地球卫星内的物体也受到地球的引力,卫星内物体受到地球的引力正好提供物体做圆周运动的向心力,物体处于 状态。 【合作探究三】变轨问题 问题1:什么情况下卫星会出现变轨问题?变轨有几种情况? 问题2:变轨前后在同一点,卫星的速度,加速度是什么关系? 变轨前后卫星的线速度,角速度,周期,能量都发生了什么样的变化? 归纳总结:当卫星由于某种原因速度突然改变时(开启或关闭发动机或空气阻力作用),万有引力就不再等于向心力,卫星将做变轨运动。 (1)、当卫星的速度突然增加时,,即万有引力不足以提供向心力,卫星将做_________运动,轨道半径变_____,但一旦进入新的轨道运行由知其运行速度要_____。 (2)、当卫星的速度突然减小时,,即万有引力大于卫星所需的向心力,卫星将做_________运动,轨道半径变_____,进入新的轨道运行时由知其运行速度将_____。 【当堂检测】 1.人造卫星绕地球做匀速圆周运动,其轨道半径为R,线速度为v,周期为T,若使该卫星的周期变为2T,可行的办法是(  ) A.R不变,线速度变为 B.v不变,使轨道半径变为2R C.轨道半径变为R D.v不变,使轨道半径变为 2.关于地球同步卫星,下列说法正确的是(  ) A.它的周期与地球自转周期相同 B.它的周期、高度、速度大小都是一定的 C.我国发射的同步通讯卫星可以定点在北京上空 D.我国发射的同步通讯卫星必须定点在赤道上空 3.据报道,我国的数据中继卫星“天链一号01星”于2008年4月25日在西昌卫星发射中心发射升空,经过4次变轨控制后,于5月1日成功定点在东经77°赤道上空的同步轨道.关于成功定点后的“天链一号01星”,下列说法正确的是(  ) A.运行速度大于7.9 km/s B.离地面高度一定,相对地面静止 C.绕地球运行的角速度比月球绕地球运行的角速度大 D.向心加速度与静止在赤道上物体的向心加速度大小相等 4、发射地球同步卫星时,先将卫星发射至近地圆轨道1,然后点火,使其沿椭圆轨道2运行,最后再次点火,将卫星送入同步圆轨道3.轨道1、2相切于Q点,轨道2、3相切于P点,如图1所示,则当卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时,以下说法正确的是(  ) A.卫星在轨道3上的速率大于在轨道1上的速率 B.卫星在轨道3上的角速度小于在轨道1上的角速度 C.卫星在轨道1上经过Q点时的加速度大于它在轨道2上经过Q点时的加速度 D.卫星在轨道2上经过P点时的加速度等于它在轨道3上经过P点时的加速度 当堂检测: 1、C [由=mR得,T==2π,所以T′=2T=2π,解得R′=R,故选C. 2、ABD 3.BC [由题意知,定点后的“天链一号01星”是同步卫星,即T=24 h.由=m=mω2r=mr=ma,得:v=,运行速度应小于第一宇宙速度,A错误.r=,由于T一定,故r一定,所以离地高度一定,B正确.由ω=,T同ω月,C正确.a=rω2=r()2.赤道上物体的轨道半径小于同步卫星的轨道半径,故赤道上物体的向心加速度小于同步卫星的向心加速度,D错误.] 4.BD [本题主要考查人造地球卫星的运动,尤其是考查了地球同步卫星的发射过程,对考生理解物理模型有很高的要求. 由G=m得,v= .因为r3>r1,所以v3r1,所以ω3<ω1.卫星在轨道1上经Q点时的加速度为地球引力产生的加速度,而在轨道2上经过Q点时,也只有地球引力产生加速度,故应相等.同理,卫星在轨道2上经P点时的加速度等于它在轨道3上经过P点时的加速度.] 3 2 1 P Q 21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 (共 2 页) HYPERLINK "http://21世纪教育网(www.21cnjy.com) " 21世纪教育网(www.21cnjy.com)

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  • ID:6-5574024 [精]必修2 6.3万有引力定律(课件+导学案+练习+视频)

    高中物理/人教版(新课程标准)/必修2/第六章 万有引力与航天/3.万有引力定律

    3、万有引力定律 开普勒第一定律 (椭圆定律) 所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆,太阳处在椭圆的一个焦点上。 开普勒第二定律 (面积定律) 对任意一个行星来说,它与太阳连线在相等的时间内扫过相等的面积。 开普勒第三定律 (周期定律) 回顾一:开普勒行星运动定律 所有行星的轨道的半长轴的三次方跟它的公转周期的二次方的比值都相等。 [近似处理:认为行星(m)绕太阳(M)作匀速圆周运动] 太阳对行星的引力(F)提供行星所受的向心力: 回顾二:太阳与行星间的引力推导: (G是一个常量) 太阳对行星的引力 地球对月球的引力 地球使苹果下落的力 问题:它们是同一种力吗? 猜想:它们是同一种力 一、万有引力定律的发现 牛顿的思考 牛顿的猜想 (1)“天上的力”和“人间的力”是同一种力吗? (2)地球表面的重力是否能延伸到月球轨道? 苹果与月球受到的引力可能是同一种力! 这种力可能都遵从与距离平方成反比的关系。 已知月球到地球的距离约为地球半径的60倍, r月地=≈ 60R=3 .8×108m 月球的公转周期为T月=27.3天≈2.36×106s 地球表面重力加速度g = 9.8m/s2,求:月球运动向心加速度和地球表面处重力加速度之比。 月——地检验 上面的计算结果说明什么呢? 1、内容:自然界中任何两个物体都是相互吸引,引力的大小跟这两个物体的质量m1和m2的乘积成正比,跟它们的距离r的二次方成反比。 2、公式: 二、万有引力定律 G:是引力常量,其值为6.67×10-11N·m2/kg2 G的物理意义——两质量各为1kg的物体相距1m时,万有引力的大小为6.67×10-11N。 正确理解万有引力定律 1、普遍性 引力存在于任何两个物体之间。物体的质量是引力产生的原因,从大到宇宙天体,小到微观粒子,一切有质量的物体之间无一例外地均存在着万有引力,故万有引力是自然界普遍的一种相互作用力。 虽然万有引力定律是根据行星运动规律推导出来的,但是万有引力却存在于任何两个物体之间。 2、条件性 虽然万有引力存在于任何两个物体之间,但是,公式只适用于两个质点之间的万有引力计算,且r≠0。但质量分布均匀的球体之间的万有引力也可以用此公式计算,r指两球心间的距离。 适用条件:可以看成质点的物体        或质量分布均匀球体 r 为两个质点或球心之间的距离 3、相互性 两个物体之间由于质量而产生的引力是相互存在的,遵循牛顿第三定律。 4、实验验证 英国物理学家卡文迪许巧妙地设计扭秤装置,不仅较精确地测定了引力恒量,而且对万有引力定律进行了实验验证。使得万有引力定律在天文学上起到重要的作用。 三、引力常量的测量——扭秤实验 (1)实验原理: 科学方法——放大法 卡文迪许 卡文迪许实验室 (2)实验数据 G值为6.67×10-11 N.m2/kg2 G值的物理含义: 两个质量为1kg的物体相距1m时,它们之间万有引力为6.67×10-11 N (3)卡文迪许扭称实验的意义 ①证明了万有引力的存在,使万有引力定律进入了真正实用的时代; ②开创了微小量测量的先河,使科学放大思想得到推广。 1、如图,r虽大于两球的半径,但两球的半径不能忽略,而球的质量分布均匀,大小分别为m1与m2,则两球间万有引力的大小为( ) r1 r r2 A、 B、 C、 D、 答案:D 2 、估算两个质量50kg的同学相距0.5m时之间的万有引力约有多大? 答案:6.67×10-7牛 3、对万有引力定律的表达式,下面说法正确的是( )。 A、公式中的G为引力常量,它是由实验测得的,而不是人为规定的 B、当r趋近于零时,万有引力趋近于无穷大 C、m1与m2受到的引力总是大小相等,而与m1、m2是否相等无关 D、m1与m2受到的引力总是大小相等、方向相反的,是一对平衡力 AD 谢谢 21世纪教育网(www.21cnjy.com) 中小学教育资源网站 有大把高质量资料?一线教师?一线教研员? 欢迎加入21世纪教育网教师合作团队!!月薪过万不是梦!! 详情请看: https://www.21cnjy.com/help/help_extract.php 中小学教育资源及组卷应用平台 第6章 万有引力与航天 6.3 万有引力定律 一、不定项选择题: 1.(2018·河北省涞水波峰中学高一期中)2015年7月24日,天文学家发现首颗人类“宜居”行星(代号为“开普勒452b”)。如图所示为该行星绕中央恒星运动的示意图,当行星位于A、B两点时,与中央恒星间的万有引力大小分别为F1、F2,下列判断正确的是( ) A.F1F2 C.行星对恒星的引力大于恒星对行星的引力 D.行星对恒星的引力小于恒星对行星的引力 2.(2018·云南省玉溪市三中高一期中)某未知星体的质量是地球质量的,直径是地球直径的,则一个质量为m的人在未知星体表面受到的引力F星和地球表面所受引力F地的比值为( ) A.16 B.4 C. D. 3.(2018·四川省成都外国语学校高新校区高一期中)下列关于物理学史和物理学方法的叙述中正确的是( ) A.牛顿发现了万有引力定律,他被称为“称量地球质量”第一人 B.牛顿进行了“月–地检验”,得出天上和地下的物体间的引力作用都遵从万有引力定律 C.开普勒利用自己多年对行星的观测记录数据,计算得出了开普勒行星运动定律 D.发射第一颗人造地球卫星的是美国 4.(2018·黑龙江省大庆市铁人中学高一期中)对于质量为和质量为的两个物体间的万有引力的表达式,下列说法正确的是( ) A.公式中的G是引力常量,它是由实验得出的,而不是人为规定的 B.当两个物体间的距离r趋于零时,万有引力趋于无穷大 C.和所受引力大小总是相等的 D.两个物体间的引力总是大小相等、方向相反的,是一对平衡力 5.已知地球半径为R,将一物体从地面发射至离地面高h处时,物体所受万有引力减少到原来的一半,则h为( ) A.R B.R C.2R D.(–1)R 6.两个大小相同的实心小铁球紧靠在一起,它们之间的万有引力为F。若将两个用同种材料制成的半径是小铁球2倍的实心大铁球紧靠在一起,则两大铁球之间的万有引力为( ) A.2F B.4F C.8F D.16F 7.如图所示,三颗质量均为m的地球同步卫星等间隔分布在半径为r的圆轨道上,设地球质量为M,半径为R。下列说法正确的是( ) A.地球对一颗卫星的引力大小为 B.一颗卫星对地球的引力大小为 C.两颗卫星之间的引力大小为 D.三颗卫星对地球引力的合力大小为 8.(2018·广西陆川县中学高一期中)要使两物体间的万有引力减小到原来的,下列办法不可采用的是( ) A.使两物体的质量各减少一半,距离不变 B.使两物体间的距离和质量都减为原来的 C.使两物体间的距离增为原来的2倍,质量不变 D.使其中一个物体的质量减小到原来的,距离不变 二、填空题 9.(2018·四川省乐山四校高一联考)卡文迪许利用如图所示的扭称实验装置测量了引力常量。 (1)横梁一端固定有一质量为m半径为r的均匀铅球A,旁边有一质量为m,半径为r的相同铅球B,A、B两球表面的最近距离L,已知引力常量为G,则A、B两球间的万有引力大小为F=_________。 (2)在下图所示的几个实验中,与“卡文迪许扭秤实验”中测量微小量的思想方法最相近的是__________。(选填“甲”“乙”或“丙”) (3)引力常量的得出具有重大意义,比如_____________________。(说出一条即可) 10.(2018·广西桂林市第一中学高一期中)如图所示两球间的距离为r,两球的质量分布均匀,大小分别为、,半径分别为、,引力常量为G,则两球间的万有引力大小为___________________。 答案 1.B 2.B 3.B 4.AC 5.D 6.D 7.BC 8.B 9.(1) (2)乙 (3)引力常量的普适性证明了万有引力定律的正确性(或引力常量的得出使得可以定量计算万有引力的大小;引力常量的得出使得人们可以方便地计算出地球的质量) 10. 21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 (共 2 页) HYPERLINK "http://21世纪教育网(www.21cnjy.com) " 21世纪教育网(www.21cnjy.com) 中小学教育资源及组卷应用平台 万有引力与航天 第3节 万有引力定律 【学习目标】 1.理解太阳与行星间引力的存在 2.能根据开普勒行星运动定律和牛顿第三定律推导出太阳与行星间的引力表达式 3.了解万有引力定律得出的思路和过程, 4.理解万有引力定律的含义,掌握万有引力定律的公式; 5.知道任何物体间都存在着万有引力,且遵循相同的规律。 【重点难点】1、万有引力定律得出的思路和过程 2、科学精神、科学思想方法的培养 3、据学生认知情况确定探究点 探究案 【合作探究一】月—地检验 学生活动:阅读P39内容,分组讨论并回答问题。 (一)月-地检验 请同学们阅读教材P39“月-地检验”部分的内容。 1、检验目的: 的力与 的力是否是同一种性质的力。 2、检验方法:如果力性质相同,遵循相同的规律,那么加速度a也应该遵循相同的规律。比较两处引力产生的 是否符合相同的规律。(什么规律?这个规律的表达式是什么?) (1)理论分析: ,地月的距离r2是地球半径r1的60倍。一个物体放在地球表面上受到的力和将这个物体放在月球轨道上所受到的引力,应符合: 根据牛顿第二定律, 理论检验:a2=0. m/s2 (为了检验的精确性,请保持7位小数) (2)天文观测:在牛顿的时代,通过天文观测已经可以精确的测出:月球公转周期T=27.3天,地球半径R=6.4×106m,地球与月球之间的距离是地球半径的60倍。月球绕着地球做圆周运动,需要的向心力由月球与地球之间的引力提供,那向心加速度怎么求出来呢? a2= =0. m/s2 (为了检验的精确性,请保持7位小数) 3、检验结果: 归纳总结: ,我们再大胆猜测一下,是否任意两个物体之间都存在这样的引力呢? 【合作探究二】万有引力定律 问题1:地面上的物体之间是否存在引力作用?若两物体间有引力作用,为何它们没有在引力作用下紧靠在一起? 问题2:用自己的话总结万有引力定律的内容。写出表达式,并注明每个符号的单位和物理意义。 问题3:你是如何理解“万有”以及“质点”的?总结它的性质及适用条件。 归纳总结: 【合作探究三】引力常量 1、实验原理:力矩平衡,即引力矩=扭转力矩 2、巧妙处:两次放大及等效的思想 :扭秤装置把微小力转变成力矩来反映(一次放大),扭转角度(微小形变)通过光标的移动来反映(二次放大),从而确定物体间的万有引力。 3、卡文迪许扭秤实验的伟大之处: A、 证明了万有引力的存在 B、开创了测量弱力的新时代 C、使得万有引力定律有了真正的实用价值 4、 G值为6.67×10-11 Nm2/kg2 物理含义:两个质量为1kg的物体相距1m时,它们之间万有引力为6.67×10-11 N 测定引力常量的意义:A.卡文迪许利用扭秤装置通过改变小球的质量和距离,证实了万有引力的存在及万有引力定律的正确性。B.引力常量的测定使得万有引力能够进行定量计算,使万有引力定律有了真正的使用价值。 归纳总结: 【课堂小结/本节知识网络】 (一)月地检验 1、月地检验的目的是什么? 2、月地检验的原理是怎样的? 3、怎样验证? (二)万有引力定律 1、内容: 2、表达式: 3、G为 ,r为两物体的中心距离。 4、公式适用条件: (三)引力常量 1、 物理学家 测出了G的值 2、G= 3、G值的物理含义: 两个质量为1kg的物体相距1m时,它们之间万有引力为6.67×10-11 N 【当堂检测】 1、下列关于万有引力定律是说法正确的是( ) A 万有引力定律是牛顿发现的 B F=G中的G是一个比例常数,是没有单位的 C 万有引力定律适用于质点间的相互作用 D 两个质量分布均匀的球体之间的相互作用力也可以用F=G来计算,r是两球体球心间的距离 2、对于万有引力的表达式,下列说法正确的是( ) A.公式中G为引力常量,它是由实验测得的,而不是人为规定的 B.当r趋近于零时,万有引力趋近于无穷大 C.m1与m2受到的引力总是大小相等的,与m1、m2是否相等无关 D.m1与m2受到的引力总是大小相等、方向相反的,是一对平衡力 3.引力常量很小,说明了( ) A.万有引力很小 B.万有引力很大 C.很难观察到日常接触的物体间有万有引力,是因为它们的质量很小 D.只有当物体的质量大到一定程度时,物体之间才有万有引力 4、关于万有引力的说法正确的是( ) A、万有引力只有在天体与天体之间才能明显地表现出来 B、一个苹果由于其质量很小,所以它受到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约束而存在于地球表面附近 5.两颗行星都绕太阳做匀速圆周运动,它们的质量之比m1∶m2=p,轨道半径之比r1∶r2=q它们受到太阳的引力之比F1∶F2=_____。 当堂检测: 1、ACD 2、AC 3、C 4、D 5、p/q2 R 60R 21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 (共 2 页) HYPERLINK "http://21世纪教育网(www.21cnjy.com) " 21世纪教育网(www.21cnjy.com)

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  • ID:6-5570170 [精]必修2 6.2太阳与行星间的引力(课件+导学案+练习+视频)

    高中物理/人教版(新课程标准)/必修2/第六章 万有引力与航天/2.太阳与行星间的引力

    2 太阳与行星间的引力 第六章 万有引力与航天 回顾开普勒三定律 开普勒第一定律——轨道定律 所有行星都分别在大小不同的椭圆轨道上围绕太阳运动,太阳是在这些椭圆的一个焦点上; 开普勒第二定律——面积定律 对每个行星来说,太阳和行星的连线在相等的时间扫过相等的面积; 开普勒第三定律——周期定律 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. 请你口述圆轨道近似后的开普勒三定律 伽利略:一切物体 都有合并的趋势 开普勒:受到太阳 类似于磁力的作用 笛卡尔:行星周 围有旋转的以太 胡克、哈雷:行星 的运动是太阳吸引 的缘故 如果太阳和行星间的引力与距离的二次 方成反比,则行星的轨迹是椭圆.并且阐 述了普遍意义下的万有引力定律。 行 星 轨道半长轴 a(106km) 轨道半短轴 b(106km) 水星 57.9 56.7 金星 108.2 108.1 地球 149.6 149.5 火星 227.9 226.9 木星 778.3 777.4 土星 1427.0 1424.8 天王星 2882.3 2879.1 海王星 4523.9 4523.8 八大行星轨道数据表 按照不同比例绘制太阳系行星及冥王星的轨道 行 星 轨道半长轴 a(106km) 轨道半短轴 b(106km) 水星 57.9 56.7 金星 108.2 108.1 地球 149.6 149.5 火星 227.9 226.9 木星 778.3 777.4 土星 1427.0 1424.8 天王星 2882.3 2879.1 海王星 4523.9 4523.8 行星直径 d (106km) 0.0048 0.012 0.013 0.0068 0.143 0.12 0.0051 0.0049 八 大 行 星 轨 道 数 据 表 一、建立模型 太阳 行星 b a 行星 太阳 二、太阳对行星的引力 假设行星绕太阳运动做匀速圆周运动,行星质量为m, 行星与太阳间的距离为r r 提供 向心力 三、行星对太阳的引力 F 行星 太阳 F’ 行星受力 太阳受力 类比 太阳 太阳( M )对行星(m) 行星 太阳 F’ 行星(m) 对太阳( M ) 四、太阳与行星之间的引力 方向:沿着太阳与行星的连线 1、下面关于行星对太阳的引力的说法中正确的( ) A、行星对太阳的引力与太阳对行星的引力是同一性质的。 B、行星对太阳的引力与太阳的质量成正比,与行星的质量无关 C、太阳对行星的引力大于行星对太阳的引力 D、行星对太阳的引力大小与太阳的质量成正比,与行星距离太阳的距离成反比 A 【知识应用】 2、已知太阳光从太阳射到地球需要500s,地球绕太阳的公转周期约为3.15×107s,地球的质量约为6×1024kg,太阳质量约2×1030kg,G=6.67×10-11Nm2/kg2 。 求:太阳对地球的引力大小。 思考与讨论 如果要验证太阳与行星间的引力规律是否适用于行星与它的卫星,我们需要观测这些卫星运动的哪些数据?观测前你对这些数据的规律有什么假设? 太阳 行星 卫星 行星是怎样运动的? 行星为什么会这样运动? 太阳与行星间的引力 小结 建立模型 类比 逻辑思维 ? 谢谢 21世纪教育网(www.21cnjy.com) 中小学教育资源网站 有大把高质量资料?一线教师?一线教研员? 欢迎加入21世纪教育网教师合作团队!!月薪过万不是梦!! 详情请看: https://www.21cnjy.com/help/help_extract.php 中小学教育资源及组卷应用平台 第6章 万有引力与航天 6.2 太阳与行星间的引力 一、不定项选择题: 1.对于太阳与行星间的引力表达式F=,下列说法正确的是( ) A.公式中的G为比例系数,与太阳、行星均无关 B.M、m彼此受到的引力总是大小相等 C.M、m彼此受到的引力是一对平衡力,合力等于0,M和m都处于平衡状态 D.M、m彼此受到的引力是一对作用力与反作用力 2.(2018·吉林省长春外国语学校高一月考)太阳对行星的引力提供了行星绕太阳做圆周运动的向心力,这个向心力大小( ) A.与行星距太阳的距离成正比 B.与行星距太阳的距离成反比 C.与行星距太阳的距离二次方成反比 D.只与太阳质量成正比,与行星质量无关 3.(2018·新疆乌鲁木齐地区模拟)设行星的质量为m,太阳的质量为M,行星到太阳的距离为r。牛顿在研究太阳与行星间的引力过程中( ) A.先得出的行星对太阳的引力,再得出太阳对行星的引力 B.先得出的行星对太阳的引力,再得出太阳对行星的引力 C.先得出的太阳对行星的引力,再得出行星对太阳的引力 D.先得出的太阳对行星的引力,再得出行星对太阳的引力 4.(2018·甘肃省静宁县第一中学高一月考)根据开普勒关于行星运动的规律和圆周运动知识得太阳对行星的引力F∝m/r2,行星对太阳的引力F′∝M/r2,其中M,m,r分别为太阳的质量、行星的质量和太阳与行星间的距离。下列说法正确的是( ) A.由F∝m/r2和F′∝M/r2知F∶F′=m∶M B.太阳的质量大于行星的质量,所以F>F′ C.F和F′是一对平衡力,大小总是相等的 D.太阳对行星的引力提供行星绕太阳做圆周运动的向心力 5.地球的质量是月球质量的81倍,若地球吸引月球的力的大小为F,则月球吸引地球的力的大小为( ) A. B.F C.9F D.81F 6.2007年10月24日,我国成功发射了“嫦娥一号”探月卫星。若卫星在半径为r的绕月圆形轨道上运行的周期为T,则其线速度大小是( ) A. B. C. D. 7.(2018·广东省遂溪县第三中学高一月考)如图所示,P、Q为质量相同的两质点,分别置于地球表面的不同纬度上,如果把地球看成一个均匀球体,P、Q两质点随地球自转做匀速圆周运动,则下列说法正确的是( ) A.P、Q做圆周运动的向心力大小相等 B.P、Q所受地球引力大小相等 C.P、Q做圆周运动的线速度大小相等 D.P所受地球引力大于Q所受地球引力 8.(2018·江苏省淮安市涟水县涟水中学高一模拟)2018年1月12日,我国在西昌卫星发射中心成功发射北斗导航卫星,卫星离开地球的过程中,用R表示卫星到地心的距离,用F表示卫星受到地球的引力。下列图象中正确的是( ) A. B. C. D. 二、计算题 9.事实证明,行星与恒星间的引力规律也适用于其他物体间,已知地球质量约为月球质量的81倍,宇宙飞船从地球飞往月球,当飞至某一位置时,宇宙飞船受到的合力为零,宇航员感到自己处于“完全失重”状态。问:此时飞船在空间什么位置?(已知地球与月球中心间距离是3.84×105 km) 10.与行星绕太阳运动一样,卫星之所以能绕地球运动也同样是因为它受到地球的引力,假设有一颗人造地球卫星,质量为m,绕地球运动的周期为T,轨道半径为r,则应有F=。由此有人得出结论:地球对卫星的引力F应与r成正比,你认为该结论是否正确?若不正确错在何处? 参考答案 1.ABD 2.C 3.D 4.D 5.B 6.D 7.B 8.D 9.【解析】设地球、月球和飞船的质量分别为ME、MM和m,飞船到地球球心的距离为x 则宇宙飞船所受合力为零时,有=,代入数据解得x=3.46×108 m 10.【解析】要确定F与r的关系,其他量应该保持不变,而根据开普勒第三定律=k,r变化时,T也随之变化,所以不能说F与r成正比。若将=代入F=,可得F=∝。 21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 (共 2 页) HYPERLINK "http://21世纪教育网(www.21cnjy.com) " 21世纪教育网(www.21cnjy.com) 中小学教育资源及组卷应用平台 §6.2太阳与行星间的引力 一、学习目标: 知道行星绕太阳运动的原因,知道太阳与行星间存在着引力作用。 知道行星绕太阳做匀速圆周运动的向心力来源。 知道太阳与行星间引力的方向和表达式,知道牛顿定律在推导过程中的作用。领会将不易观测的物理量转化为易观测的物理量的方法。 二、学习重点: 根据开普勒行星运动定律和牛顿第三定律推导出太阳与行星间的引力公式,记住推导出的引力公式。 三、学习难点 太阳与行星间的引力公式的推导过程。 【预习案 【自主学习】 回忆下开普勒定律的内容 2. 行星在椭圆轨道上运动是否需要力?这个力是什么力提供的?这个力是多大?太阳对行星的引力,大小跟太阳与行星间的距离有什么关系吗? 3. 行星的实际运动是椭圆运动,但我们还不知道求出椭圆运动加速度的运动学公式,我们现在怎么办?把它简化为什么运动呢? 【学始于疑】 太阳与行星间的引力遵循什么规律? 1.提出问题?:根据我们已有的知识和经验,你认为太阳和行星间引力的大小可能跟哪些因素有关? 2.假设与猜想: 3.建立物理模型:?大多数行星绕太阳运动的轨道十分接近圆,可以将行星的轨道按“圆”处理。行星绕太阳做近似匀速圆周运动,可以将行星的轨道按匀速圆周运处理。 4.?演绎推理。 推理过程: 一、太阳对行星的引力 [想一想]:为什么说太阳对行星有引力作用? [试一试]:推导太阳对行星的引力F跟行星的质量m及行星到太阳的距离r的关系: 1.设行星的质量为m,速度为v,行星到太阳的距离为r,则行星绕太阳做匀速圆周运动的向心力为F= 。 2.行星绕太阳做匀速圆周运动的周期为T,则速度v与周期T关系为v= ,则向心力的周期表达式为F= 。 3.把开普勒第三定律表达式变形为代入向心力公式得F= 。 4.由上述公式可以说太阳对行星的引力F与 成正比,与 成反比,即F 。 二、行星对太阳的引力 [思考与讨论] 行星对太阳是否也有引力作用?如果有,与什么有关? 结论: 行星对太阳的引力F’ 与 成正比,与 成反比,即F’ 。(类比法 ) 三、太阳与行星间的引力 [思考与讨论] F 和F ′是一对作用力和反作用力,那么可以得出F大小跟太阳质量M、行星质量m的关系式有什么关系? (根据课本和下面的分析填空得出答案) 根据 定律,太阳对行星的引力F与行星对太阳的引力F’大小相等。概括地说,太阳与行星间的引力大小与 成正比,与 成反比,即F= 。式中G是比例系数,与 、 都没有关系。太阳与行星间的引力方向沿着 。 板书设计 2.太阳与行星间的引力 一、太阳对行星的引力 EMBED Equation.DSMT4 EMBED Equation.DSMT4 [ 太阳对不同行星的引力,与行星的质量成正比,与行星和太阳间距离的二次方成反比。 二、行星对太阳的引力 ∝ 三、太阳与行星间的引力 F∝、∝F∝? 式中G是比例系数,与太阳、行星都没有关系。 太阳与行星间引力的方向沿着二者的连线。 课堂检测: 1.两个行星的质量分别为m1和m2,绕太阳运行的轨道半径分别是r1和r2,若它们只受太阳引力的作用,那么这两个行星的向心加速度之比为( ) A.1 B. C. D. 2.下面关于行星对太阳的引力的说法中正确的( ) 行星对太阳的引力与太阳对行星的引力是同一性质的。 行星对太阳的引力与太阳的质量成正比,与行星的质量无关 太阳对行星的引力大于行星对太阳的引力 行星对太阳的引力大小与太阳的质量成正比,与行星距离太阳的距离成反比 3.下面关于行星绕太阳旋转的说法中正确的是( ) 离太阳越近的行星周期越大 离太阳越远的行星周期越大 离太阳越近的行星的向心加速度越大 离太阳越近的行星受到太阳的引力越大 4.一群小行星在同一轨道上绕太阳旋转,这些小行星具有( ) 相同的速率 相同的加速度 相同的运转周期 相同的角速度 参考答案: 1.D 2.A 3.BC 4.ABCD F∝ 21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 (共 2 页) HYPERLINK "http://21世纪教育网(www.21cnjy.com) " 21世纪教育网(www.21cnjy.com)

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  • ID:6-5567382 [精] 必修2 6.5宇宙航行(第1课时)(课件+导学案+练习+视频)

    高中物理/人教版(新课程标准)/必修2/第六章 万有引力与航天/5.宇宙航行

    第六章 万有引力与航天 5 宇宙航行 第一课时 知 识 回 顾 两条基本思路 1、万有引力等于重力 2、万有引力提供向心力 嫦娥奔月 敦煌飞天的壁画 中国人的飞天梦 抛出的石头会落地,为什么月亮没有落下来?月亮没有落下来必须具备什么条件? 问题: 牛顿人造卫星原理图 牛顿的思考与设想: 抛出的速度v越大时,落地点越远,速度不断增大,将会出现什么结果? 一、牛顿关于卫星的设想 牛 顿 的 设 想 过 程 算一算:物体初速度达到多大时就可以成为一颗人造卫星呢? R 设地球的质量为M,绕地球做匀速圆周运动的飞行器的质量m,飞行器的速度为v,它到地心的距离为r。 建立模型:卫星绕地球做匀速圆周运动 基本思路:卫星绕地球做圆周运动的向心力由地球对卫星的万有引力提供。 人造卫星运动的速度 F v r m M 1、卫星离地心越远,它的运行速度就越小。 2、向高轨道发射卫星的难度较大,火箭要克服地球对它的引力做更多的功,这就要求其发射速度较大。 要使一个物体在地面附近恰能围绕着地球做圆周运动,需要为它提供多大的速度? R 环绕速度:指卫星在稳定的轨道上绕地球转动的线速度。 发射速度: 指被发射物体离开地面时的水平初速度。 v环绕 v发射 二、宇宙速度 要使物体恰能在地面附近绕地球做匀速圆周运动,至少以7.9km/s的速度发射,并以这一速度围绕地球表面做匀速圆周运动。把这一速度称为第一宇宙速度。 1、第一宇宙速度是发射卫星的最小速度 (发射速度不能低于它,否则卫星将不能环绕地球做圆周运动而落回地面) 第一宇宙速度(环绕速度) 2、第一宇宙速度是最大的环绕速度 (在环绕地球做匀速圆周运动的所有可能速度中) 地面附近发射飞行器,如果它的速度大于7.9km/s会怎样呢? 1.第一宇宙速度:v=7.9km/s (地面附近匀速圆周运动) 2.第二宇宙速度:当物体的速度大于或等于11.2km/s时,卫星就会脱离地球的吸引,不再绕地球运行。我们把这个速度叫作第二宇宙速度。达到第二宇宙速度的物体还受到太阳的引力。 3.第三宇宙速度:如果物体的速度大于或等于16.7km/s,物体就摆脱了太阳引力的束缚,飞到太阳系以外的宇宙空间去。这个速度叫第三宇宙速度。 二、宇宙速度 各种各样的卫星…… 黄金代换 三、人造地球卫星运行的规律 地球 思考:对于绕地球运动的人造卫星: (1)离地面越高,向心力越_____. (2)离地面越高,线速度越_____. (3)离地面越高,周期越_____. (4)离地面越高,角速度越____. 小 大 小 小 第一宇宙速度是发射卫星的最小发射速度,也是卫星绕地球做圆周运动的最大运行速度. 例题分析 1、人造地球卫星的轨道半径越大,则( ) A、速度越小,周期越小 B、速度越小,加速度越小 C、加速度越小,周期越大 D、角速度越小,加速度越大 BC 2、两颗人造地球卫星质量之比m1∶m2=1∶2,轨道半径之比R1∶R2=3∶1,下列有关数据之比正确的是( ) A、周期之比T1∶T2=3∶1 B、线速度之比v1∶v2=3∶1 C、向心力之比F1∶F2=1∶9 D、向心加速度之比a1∶a2=1∶9 D 3. 如图所示,a、b、c是地球大气层外圆形轨道上运行的三颗人造地球卫星,a、b质量相同,且小于c的质量,则( ) A . b所需向心力最大 B . b、c周期相等,且大于a周期 C . b、c向心加速度相等,且大于a的向心加速度 D . b、c的线速度大小相等,且小于a的线速度 BD a c b 地球 4.某人在一星球上以速率 v 竖直上抛一物体,经时间 t 后,物体以速率 v 落回手中。已知该星球的半径为 R ,求该星球上的第一宇宙速度。 解析:星球表面的重力加速度: 该星球表面的第一宇宙速度为 第一宇宙速度为卫星在其表面附近做匀速圆周运动的线速度卫星的重力提供向心力,则: 谢谢 21世纪教育网(www.21cnjy.com) 中小学教育资源网站 有大把高质量资料?一线教师?一线教研员? 欢迎加入21世纪教育网教师合作团队!!月薪过万不是梦!! 详情请看: https://www.21cnjy.com/help/help_extract.php 中小学教育资源及组卷应用平台 万有引力与航天 第5节 宇宙航行 同步练习(第1课时) 一、单选题 1. 两颗人造地球卫星,都绕地球作圆周运动,它们的质量相等,轨道半径之比 ,则它们的速度大小之比 等于(?? ) A.2 B. C. D.4 2. 使物体脱离行星的引力束缚,不再绕该行星运行,从行星表面发射所需的最小速度称为第二宇宙速度,行星的第二宇宙速度 与第一宇宙速度 的关系是 已知某行星的半径为地球半径的三倍,即 ,它表面的重力加速度为地球表面重力加速度的 不计其他行星的影响,已知地球的第一宇宙速度为 ,则该行星的第二宇宙速度为(?? ) A. B. C. D. 3.气象卫星是用来拍摄云层照片、观测气象资料和测量气象数据的.我国先后自行成功研制和发射了“风云一号”和“风云二号”两颗气象卫星.“风云一号”卫星轨道与赤道平面垂直并且通过两极,每12小时绕地球一周,称为“极地圆轨道”.“风云二号”气象卫星的轨道是在赤道平面内的“地球同步轨道”,则“风云一号”卫星比“风云二号”卫星(?? ) A.?轨道半径小?????????????????????B.?线速度小??????????????????????C.?角速度小????????????????D.?向心加速度小 4.人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动,假如卫星的线速度减小到原来的 ,卫星仍然做匀速圆周运动,则(?? ) A.卫星的向心加速度减小到原来的 B.卫星的周期增大到原来的8倍 C.卫星的角速度减小到原来的 D.卫星的周期增大到原来的2倍 5. 2018年7月22日美国在卡纳维拉尔角空军基地成功发射了地球同步轨道卫星Telstar 19Vantage,定点在西经63度赤道上空 年7月25日欧洲航天局在圭亚那太空中心成功发射了4颗伽利略导航卫星 、20、21、 ,这4颗伽利略导航卫星质量大小不等,运行在离地面高度为23616km的中地球轨道 设所有卫星绕地球做匀速圆周运动,下列说法正确的是( ) A.?? 这4颗伽利略导航卫星运行时所需的向心力大小相等??????????? B.? 运行时周期小于Telstar 19 Vantage的运行周期 C.?Telstar 19 Vantage运行时线速度可能大于地球第一宇宙速度??????????? D.? 运行时的向心加速度小于Telstar 19 Vantage的向心加速度 二、多选题 6.在圆轨道上的质量为m的人造地球卫星,它到地面的距离等于地球半径R,地面上的重力加速度取g,则(?? ) A.卫星的线速度大小为 B.卫星的线速度大小为 C.卫星运动的周期为 D.卫星运动的加速度为 7.至今为止,我国北斗导航系统 已经全部完成了第二阶段的卫星发射任务,共有16颗卫星在工作,其中包括5颗地球静止轨道卫星,有关这16颗卫星,下列说法正确的是(?? ) A.卫星的质量可以都不相同 B.卫星的绕行方向可以都不相同 C.卫星的轨道半径可以都不相同 D.5颗地球静止轨道卫星轨道平面都相同 8.暗物质是二十一世纪物理学之谜,对该问题的研究可能带来一场物理学的革命。为了探测暗物质,我国已成功发射了一颗被命名为“悟空”的暗物质探测卫星。已知“悟空”在低于同步卫星的轨道上绕地球做匀速圆周运动,经过时间t(t小于其运动周期),运动的弧长为s,与地球中心连线扫过的角度为β(弧度),引力常量为G,则下列说法中正确的是(  ) A.?“悟空”的线速度大于第一宇宙速度??????????????????B.?“悟空”的环绕周期为 C.?地球同步卫星的向心加速度大于“悟空”的向心加速度??????????D.?地球的质量为 三、解答题 9.已知地球半径为R,引力常量为G,地球表面的重力加速度为g。不考虑地球自转的影响。 (1)推导第一宇宙速度v的表达式; (2)若卫星绕地球做匀速圆周运动,运行轨道距离地面高度为h,飞行n圈,所用时间为t,求地球的平均密度。 10. “神舟六号”载人飞船于2005年10月12日上午9点整在酒泉航天发射场发射升空 由长征运载火箭将飞船送入近地点为A、远地点为B的椭圆轨道上,A点距地面的高度为 ,飞船飞行五圈后进行变轨,进入预定圆轨道,如图所示 在预定圆轨道上飞行N圈所用时间为t,于10月17日凌晨在内蒙古草原成功返回 已知地球表面重力加速度为g,地球半径为 求: (1)飞船在A点的加速度大小. (2)远地点B距地面的高度. (3)沿着椭圆轨道从A到B的时间 参考答案及解析 一、单选题 1.【答案】 B 【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 ?;得: ,轨道半径之比为: ,所以则它们的速度大小之比为: ,ACD不符合题意,B符合题意; 故答案为:B. 2.【答案】A 【解析】设某星球的质量为M,半径为r,绕其飞行的卫星质量m,由万有引力提供向心力得: ? 解得: ?① 又因它表面的重力加速度为地球表面重力加速度g的 .得: ?② ?③ 由①②③解得: , 而 为地球的第一宇宙速度,故 ,A符合题意,BCD不符合题意. 故答案为:A. 3.【答案】 A 【解析】解:A、风云二号卫星为地球同步轨道卫星,周期为24h,“风云一号”卫星是极地卫星,周期为12h,根据G =m 得到T=2 ,则得知,“风云一号”的轨道半径较小.故A正确; B、据G =m 得,v= ,即轨道半径越大,线速度越小,“风云一号”卫星比“风云二号”卫星轨道高度小,所以线速度大,故B错误. C、据G =mω2r得,ω= ,即轨道半径越大,角速度越小,“风云一号”卫星比“风云二号”卫星轨道高度小,所以角速度大.故C错误; D、由万有引力提供向心加速度G =ma,得a= ,即轨道半径越大,向心加速度越小,“风云一号”卫星比“风云二号”卫星轨道高度小,向心加速度大,故D错误. 故选:A 4.【答案】B 【解析】卫星绕地做匀速圆周运动,根据万有引力提供向心力,得:? ,得? , , , ;由 可得,当卫星的线速度减小到原来的 时,轨道半径增大为原来的4倍.由 ,得知,向心加速度减小到原来的 .由 ,得知,卫星的周期增大到原来的8倍.由 得知,卫星的角速度减小到原来的 ACD不符合题意,B符合题意. 故答案为:B. 5.【答案】B 【解析】根据万有引力提供向心力得: ,这4颗伽利略导航卫星的轨道半径相等,但质量大小不等,故这4颗伽利略导航卫星的向心力大小不相等,A不符合题意;根据万有引力提供向心力得: ,解得: ,因 运行时轨道半径小于地球同步轨道卫星Telstar19Vantage的轨道半径,故F 运行时周期小于Telstar 19 Vantage的运行周期,B符合题意;根据万有引力提供向心力得: ,解得: ,因地球同步轨道卫星Telstar19Vantage的轨道半径大于地球半径,故Telstar19Vantage运行时线速度一定小于地球第一宇宙速度,C不符合题意;根据万有引力提供向心力得: ,解得: ,因 运行时轨道半径小于地球同步轨道卫星Telstar19Vantage的轨道半径,故F 的向心加速度大于Telstar19Vantage的向心加速度,D不符合题意。 故答案为:B。 二、多选题 6.【答案】 B,C,D 【解析】人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动,根据万有引力提供向心力得:? ?;在地球表面,根据万有引力等于重力,得? ?;可得, ,联立两式解得 ;周期 ;加速度为 ,A不符合题意,BCD符合题意. 故答案为:BCD 7.【答案】 A,D 【解析】卫星的质量可以都不相同,A符合题意;5颗地球静止轨道卫星,卫星的周期必须与地球自转周期相同,与地球相对静止,所以卫星的绕行方向必须都与地球自转方向相同,B不符合题意; 根据万有引力提供向心力,列出等式: , ,由于同步卫星的周期必须与地球自转周期相同,所以T为一定值,根据上面等式得出:5颗地球静止轨道卫星的轨道半径相同,C不符合题意;5颗地球静止轨道卫星,它若在除赤道所在平面外的任意点,假设实现了“同步”,那它的运动轨道所在平面与受到地球的引力就不在一个平面上,这是不可能的,所以我国发射的同步通讯卫星必须定点在赤道上空,D符合题意; 故答案为:AD. 8.【答案】B,D 【解析】A:第一宇宙速度是所有圆轨道卫星的最大运行速度,则“悟空”的线速度小于第一宇宙速度。A不符合题意。 B:“悟空”的角速度 ,则“悟空”的环绕周期 。B符合题意。 C:卫星所受万有引力提供向心力,则 ,解得: ;半径小的卫星向心加速度大,即“悟空”的向心加速度大于地球同步卫星的向心加速度。C不符合题意。 D:“悟空”经过时间t(t小于其运动周期),运动的弧长为s,与地球中心连线扫过的角度为β(弧度),则“悟空”绕地球转动的半径 ;据 ,可得地球的质量 。D符合题意。 故答案为:BD 三、解答题 9.【解析】(1)设卫星的质量为m,地球的质量为M,由于不考虑地球自转的影响,当卫星在地球表面时受到的万有引力近似等于重力,即=mg 在地球表面附近运行的卫星,其轨道半径近似等于地球半径,万有引力提供向心力,根据万有引力定律和牛顿第二定律有= 联立解得第一宇宙速度v= (2)卫星在圆轨道上运行的周期T= 卫星绕地球做匀速圆周运动,由万有引力定律和牛顿第二定律有= 解得地球的质量M= 地球体积V=πR3,地球的平均密度ρ== 10.【答案】 (1)飞船在A点所受的万有引力 . 由黄金代换式 ,得 , 根据牛顿第二定律 . 故飞船在A点的加速度为 (2) , ? 所以 ? 由黄金代换式 , , 所以 ? 故远地点B距地面的高度为 (3)椭圆轨道的半长轴 ? 根据开普勒第三定律 ? ? 所以沿着椭圆轨道从A到B的时间 21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 (共 2 页) HYPERLINK "http://21世纪教育网(www.21cnjy.com) " 21世纪教育网(www.21cnjy.com) 中小学教育资源及组卷应用平台 第六章 万有引力与航天 第五节 宇宙航行(第1课时) 【学习目标】 1.了解人造地球卫星的有关知识和航天发展史; 2.知道三个宇宙速度的含义和数值,会推导第一宇宙速度; 3.理解卫星的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系。 【重点、难点】 重点:第一宇宙速度的推导。 难点:卫星运行的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系。 【自主学习】 预习案 一、三大宇宙速度 地球对周围的物体由_____________的作用,因而抛出的物体要 .但是抛出的初速度越大,物体就会飞得越 .如果没有 ,当速度足够大时,物体就不会落到地面上,将围绕地球运转,成为一颗绕地球运动的 . 第一宇宙速度的表达式是 ,如果地面附近物体与地球间的万有引力近似等于重力,则第一宇宙速度还可表示为 ,其值为 . 要使人造卫星绕地球运行,它进入地面附近的轨道速度必需等于或大于 __________km/s,并且小于 km/s;要使卫星脱离地球引力不再绕地球运行,成为人造行星,必须使它的速度等于或大于 km/s;要想使它飞到太阳系以外的地方去,它的速度必须等于或大于 km/s. 4.第一宇宙速度是指卫星在____________绕地球做匀速圆周运动的速度,也是绕地球做匀速圆周运动的____________速度。第一宇宙速度也是将卫星发射出去使其绕地球做圆周运动所需要的________发射速度,其大小为________。 5.第二宇宙速度是指将卫星发射出去使其克服____________,永远离开地球,即挣脱地球的________束缚所需要的最小发射速度,其大小为________。 6.第三宇宙速度是指使发射出去的卫星挣脱太阳________的束缚,飞到____________外所需要的最小发射速度,其大小为________。 二、任一轨道上的运行卫星行星 1.规律的发现:卫星在任意轨道上,公式均应成立,则可知:r越大,v越 。 2.规律的理解:同理也成立的有: 可确定a、、T等量的变化规律 ①在其他星球上发射的卫星也有相同的规律. 探究案 【合作探究一】宇宙速度 问题1: 将物体以水平速度从某一高度抛出,当速度增加时,水平射程增大,速度增大到某一值时,物体能否落回地面?若不能,此速度必须满足什么条件? 问题2: 以多大的速度v将物体抛出,它才会成为绕地球表面运动的卫星? 方法一:设地球质量为M,被抛出去的物体的质量为m,物体绕地球运行的轨道半径为r,卫星的环绕度为v 方法二: 问题3:为什么说第一宇宙速度是最小的发射速度,是最大的环绕速度? 归纳总结: (1) ,叫地球第一宇宙速度,又叫环绕速度。它是发射一个物体、使其成为地球卫星的 ;也是卫星绕地球做圆周运动的 。 (2)如果物体发射的速度更大,达到或超过 时,物体将摆脱地球引力的束缚,成为绕 运动的人造小行星。我们把这个速度称为第二宇宙速度,又叫脱离速度。 (3)如果物体的发射速度再大,达到或超过 时,物体将能够摆脱 的束缚,飞到太阳系外。我们把这个速度称为第三宇宙速度,也叫逃逸速度。 (4)人造卫星的线速度,角速度,周期与半径之间的关系是: 。 【当堂检测】 1.下列表述正确的是(  ) A.第一宇宙速度又叫环绕速度 B.第一宇宙速度又叫脱离速度 C.第一宇宙速度跟地球的质量无关 D.第一宇宙速度跟地球的半径无关 2.人造卫星绕地球做匀速圆周运动,其轨道半径为R,线速度为v,周期为T,若使该卫星的周期变为2T,可行的办法是(  ) A.R不变,线速度变为 B.v不变,使轨道半径变为2R C.轨道半径变为R D.v不变,使轨道半径变为 3、人造地球卫星以地心为圆心,做匀速圆周运动,关于其各物理量间的关系,下列说法正确的是( ) A、半径越大,速度越小,周期越小 B、半径越大,速度越小,周期越大 C、所有卫星的线速度均是相同的,与半径无关; D、所有卫星的角速度均是相同的,与半径无关; 4、在某星球表面一速度v0竖直上抛一物体,经时间t返回,若以同样的速度在地球上竖直上抛该物体,经5t时间返回;该星球与地球的半径之比为4:1;求: (1)该星球和地球表面的重力加速度之比? (2)在该星球和地球上上发射卫星所需的最小速度之比? 答案 1.A [第一宇宙速度又叫环绕速度,A对,B错.根据G=m可知环绕速度与地球的质量和半径有关,C、D错.] C [由=mR得,T==2π,所以T′=2T=2π,解得R′=R,故选C. 3. B 4.5:1 2:1 21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 (共 2 页) HYPERLINK "http://21世纪教育网(www.21cnjy.com) " 21世纪教育网(www.21cnjy.com)

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  • ID:6-5562236 [精]必修2 6.1 行星的运动(课件+导学案+练习+视频)

    高中物理/人教版(新课程标准)/必修2/第六章 万有引力与航天/1.行星的运动

    天体 名称 轨道半径 r (天文单位) 公转周期 T(年) r/T r2/T r3/T2 水星 0.39 0.24 1.63 0.63 1.03 金星 0.72 0.62 地球 1 1 火星 1.52 1.88 木星 5.2 11.9 土星 9.54 29.5 天王星 19.2 84 海王星 30.1 165 月球 0.0025 0.07479 0.0334 0.000084 0.0000027931 同步卫星 0.0002733 0.002739726 神州飞船 0.0000424733 0.0001636225 第六章 万有引力与航天 第1节 行星的运动 天真的童年: 古代人类朴素的宇宙观 古代中国 盖天说“天圆如张盖,地方如棋局” 浑天说“浑天如鸡子,天体圆如弹丸,地如鸡中黄” 宣夜说“天了无质,仰而瞻之,高远无极”、“日月众星,自然浮生虚空之中” 古代西方 古希腊 地球在中心,天体绕地球做匀速圆周运动 柏拉图 用匀速圆周运动的组合描述行星运动 亚里士多德 日月行星在以地球为中心的同心球壳中运行 地心说 日心说 基本观点 地球是宇宙的中心,是静止不动的;太阳、月亮及其它行星都绕地运动 太阳是静止不动的,地球和其它行星围绕太阳运动行星做圆周运动 代表人物 托勒密 哥白尼 争论焦点 宇宙的中心? 困惑的青春:地心说与日心说 行星逆行 托勒密 哥白尼 VS 信仰的危机 威胁到了教会的统治地位 支持日心说的科学家受到了教会的压制和迫害 哥白尼 《天体运行论》的出版 “在真理面前我半步也不会退让!” ——布鲁诺 布鲁诺 思考中走向成熟:开普勒定律及其建立 第谷 开普勒 开普勒(1571-1630)的研究 高难度工作,从第谷数据寻找行星运动规律 科学研究的一般过程 猜想—事实检验—完善—再检验—再完善 坚持不懈的科学精神 不怕失败,70多次尝试,16年的努力,否定19种假设 勇于创新的精神 从“匀速圆周运动”到 “偏心圆形轨道”到“椭圆” 严谨的科学态度 没有放过“8角分”的偏差 使哥白尼日心说取得了彻底的胜利 后人将他的发现称为开普勒行星运动定律。 椭圆 椭圆 椭圆 焦点 轨道 行星轨道的近圆性 看课本上太阳系八颗行星的轨道图 实际上绝大多数行星绕太阳的轨道十分接近于圆,可以认为太阳在圆心处; 行星轨道的半长轴近似可以看成圆的半径 中学阶段,我们可以近似按照圆轨道处理行星的运动问题 连线 相等的时间 面积 面积 北半球春夏两季186天,秋冬两季179天 a 半长轴 三 公转周期 二 周期 太阳系行星数据 开普勒行星运动定律为我们描述了一幅简洁清晰的太阳系行星运动图景。也使得日心说观点与天文观测事实高度的一致起来。 古代朴素宇宙观 牛顿力学体系建立 托勒密本轮均轮理论 哥白尼发表《天体运行论》 布鲁诺使日心说广泛传播宣传 第谷进行精确天文观测 开普勒完成行星运动定律 哈雷预测彗星回归 2世纪 1543 1600 1619 1682 人类认识行星运动的历程 1581 这节课我们学习了开普勒行星运动定律,也重温了一代科学先驱突破中世纪的黑暗,坚持真理,不懈奋斗,迎来近代科学黎明的一段历程。从他们的事迹中我们感受到很多。 真理没有尽头,科学永远不会停止进步。科学观念、科学方法、科学态度和科学精神,组成了一个有机的整体,指引着人类在探索自然的道路上不断前行,让我们一起努力。 形成检测 1、两颗小行星都绕太阳做圆周运动,它们的周期分别是T和3T, 试求它们绕太阳运转的轨道半径之比? 形成检测 2、有一行星,距离太阳的平均距离是地球到太阳平均距离的8倍,则该行星绕太阳公转周期是多少年? 形成检测 3、地球公转运行的轨道半径R=1.49×1011m,若把地球的公转周期称为1年,土星运行的轨道半径是r=1.43×1012m,那么土星的公转周期多长? 谢谢 21世纪教育网(www.21cnjy.com) 中小学教育资源网站 有大把高质量资料?一线教师?一线教研员? 欢迎加入21世纪教育网教师合作团队!!月薪过万不是梦!! 详情请看: https://www.21cnjy.com/help/help_extract.php 中小学教育资源及组卷应用平台 第6章 万有引力与航天 第1节 行星的运动 一、不定项选择题 1.1990年4月25日,科学家将哈勃天文望远镜送上距地球表面约600km的高空,使得人类对宇宙中星体的观测与研究有了极大的进展.假设哈勃望远镜沿圆轨道绕地球运行.已知地球半径为6.4×106m,利用地球同步卫星与地球表面的距离为3.6×107m这一事实可得到哈勃望远镜绕地球运行的周期,以下数据中最接近其运行周期的是( ). A .0.6小时 B .1.6小时 C .4.0小时 D .24小时 2.某彗星绕太阳运动的轨道是比较扁的椭圆,下面说法中正确的是(  ) A.彗星在近日点的速率大于在远日点的速率 B.彗星在近日点的角速度大于在远日点的角速度 C.彗星在近日点的向心加速度大于在远日点的向心加速度 D.若彗星公转周期为75年,则它的半长轴是地球公转半径的75倍 3.某人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动,其轨道半径为月球绕地球运转半径的,设月球绕地球运动的周期为27天,则此卫星的运转周期大约是(  ) A.天 B.天 C.1天 D.9天 4.下列说法正确的是( ) A.太阳系中的八大行星有一个共同的轨道焦点 B.行星的运动方向总是沿着轨道的切线方向 C.行星的运动方向总是与它和太阳的连线垂直 D.太阳是静止不动的 5.如图所示,某行星沿椭圆轨道运行,远日点离太阳的距离为a,近日点离太阳的距离为b,过远日点时行星的速率为va,则过近日点时的速率为(  ) A.vb= va B.vb= va C.vb= va D.vb=va 6.关于开普勒定律,下列说法正确的是(  ) A.开普勒定律是根据哥白尼对行星位置观测记录的大量数据,进行计算分析后获得的结论 B.根据开普勒第二定律,行星在椭圆轨道上绕太阳运动的过程中,其速度随行星与太阳之间距离的变化而变化,距离小时速度大,距离大时速度小 C.行星绕太阳运动的轨道,可以近似看成圆,即可认为行星绕太阳做匀速圆周运动 D.开普勒定律,只适用于太阳系,对其他恒星系不适用;卫星(包括人造卫星)绕行星的运动,是不遵循开普勒定律的 7.把火星和地球绕太阳运行的轨道视为圆,由火星和地球绕太阳运动的周期之比可求得(  ) A.火星和地球的质量之比 B.火星和太阳的质量之比 C.火星和地球到太阳的距离之比 D.火星和地球绕太阳运行速度大小之比 8.如图所示,2006 年8月24日晚,国际天文学联合会大会投票,通过了新的行星定义,冥王星被排除在行星行列之外,太阳系行星数量由九颗减为八颗。若将八大行星绕太阳运行的轨迹粗略地认为是圆,各星球半径和轨道半径如表所示。 行星名称 水星 金星 地球 火星 木星 土星 天王星 海王星 星球半径 (×106m) 2.44 6.05 6.37 3.39 69.8 58.2 23.7 22.4 轨道半径 (×1011m) 0.579 1.08 1.50 2.28 7.78 14.3 28.7 45.0 从表中所列数据可以估算出海王星的公转周期最接近(  ) A.80年 B.120年 C.165年 D.200年 9.在天文学上,春分、夏至、秋分、冬至将一年分为春、夏、秋、冬四季。如图所示,从地球绕太阳的运动规律入手,下列判断正确的是(  ) A.在冬至日前后,地球绕太阳的运行速率较大 B.在夏至日前后,地球绕太阳的运行速率较大 C.春夏两季与秋冬两季时间相等 D.春夏两季比秋冬两季时间长 二、计算题 10. 飞船沿半径为R的圆周绕地球运动,其周期为T,地球半径为R0,若飞船要返回地面,可在轨道上某点A处将速率降到适当的数值,从而使飞船沿着以地心为焦点的椭圆轨道运行,椭圆与地球表面在B点相切,求飞船由A点到B点所需要的时间。 参考答案 1.B 2.ABC  3.C 4.答案:AB 5.[答案] C 6.BC 7.CD 8.C 9.AD 10. 21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 (共 2 页) HYPERLINK "http://21世纪教育网(www.21cnjy.com) " 21世纪教育网(www.21cnjy.com) 中小学教育资源及组卷应用平台 §6.1 行星的运动 【学习目标】 1、了解人类对行星运动规律的认识历程; 2、知道开普勒行星运动定律及其科学价值; 3、了解观察的方法在认识行星运动规律中的作用; 4、体会科学家们在行星运动的探索和研究中表现出的科学态度和科学精神。。 【重、难点】 理解开普勒三定律的内容及其简单应用,了解人类对行星运动规律的认识历程 【前置补偿】 阅读课本,了解人类认识天体运动的历史过程 【探究学习】 一、地心说与日心说 地心说 日心说 基本观点 代表人物 争论焦点 二、开普勒行星运动定律及其建立过程 开普勒第一定律(__________定律): 所有的行星围绕太阳运动的轨道都是__________,太阳处在_______的一个________上。 做一做: 开普勒第二定律(__________定律): 对于任意一个行星来说,它与太阳的_________在____________内扫过相等的_______。 这个定律告诉我们,当行星离太阳较近时,运行的速度比较____,离太阳较远时速度较____。 开普勒第三定律(__________定律): 所有行星的轨道的_________的_____次方跟它的_________的_____次方的比值都相等。 公式表示: 思考:开普勒第三定律中的比值k对哪些天体是相同的? 开普勒行星运动定律的应用:哈雷的预言 例:天文学家哈雷在1682年跟踪过一颗彗星,该彗星轨道的半长轴约等于地球公转半径的18倍,并预言了该彗星再次回来的的时间,你能估算出该彗星的周期吗? 【形成检测】 1.关于日心说被人们所接受的原因是( ) A.以地球为中心来研究天体的运动有很多无法解决的问题 B.以太阳为中心来研究天体的运动,许多问题都可以解决,行星运动的描述也变简单了 C.地球是围绕太阳运转的 D.太阳总是从东边升起,从西边落下 2.关于的常量k,下列说法正确的是( ) A.对于所有星球的行星或卫星,k值都相等 B.不同星球的行星或卫星,k值不相等 C.k值是一个与星球无关的常量 D.k值是一个与星球有关的常量 3.关于太阳系中行星运动的轨道,以下说法正确的是( ) A.所有行星绕太阳运动的轨道都是圆 B.所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆 C.不同行星绕太阳运动的椭圆轨道的半长轴是不同的 D.不同行星绕太阳运动的椭圆轨道是相同的 4.一年四季, 季节更替. 地球的公转带来了二十四节气的变化. 一年里从立秋到立冬的时间里, 地球绕太阳运转的速度___________, 在立春到立夏的时间里, 地球公转的速度___________. (填“变大”、“变小”或“不变”) 5.一颗近地人造地球卫星绕地球运行的周期为84分钟,假如月球绕地球运行的周期为30天,则月球运行的轨道半径是地球半径的_________倍。 参考答案: 1. AB 2. B 3. BC 4.变小,变大 5. 6.4 21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 (共 2 页) HYPERLINK "http://21世纪教育网(www.21cnjy.com) " 21世纪教育网(www.21cnjy.com)

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  • ID:6-5559972 [精] 必修2 5.6 向心力(课件+导学案+练习+视频)

    高中物理/人教版(新课程标准)/必修2/第五章 曲线运动/6.向心力

    5.6 向心力 知识回顾 任何做匀速圆周运动物体的加速度指向圆心,这个加速度称为向心加速度。 定 义 方 向 物理意义 描述线速度方向变化快慢的物理量 始终指向圆心,与该点的线速度方向垂直 大 小 G FN F 小球受力分析: O FN与G相抵消,所以合力为F 分析:绳子对球有指向圆心的力 合力 轻绳栓一小球,在光滑水平面做匀速圆周运动。 结论: 做匀速圆运动的小球,合外力指向圆心,与速度v垂直. 知 识 回 顾 做匀速圆周运动的物体一定受到一个指向圆心的合力,这个合力叫做向心力。 定 义 方 向 作用效果 只改变线速度的方向,不改变线速度的大小 一、向心力 始终指向圆心,与该点的线速度方向垂直 大 小 向心力是恒力吗? 1、实验的基本原理? 从运动的角度求得Fn 从受力的角度求得F合 ;将Fn 和F合 进行比较 2、实验需要的器材? 钢球、细线、画有同心圆的木板、秒表、直尺 r O' O θ l h FT G F合 3、实验需要测量的数据有哪些?如何测量? F合=mg tanθ 小球所需向心力 Fn=m v2 r m?r?v?θ? m、r、转n圈数所用时间t、l 二、 实 验 探 究 用圆锥摆粗略验证向心力的表达式 4.实验过程 图1 (1)细线下面悬挂一个钢球,细线上端固定在铁架台上。将画着几个同心圆的白纸置于水平桌面上,使钢球静止时正好位于圆心。用手带动钢球,设法使它沿纸上的某个圆周运动(如图1),随即手与钢球分离。 (3)在图1中测出钢球(以球心为准)到悬点的竖直高度h,从图2钢球受力情况可知,合力 F合=mgtanθ=mgr/h; 图2 (2)用秒表或手表记录钢球运动n圈的时间t,再通过纸上的圆测出钢球做匀速圆周运动的半径r,则线速度 v=2nπr/t 用天平测出钢球质量m,则向心力 Fn=mv2/r; (4)比较上述向心力Fn和合力F合,得出实验结论。 图1 G FN F拉 绳子的拉力使小球做匀速圆周运动 三、向心力的来源 G FN F 杯子的弹力使小球做匀速圆周运动 绳子的拉力使小球做匀速圆周运动 接触面间摩擦力使小球做匀速圆周运动 实例分析 FN mg F静 几种常见的匀速圆周运动受力图 O θ O' FT mg F合 mg F静 FN O r mg FN F合 θ O' O R ω θ ω θ m m O r mg FN F合 mg FN F合 F合=mg tanθ 竖直方向:FN cosθ=mg 水平方向:F合=mω2r 竖直方向:FN cosθ=mg 水平方向:F合=mω2 R sinθ 沿光滑漏斗或碗内壁做圆周运动的小球 几种常见的匀速圆周运动受力图 向心力是根据效果命名的力,并不是一种新的性质的力。 向心力不是物体真实受到的一个力,不能说物体受到向心力的作用,只能说某个力或某几个力提供了向心力。 总结: 向心力的来源可以是重力、弹力、摩擦力等各种性质的力,也可以是几个力的合力,还可以是某个力的分力。 物体做匀速圆周运动时,由合力提供向心力。 受力分析时是否出现向心力? 注意: 向心力是效果力!受力分析时不能多出一个向心力! 实验探究 用细绳系一小球分别在水平桌面上和竖直平面内做圆周运动。 四、变速圆周运动和一般曲线运动 匀速圆周运动 G N F 变速圆周运动 合力全部提供向力 合力部分提供向心力 Fn Ft F合 O v 加速 O Fn Ft F合 v 速度增大的圆周运动 O Fn Ft v F合 速度减小的圆周运动 切向分力Ft :产生切向加速度,只改变速度的大小。 向心分力Fn :产生向心加速度,只改变速度的方向。 同时具有向心加速度和切向加速度的圆周运动就是变速圆周运动,匀速圆周运动切向加速度为零。 运动轨迹既不是直线也不是圆周的曲线运动,可以称为一般曲线运动。 r1 r2 一般曲线运动各个地方的弯曲程度不一样,如何研究? 把一般曲线分割为许多极短的小段,每一段都可以看作一小段圆弧。这些圆弧的弯曲程度不一样,表明它们具有不同的曲率半径。在分析质点经过曲线上某位置的运动时可以采用圆周运动的分析方法进行处理。 一般曲线运动 1、关于向心力说法中正确的是( ) A、物体由于做圆周运动而产生的力叫向心力; B、向心力不改变速度的大小; C、做匀速圆周运动的的物体所受向心力是不变的; D、向心力是除物体所受重力、弹力以及摩擦力以外的一种新的力 B 即学即练 2.如图,小物体与圆盘保持相对静止,随圆盘一起做匀速圆周运动,则其受力情况是( ) A、受重力、支持力 B、重力、支持力和指向圆心的摩擦力 C、重力、支持力、向心力、摩擦力 D、以上都不对 ω B 3.在光滑的横杆上穿着两质量不同的两个小球,小球用细线连接起来,当转台匀速转动时,下列说法正确的是( ) A.两小球速率必相等 B.两小球角速度必相等 C.两小球加速度必相等 D.两小球到转轴距离与其质量成反比 BD BCD r θ O G F合 F 4.质量m的球用长为L的细绳悬于天花板O点,使之在水平面内做匀速圆周运动,细线与竖直线成θ角,以下正确的是( ) A.摆球受重力、拉力和向心力的作用 B.摆球只受重力、拉力的作用 C.摆球做匀速圆周运动向心力为mgtanθ D.摆球做匀速圆周运动向心加速度为gtanθ 5.甲乙两物体都做匀速圆周运动,其质量之比为1∶2,转动半径之比为1∶2,在相同时间内甲转过4周,乙转过3周。则它们的向心力之比为( ) A.1∶4 B.2∶3 C.4∶9 D.9∶16 C 6、如图,半径为r的圆筒绕竖直中心轴转动,小橡皮块紧帖在圆筒内壁上,它与圆筒的摩擦因数为μ,现要使小橡皮不落下,则圆筒的角速度至少多大?(设最大静摩擦力等于滑动摩擦力) 解析:小橡皮受力分析如图。 小橡皮恰不下落时,有: Ff=mg 其中:Ff=μFN 而由向心力公式: FN=mω2r 解以上各式得: G Ff FN 课堂小结 3、向心力的大小 2、向心力的作用效果: 1、向心力的方向: 4、变速圆周运动中的合力并非向心力 Fn=m v2 r Fn=m rω2 Fn =m r 4π2 T 2 在匀速圆周运动中合力充当向心力 指向圆心 改变速度的方向 谢谢 21世纪教育网(www.21cnjy.com) 中小学教育资源网站 有大把高质量资料?一线教师?一线教研员? 欢迎加入21世纪教育网教师合作团队!!月薪过万不是梦!! 详情请看: https://www.21cnjy.com/help/help_extract.php 中小学教育资源及组卷应用平台 第5章 曲线运动 5.6 向心力 一、不定项选择题 1.关于向心力的下列说法中正确的是( ) A.物体必须受到一个向心力的作用才能做圆周运动 B.向心力是指向圆心方向的合外力,它是根据力的作用效果命名的 C.向心力可以是重力、弹力、摩擦力等各种力的合力,也可以是某种力的分力 D.向心力只能改变物体的运动方向,不可能改变运动的快慢 2.(2018·河北省枣强中学模拟)如图所示。物体m与圆盘保持相对静止,随盘一起做匀速圆周运动,则有关物体m的受力情况的说法正确的是( ) A.物体受重力、支持力、摩擦力和向心力 B.物体受重力、压力、支持力和摩擦力 C.物体受重力、支持力和向心力 D.物体受重力、支持力和摩擦力 3.绳子的一端拴一个重物,用手握住另一端,使重物在光滑的水平面内做匀速圆周运动,下列判断正确的是( ) A.半径相同时,角速度越小绳越易断 B.周期相同时,半径越大绳越易断 C.线速度相等,半径越大绳越易断 D.角速度相等时,线速度越小绳越易断 4.(2018·北京市西城区(北片)模拟)如图,把一个小球放在玻璃漏斗中,晃动漏斗,可以使小球沿光滑的漏斗壁在某一水平面内做匀速圆周运动。下列说法正确的是( ) A.小球受到重力、漏斗壁的支持力和向心力 B.小球受到的重力大于漏斗壁的支持力 C.小球受到的重力小于漏斗壁的支持力 D.小球所受的合力的大小等于0 5.(2018·河南省驻马店市确山一高第一次月考)小球以水平速度进入一个水平放置的光滑的螺旋形轨道,轨道半径逐渐减小,则( ) A.球的向心加速度不断减小 B.球的角速度不断增大 C.球对轨道的压力不断减小 D.小球运动周期不断减小 6.如图所示,两根长度相同的细线分别系有两个完全相同的小球,细线的上端都系于O点。设法让两个小球均在水平面上做匀速圆周运动。已知L1跟竖直方向的夹角为60°,L2跟竖直方向的夹角为30°,下列说法正确的是( ) A.细线L1和细线L2所受的拉力大小之比为 B.小球m1和m2的角速度大小之比为 C.小球m1和m2的向心力大小之比为3:1 D.小球m1和m2的线速度大小之比为 7.(2018·北京市密云区模拟)应用物理知识分析生活中的常见现象,可以使物理学习更加有趣和深入。例如你用手掌平托一苹果,保持这样的姿势在竖直平面内按顺时针方向做匀速圆周运动。关于苹果从最高点c到最右侧点d运动的过程,下列说法中正确的是( ) A.手掌对苹果的摩擦力越来越大 B.苹果先处于超重状态后处于失重状态 C.手掌对苹果的支持力越来越小 D.苹果所受的合外力越来越大 8.(2018·河南省驻马店市确山一高第一次月考)如图所示,质量为m的小球A、B分别固定在轻杆的中点和端点,当杆在光滑水平面上绕O点匀速转动时,则杆OA段与AB段对球的拉力之比为( ) A.3:2 B.2:3 C.3:1 D.1:3 二、计算题 9.一水平放置的圆盘,可以绕中心O点旋转,盘上放一个质量是0.4 kg的铁块(可视为质点),铁块与中间位置用轻质弹簧连接,如图所示。铁块随圆盘一起匀速转动,角速度是10 rad/s时,铁块距中心O点30 cm,这时弹簧的拉力大小为11 N,g取10 m/s2,求: (1)圆盘对铁块的摩擦力大小; (2)在此情况下要使铁块不向外滑动,铁块与圆盘间的动摩擦因数至少为多大? 10.如图所示,旋转木马被水平钢杆拴住绕转台的中心轴做匀速圆周运动。若相对两个木马间的杆长为6 m,木马质量为30 kg,骑木马的儿童质量为40 kg,当木马旋转的速度为6 m/s时,试问: (1)此时木马和儿童受到的向心力分别是由哪个物体提供的? (2)此时儿童受到的向心力是多大? 参考答案 1.BCD 2.D 3.B 4.C 5.BD 6.AC 7.A 8.A 9.【解析】(1)铁块做匀速圆周运动所需要的向心力为 F=mω2r=0.4×0.3×102 N=12 N 弹簧拉力和摩擦力提供向心力FN+Ff=12 N 所以Ff=12 N–FN=1 N (2)铁块即将滑动时Ff=μmg=1 N 动摩擦因数至少为μ==0.25。 10.略 21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 (共 2 页) HYPERLINK "http://21世纪教育网(www.21cnjy.com) " 21世纪教育网(www.21cnjy.com) 中小学教育资源及组卷应用平台 第5章 曲线运动 第五节 向心力 【学习目标】 知道什么是向心力,知道它的来源,理解它是一种效果力 知道向心力大小与哪些因素有关。理解公式的确切含义,并能用来进行计算 3.初步了解“用圆锥摆粗略验证向心力的表达式”的原理。 【重点、难点】 向心力概念,向心力的大小和方向是本节重点。 变速圆周运动特点及研究方法则是本节难点。 预习案 【自主学习】 学习任务1:认识向心力 (阅读教材,请思考并完成下列问题) ?1.什么是向心力?向心力的方向如何描述? ? 2.根据牛顿第二定律,如何来描述向心力的表达式? ? (阅读教材P25“做一做”内容)感知向心力的大小与哪些因素有关? 学习任务2:向心力的大小特点、功能 问题: 向心加速度的表达式? 问题: 根据牛顿第二定律向心加速度与向心力应满足何种关系? 总结: 向心力的表达式 思考: 若已知匀速圆周运动的周期为T,如何表达向心力? 若已知匀速圆周运动的转速为n,如何表达向心力? 思考: 向心力是恒力还是变力? 总结: 向心力始终指向 ,因此其 不断地在改变,故向心力是 力。 功能: 向心力产生向心加速度,不断改变线速度的 ,而不改变线速度 的 。 学习任务3:阅读书本实验——用圆锥摆粗略验证向心力的表达式,回答以下问题。 ①实验器材有哪些? ②测量那些物理量(记录哪些数据)? ③最终要验证的公式? 学习任务4:向心力的来源 实例: 总结: 向心力可以由某种性质力,也可以是几种性质力的________或某一性质力的________来提供。 学习任务5:如何处理变速圆周运动和一般曲线运动?   ①做变速圆周运动的物体所受的合力F一般产生两个效果(如图):   Ft 为切向分力,它产生 加速度,改变速度的 。   Fn为向心分力,它产生 加速度,改变速度的 。 ② 处理一般曲线运动的方法: 对于一般的曲线运动,我们则可以将其轨迹分为许多小段(如图),每一小段都可以看做圆周运动的一部分,这样就可以采用圆周运动的分析方法来处理。 归纳总结 (a)向心力是按照效果命名的力,并不是物体额外受到的一个力;受力分析时, 不能多出一个向心力。 (b)向心力的来源:物体所受的合力提供了物体做匀速圆周运动所需的向心力。(可以是重力、弹力、摩擦力等各种性质力的合力) 【当堂检测】 1.分析向心力的来源 例1:分析下面各种匀速圆周运动中,向心力是由哪些力提供的? (1)玻璃球沿碗(透明)的内壁在水平面内做匀速圆周运动(不计摩擦)。 (2)细线下面悬挂一钢球,细线上端固定,设法使小球在水平面面上做匀速圆周运动。 (3)在匀速转动的洗衣机圆筒内壁上有一衣物一起随桶转动且与桶壁相对静止。 (4)使转台匀速转动,转台上的物块A也随之做匀速圆周运动,物块A与转台间没有相对滑动。 2.有关向心力的计算 例2:长为L的细线,拴一质量为m的小球,小球可视为质点,小球的一端固定于O1点,让其在水平面内做匀速圆周运动,形成圆锥摆,如图所示,求摆线与竖直方向成θ时: (1)摆线中的拉力大小; (2)小球的向心力大小; (3)小球运动的线速度的大小; (4)小球做匀速圆周运动的周期。 3.变速圆周运动分析 例3:一辆汽车在水平公路上转弯,沿曲线由M向N行驶,速度逐渐减小。图A、B、C、D分别画出了汽车转弯时所受合力F的四种方向,正确的是( ) 例4:长为L的细线一端系质量为m的小球,另一端固定于O点,在O点的正下方L/2处钉有一根长钉,把细线沿水平方向拉直后无初速度地释放小球,当细线碰到钉子的瞬间( ) A.小球的向心加速度突然增大 B.小球的角速度突然增大 C.小球的速度突然增大 D.细线的张力突然增大 答案: 例1:支持力和重力的合力或支持力的水平分力;拉力和重力的合力或拉力的水平分力;筒壁对衣物的支持力;由指向圆心方向静摩擦力提供。 例2:C; 例3: mg/cosθ mgtanθ ; 例4: ABD。 r1 r2 ω N 。 N 。 B F M N 。 C F N 。 D A F F M M M 21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 (共 2 页) HYPERLINK "http://21世纪教育网(www.21cnjy.com) " 21世纪教育网(www.21cnjy.com)

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  • ID:6-5559375 [精]必修2 5.5 向心加速度(课件+导学案+练习+视频)

    高中物理/人教版(新课程标准)/必修2/第五章 曲线运动/5.向心加速度

    5.5向心加速度 物理必修二 高一 复 习 提 问 (3)什么叫匀速圆周运动? “匀速”的含义是什么? (1)描述匀速圆周运动快慢的物理量有哪些? (2)上述物理量间有什么关系? 描述圆周运动的物理量之间的关系 1、线速度与周期的关系 2、角速度与周期的关系 4、线速度与角速度的关系 3、周期与频率的关系 讨论:那么物体所受的外力合力沿什么方向?加速度又怎样呢? 匀速圆周运动是曲线运动 变速运动 运动状态改变 一定受到外力 一定存在加速度 生活中的具体实例: 地球绕太阳运动 小球绕钉转动 思考:地球受到什么力的作用?这个力可能沿什么方向? 思考:小球受到几个力的作用?这几个力的合力沿什么方向? 思考 加速度的定义式是什么? a = Δt Δv a 的方向与Δv 的方向相同 如何确定Δv的方向? 速度的变化量Δv 探究1:向心加速度的方向 问题1:沿直线向右加速运动的物体,初速度是5m/s,经过一段时间后,速度增大为8m/s,求这段时间内物体速度的变化量? 问题2:如果物体的速度由向右的5m/s减小到3m/s,其速度的变化量又如何? 问题3:如果物体做平抛运动从A运动至B过程中的速度的变化量如何? V1 V2 △V V1 V2 △V v2 Δv 用矢量图表示速度变化量 V1 V2 V1 设质点沿半径为 r 的圆做匀速圆周运动,某时刻位于 A 点,速度为 vA ,经过时间 Δt 后位于 B 点,速度为 vB 。 Δv O A B vB vA Δv B vB vA Δv B vB vA vA Δv vB vA A O Δv 逐渐趋向于平行 OA 结论:当 Δt 很小很小时,Δv 指向圆心 匀速圆周运动的加速度方向 O B A vA vB vA Δv vA、vB、Δv 组成的三角形与 ΔABO 相似 当 Δt 很小很小时,AB = AB =Δl Δθ Δθ 推导过程 向心加速度的表达式 向心加速度 做匀速圆周运动的物体加速度指向圆心,这个加速度称为向心加速度.符号:an 描述速度方向变化的快慢 始终指向圆心 拓展:匀速圆周运动加速度的大小不变,方向在时刻改变,所以匀速圆周运动不是匀变速运动,是变加速运动 an = v2 r an = ω2r an = r 4π2 T 2 3、表达式: 1、定义: 2、方向: 4、物理意义: 思考与讨论: 从公式a=v2/r看,向心加速度与圆周运动的半径成反比;从公式a=w2r看,向心加速度与半径成正比,这两个结论是否矛盾? (1)在y=kx这个关系式中,说y与x成正比,前提是什么? 当角速度一定时,向心加速度与运动半径成正比. 当线速度一定时,向心加速度与运动半径成反比. (2)自行车的大齿轮、小齿轮、后轮三个轮子的 半径不一样,它们的边缘上有三个点A、B、C。其中哪两点向心加速度的关系适用于“向心加速度与半径 成正比”,哪两点适用于“向心加速度与半径 成反比”? A、C A、B 分析归纳: 从公式 看,v不变时,an与r 成反比 从公式 看,ω不变时,an与r 成正比 an = v2 r an = rω2 o r ω一定 v一定 a B 例与练 例与练 例与练 1.下列关于向心加速度的说法中,正确的是 ( ) A、向心加速度的方向始终与速度的方向垂直 B、向心加速度的方向保持不变 C、在匀速圆周运动中,向心加速度是恒定的 D、在匀速圆周运动中,向心加速度的大小不断变化 2.一物体在水平面内沿半径 R=20cm的圆形轨道做匀速圆周运动,线速度v =0.2m/s,则它的向心加速度为___m/s2,角速度为_____ rad/s,周期为_____s。 课堂演练 A 1 0.2 2π 小结 向 心 加 速 度 an = v2 r an = ω2r 1.定义:匀速圆周运动的加速度 2.意义:描述速度方向变化的快慢 3.大小: 4.方向:始终指向圆心(时刻改变) 匀速圆周运动是变加速运动 谢谢 21世纪教育网(www.21cnjy.com) 中小学教育资源网站 有大把高质量资料?一线教师?一线教研员? 欢迎加入21世纪教育网教师合作团队!!月薪过万不是梦!! 详情请看: https://www.21cnjy.com/help/help_extract.php 中小学教育资源及组卷应用平台 第5章 曲线运动 5.5 向心加速度 一、不定项选择题 1.(2018·甘肃省临泽县第一中学4月月考)下列关于向心加速度的说法中正确的是( ) A.向心加速度表示做圆周运动的物体速率改变的快慢 B.向心加速度表示角速度变化的快慢 C.匀速圆周运动的向心加速度不变 D.向心加速度描述线速度方向变化的快慢 2.如图所示,一个球绕中心轴线OO′以角速度ω做匀速圆周运动,则( ) A.a、b两点线速度相同 B.a、b两点角速度相同 C.若θ=30°,则a、b两点的线速度之比va:vb=:2 D.若θ=30°,则a、b两点的向心加速度之比 aa:ab=2: 3.如图所示为质点P、Q做匀速圆周运动的向心加速度随半径变化的图线。表示质点P的图线是过原点的一条直线,表示质点Q的图线是双曲线。由图线可知( ) A.质点P的线速度大小不变 B.质点P的角速度大小不变 C.质点Q的角速度大小不变 D.质点Q的周期大小不变 4.(2018·河北省邢台市第二中学模拟)如图所示,一小物块以大小为a=4 m/s2的向心加速度做匀速圆周运动,半径R=1 m,则下列说法正确的是( ) A.小球运动的角速度为2 rad/s B.小球做圆周运动的周期为π s C.小球在t= s内通过的位移大小为m D.小球在π s内通过的路程为零 5.如图所示为两级皮带传动装置,转动时皮带均不打滑,中间两个轮子是固定在一起的,轮1的半径和轮2的半径相同,轮3的半径和轮4的半径相同,且为轮1和轮2半径的一半,则轮1边缘的a点和轮4边缘的c点相比( ) A.线速度之比为1:4 B.角速度之比为4:1 C.向心加速度之比为8:1 D.向心加速度之比为1:8 6.如图所示,“旋转秋千”中的两个座椅A、B质量相等,通过相同长度的缆绳悬挂在旋转圆盘上。不考虑空气阻力的影响,当旋转圆盘绕竖直的中心轴匀速转动且A、B稳定时,下列说法正确的是( ) A.A的线速度比B的大 B.A与B的向心加速度大小相等 C.A与B的角速度相等 D.A、B均处于平衡态 7.(2018·四川新津中学月考)如图所示,B和C是一组塔轮,即B和C半径不同,但固定在同一转动轴上,其半径之比为RB:RC=3:2,A轮的半径大小与C轮相同,它与B轮紧靠在一起,当A轮绕过其中心的竖直轴转动时,由于摩擦作用,B轮也随之无滑动地转动起来。a、b、c分别为三轮边缘的三个点,则a、b、c三点在运动过程中的( ) A.线速度大小之比为3:2:2 B.角速度之比为3:3:2 C.转速之比为2:3:2 D.向心加速度大小之比为9:6:4 8.(2018·浙江省温州市普通高中模拟)如图所示,某台计算机的硬盘约有近万个磁道(磁道为不同半径的同心圆),每个磁道分成m个扇区(每扇区为l/m圆周)。电动机使磁盘以转速n匀速转动。磁头在读、写数据时是不动的,磁盘每转一圈,磁头沿半径方向跳动一个磁道,若不计磁头大小及磁头转移磁道所需的时间,则磁盘转动时( ) A.A点的线速度小于B点的线速度 B.A点的向心加速度小于B点的向心加速度 C.硬盘转动一圈的时间为2πn D.一个扇区通过磁头所用的时间为 计算题 9.如图所示,一轿车以30 m/s的速率沿半径为60 m的圆跑道行驶,当轿车从A运动到B时,轿车和圆心的连线转过的角度为90°,求: (1)此过程中轿车的位移大小; (2)此过程中轿车通过的路程; (3)轿车运动的向心加速度大小。 10.(2018·山东省临沂市兰陵四中模拟)如图所示.轮O1、O3固定在同一转轴上,轮O1、O2用皮带连接且不打滑。在O1、O2、O3三个轮的边缘各取一点A、B、C,已知三个轮的半径比r1:r2:r3=2:1:1,求: (1)A、B、C三点的线速度大小之比vA:vB:vC; (2)A、B、C三点的角速度之比ωA:ωB:ωC; (3)A、B、C三点的向心加速度大小之比aA:aB:aC。 参考答案 1.D 2.BC 3.B 4.AB 5.D 6.C 7.D 8.D 9.【答案】(1)85 m (2)94.2 m (3)15 m/s 10.(1)2:2:1 (2)1:2:1 (3)2:4:1 21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 (共 2 页) HYPERLINK "http://21世纪教育网(www.21cnjy.com) " 21世纪教育网(www.21cnjy.com) 中小学教育资源及组卷应用平台 第5章 曲线运动 第五节 向心加速度 【学习目标】 1.理解速度变化量和向心加速度的概念, 2.知道向心加速度和线速度、角速度的关系式. 3.能够运用向心加速度公式求解有关问题 【重点、难点】 学习重点:理解匀速圆周运动中加速度的产生原因,掌握向心加速度的确定方法和计算公式 学习难点:向心加速度方向的确定过程和向心加速度公式的应用 预习案 自学设计 --课前预习 学生阅读教材,思考并回答。 1.加速度是表示 的物理量,它等于 的比值。在直线运动中,v0表示初速度,v表示末速度,则速度变化量Δv= 。加速度公式a= ,其方向与速度变化量方向 。 2.在直线运动中,取初速度v0方向为正方向,如果速度增大,末速v大于初速度v0,则Δv=v-v0 0(填“>”或“<”),其方向与初速度方向 ;如果速度减小,Δv=v-v0 0,其方向与初速度方向 。 3.在圆周运动中,线速度、角速度的关系是 。 4、匀速圆周运动的特点:线速度: ;角速度 。 (“存在”或“不存在”)加速度。 5、向心加速度 ,公式 , ,单位 ,方向 。物理意义 。 6、匀速圆周运动是匀变速曲线运动吗? 【学始于疑】 探究案 【探究案】——帮助你理解重难点 一.阅读教材P20“思考与讨论”,回答问题: (1) 地球绕太阳的运动可近似为匀速圆周运动,地球受到什么力的作用?这个力可能沿什么方向? (2) 光滑水平桌面上用细线牵引一小球做匀速圆周运动,小球受到哪些力作用?这些力的合力沿什么方向?如果突然间断细线,小球还会做匀速圆周运动吗? 你还能举出几个类似的匀速圆周运动的例子吗? 合作探究二 知识点一:曲线运动中的速度变化量 物体沿曲线运动时,初末速度v1和v2不在同一直线上,速度的变化量Δv如何求得? (平行四边形运用) 可以这样理解: v1与Δv的矢量和即为v2. 即表达式为: 所以Δv= 二、课堂探究问题 ?探究点一:向心加速度的大小及方向 1.公式推导 在图中,因为vA与OA ,vB与OB ,且vA vB,OA=OB, 所以△OAB与vA、vB、Δv组成的矢量三角形 。 用v表示vA和vB的大小, 2.向心加速度的物理意义 因为向心加速度方向与Δv的方向相同,Δv的方向指向圆心,所以a始终指向圆心,只改变线速度的方向,不改变其大小,所以向心加速度是描述线速度方向变化快慢的物理量。 合作探究三 从公式看,向心加速度与圆周运动的半径成反比?从公式看,向心加速度与半径成正比,这两个结论是否矛盾?请从以下两个角度来讨论这个问题。 ①在y=kx这个关系式中,说y与x成正比,前提是什么? ②自行车的大车轮,小车轮,后轮三个轮子的半径不一样,它们的边缘上有三个点A、B、C,其中哪两点向心加速度的关系适用于“向心加速度与半径成正比”,哪两点适用于“向心加速度与半径成反比”? 小组讨论,各组代表发言,最后总结结论。 【当堂检测】 1.在匀速圆周运动中,下列关于向心加速度的说法正确的是(  ) A.向心加速度的方向始终指向圆心,因此其方向保持不变 B.向心加速度的方向始终指向圆心,其大小保持不变 C.向心加速度时刻在变化,因此匀速圆周运动是变加速运动 D.它描述的是线速度方向变化的快慢 2.找到与"在匀速圆周运动中,下列关于向心加速度的说法正确的是( ) A.向心加速度的大小和方向都不变 B.向心加速度的大小和方向都不断变化 C.向心加速度的大小不变,方向不断变化 D.向心加速度的大小不断变化,方向不变 3.匀速圆周运动中的向心加速度是描述(  ) A.线速度大小变化的物理量 B.线速度大小变化快慢的物理量 C.线速度方向变化的物理量 D.线速度方向变化快慢的物理量 【答案】 当堂检测: 答案 BCD C D  O B A O B A B A O A B C 21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 (共 2 页) HYPERLINK "http://21世纪教育网(www.21cnjy.com) " 21世纪教育网(www.21cnjy.com)

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  • ID:6-5554786 [精] 必修2 5.4 圆周运动(课件+导学案+练习+视频)

    高中物理/人教版(新课程标准)/必修2/第五章 曲线运动/4.圆周运动

    四、圆周运动 这些物体的运动轨迹有什么特点? 转盘 水流星 地球仪 圆锥摆 物体的运动路线(轨迹)是圆周(或圆周的一部分)的运动叫圆周运动。 一、圆周运动 两物体均做圆周运动,怎样比较它们运动的快慢? 比较物体在一段时间内通过的圆弧的长短 比较物体在一段时间内半径转过的角度大小 比较物体转过一圈所用时间的多少 比较物体在一段时间内转过的圈数 思考与讨论 1)、物理意义:描述质点沿圆周运动的快慢。 2)、定义:质点做圆周运动通过的弧长 Δl 和所用时间 Δt 的比值叫做线速度的大小。 3)、大小: 1、线速度 4)、单位:m/s v = Δt Δl 5)、方向:质点在圆周某点的线速度方向沿圆周上该点的切线方向。 Δl是弧长并非位移 矢量 ?l ?t 二、描述圆周运动快慢的物理量 v v v o 匀速圆周运动 定义:物体沿着圆周运动,并且线速度的大小处处相等,这种运动叫做匀速圆周运动。 匀速圆周运动中的“匀速”指速度不变吗? 注意:匀速圆周运动是一 种变加速曲线运动 加速度方向在变化 速率 2、角速度 A B O 1)、物理意义:描述质点做圆周运动的快慢。 2)、定义:质点所在的半径转过圆心角Δθ和所用时间Δt的比值叫做角速度。 3)、大小: 4)、单位:rad/s ω= Δt Δ θ Δθ采用弧度制 说明:匀速圆周运动是角速度不变的运动。 3、线速度和角速度有什么联系? A B O 定义 符号 单位 物理意义 关系 物体在单位时间所转过的圈数 n r/s 描述物体做圆周运动的快慢 物体运动一周所用的时间 物体在单位时间所转过的圈数 T f s Hz n = f = T 1 转 速 周 期 频 率 频率越高表明物体运转得越快! 三、周期 ,频率,转速 四、线速度与角速度的关系 线速度和角速度都能描述圆周运动的快慢,它们之间有何关系呢? (1)线速度和角速度的关系 理解 (2)线速度与周期的关系 (3)角速度与周期的关系 五、常见传动和同轴转动装置 a、皮带传动 b、齿轮传动 c、转盘上离圆轴心远近不同的质点 (传动) (同轴转动) 结论: 1、同轴转动的整体角速度相等 2、皮带(或齿轮)传动的是两轮边缘的点线速度大小相等 技巧: 1、注意抓住相等的量 2、再运用V=ωr找联系 例1.做匀速圆周运动的物体,10s内沿半径是20m的圆周运动100m,试求物体做圆周运动时(1)线速度的大小;(2)角速度的大小;(3)周期的大小 (1) (2) (3) 例2、如图所示,皮带传送装置A、B为边缘上两点, ,C为 中点,皮带不打滑.求: ⑴ ⑵ 答案: 因皮带不打滑,则A、B两点相同时间转过的弧长相同,即 A、C两点在同一转盘上,相同时间转过的圆心角相同,即 结合 知: 例3、如图所示,直径为d 的纸制圆筒,使它以角速度ω绕轴O匀速转动,然后使子弹沿直径穿过圆筒,若子弹在圆筒旋转不到半周时在圆筒上留下a、b两个弹孔,已知ao、bo夹角为φ,求(1)子弹的速度;(2)若题中“在圆筒旋转不到半周时”去掉,子弹的速度又如何? 解:(1)子弹从a穿入到从b穿出圆筒时,圆筒转过的角度为π- (小于π,圆筒旋转不到半周),则子弹穿过圆筒的时间为: 在这段时间内子弹的位移为d,则子弹的速度为: 一、线速度 二、角速度 三、周期和转速 周期T:表示物体运动一周所用的时间 转速n:单位时间内转过的圈数 四、线速度、角速度、周期间的关系: 小结 谢谢 21世纪教育网(www.21cnjy.com) 中小学教育资源网站 有大把高质量资料?一线教师?一线教研员? 欢迎加入21世纪教育网教师合作团队!!月薪过万不是梦!! 详情请看: https://www.21cnjy.com/help/help_extract.php 中小学教育资源及组卷应用平台 圆周运动 第4节 匀速圆周运动 一、单选题 1.如图所示,光驱读盘时光盘绕固定轴高速转动,当转速恒定时,下列说法正确的是(  ) A.?盘面上越靠近圆心的点,线速度大小越大??????????? B.?盘面上越靠近圆心的点,角速度大小越大 C.?盘面上所有点的角速度大小都相等?????????????????????? D.?盘面上所有点的线速度大小都相等 2.一物体以12 m/s的线速度做匀速圆周运动,转动周期为3 s,则物体在运动过程中的任一时刻,速度变化率的大小为(? ) A.??m/s2?????????????????????????B.?8 m/s2??????????????????????????????C.?0????????????????????????????D.?8π m/s2 3.拍苍蝇与物理有关.市场出售的苍蝇拍,拍把长约30cm,拍头是长12cm、宽10cm的长方形.这种拍的使用效果往往不好,拍头打向苍蝇,尚未打到,苍蝇就飞了.有人将拍把增长到60cm,结果一打一个准.其原因是(?? ) A.?拍头打苍蝇的力变大了 ???????????????????????????????????B.?拍头的向心加速度变大了 C.?拍头的角速度变大了 ???????????????????????????????????????D.?拍头的线速度变大了 4.关于物体做匀速圆周运动的正确说法是(?? ) A.?速度的大小和方向都改变 ????????????????????????????????B.?速度的大小和方向都不变 C.?速度的大小改变,方向不变 ????????????????????????????D.?速度的大小不变,方向改变 5.如图所示是自行车传动结构的示意图,其中Ⅰ是半径为 的牙盘(大齿轮),Ⅱ是半径为 的飞轮(小齿轮),Ⅲ是半径为 的后轮,假设脚踏板的转速为n(r/s),则自行车前进的速度为(  ) A.?? ???????????????????????B.? ???????????????????????C.?? ???????????????????????D.?? 6.小球做匀速圆周运动,半径为R,向心加速度为 a,则下列说法错误的是(????? ) A.?小球的角速度 ????????????????????????????????????B.?小球运动的周期 C.?t时间内小球通过的路程 ???????????????????D.?t时间内小球转过的角度 二、多选题 7.如图,通过皮带传动的两个皮带轮(皮带和轮不发生相对滑动),大轮的半径是小轮半径的2倍.A、B分别是大小轮边缘上的点,则A、B的线速度v、角速度ω之比是(??? ) A.?vA:vB =1:1???????????????B.?vA:vB =1:2???????????????C.?ωA:ωB=1:1???????????????D.?ωA:ωB=1:2 8.变速自行车靠变换齿轮组合来改变行驶速度,如图是某一变速车齿轮转动结构示意图,图中A轮有48齿,B轮有42齿,C轮有18齿,D轮有12齿,则(?? ) A.?该车可变换两种不同挡位 B.?该车可变换四种不同档位 C.?当A轮与D轮组合时,两轮的角速度之比ωA:ωD=1:4 D.?当A轮与D轮组合时,两轮的角速度之比ωA:ωD=4:1 三、综合题 9.小明同学在学习了圆周运动的知识后,设计了一个课题,名称为:快速测量自行车的骑行速度.他的设想是:通过计算脚踏板转动的角速度,推算自行车的骑行速度.经过骑行,他得到如下的数据:在时间t内脚踏板转动的圈数为N. (1)那么脚踏板转动的角速度ω=________; (2)要推算自行车的骑行速度,从以下选项中选出还需要测量的物理量是(填写前面的序号)________; ①链条长度L1??????????? ②曲柄长度L2 ????????????③大齿轮的半径r1 ④小齿轮的半径r2?????? ⑤自行车后轮的半径R (3)自行车骑行速度的计算公式v=________。 10.一汽车发动机的曲轴每分钟转2 400周,求: (1)曲轴转动的周期与角速度. (2)距转轴r=0.2 m点的线速度. 答案解析部分 一、单选题 1.【答案】C 2.【答案】D 3.【答案】D 4.【答案】D 5.【答案】C 6.【答案】D 二、多选题 7.【答案】A,D 8.【答案】B,C 三、综合题 9.【答案】(1) (2)③④⑤ (3) 10.【答案】(1)解:由于曲轴每秒钟转 周期 曲轴转动的角速度 (2)解:已知r=0.2 m,因此这一点的线速度 21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 (共 2 页) HYPERLINK "http://21世纪教育网(www.21cnjy.com) " 21世纪教育网(www.21cnjy.com) 中小学教育资源及组卷应用平台 圆周运动 第4节 匀速圆周运动 一、学习目标 1、了解什么是匀速圆周运动 2、理解描述匀速圆周运动的几个物理量:线速度、角速度、周期与频率、转速 二、学习重点难点: 1、体验几个物理概念的建立 2、几个概念的应用 三、课前预习(自主探究) 1.匀速圆周运动:质点沿圆周运动,如果在相等的时间内通过的 相等,这种运动就叫匀速圆周运动。 2.线速度: (1)定义:质点做圆周运动通过的 和所用 的比值叫做线速度。 (2)大小:v = 。单位:m/s (3)方向:在圆周各点的 上 (4)“匀速圆周运动”中的“匀速”指的速度的大小不变,即速率不变;而“匀速直线运动”的“匀速”指的速度不变是大小方向都不变,二者并不相同。 3.角速度: (1)定义:在匀速圆周运动中,连接运动质点和圆心的半径转过 跟所用 的比值,就是质点运动的角速度; (2)定义式:ω= (3)角速度的单位: 4.线速度、角速度与周期的关系:v = = 。 5.(双选)甲、乙两物体分别放在广州和北京,它们随地球一起转动时,下列说法正确的是( ) A.甲的线速度大,乙的角速度小 B.甲的线速度大于乙的线速度 C.甲和乙的线速度相等 D.甲和乙的角速度相等 四、课堂活动 (1)小组合作交流 知识点1:认识圆周运动 在生产、生活中,经常见到一种特殊的曲线运动,像图2-1-1电风扇的叶片、钟表的指针、旋转的芭蕾舞演员等,物体转动时他们上面每一点轨迹的特点是 ,这样的运动叫 。 图2-1-1 答案:均为圆;圆周运动。 重点归纳 1.圆周运动的定义:如果质点的运动轨迹是圆,那么这一质点的运动叫做圆周运动. 2.匀速圆周运动的定义:质点沿圆周运动,如果在相等的时间内通过的圆弧长度相等,那么,这种运动叫做匀速圆周运动. 知识点2:如何描述匀速圆周运动的快慢? 在质点作直线运动时,我们曾用速度表示质点运动的快慢。质点作匀速圆周运动时,我们又如何描述物体运动的快慢呢? 猜想1:比较物体在一段时间内通过的圆弧长短 猜想2:比较物体在一段 时间内半径转过的角度大小 猜想3:比较物体转过一圈所用时间的多少 猜想4:比较物体在一段时间内转过的圈数 探究1:如果物体在一段时间t内通过的弧长s越长,那么就表示运动得越 ,s与t的比值越 ,质点做圆周运动通过的弧长s和所用时间t的比值叫做线速度v。 v= ω=θ/t 探究3:做匀速圆周运动的物体,如果转过一周所用的时间越 ,那么就表示运动得越 ,做匀速圆周运动的物体运动一周所用的时间叫周期T。 探究4:做匀速圆周运动的物体,如果在单位时间内转过的圈数越 ,那么就表示运动得越 ,做匀速圆周运动的物体在单位时间内转过的圈数叫转速n,在1秒钟内转过的圈数叫频率f。 答案:1.快、大.2.快、大.3.短、快.4.多、快. 重点归纳 v、T、r的关系: 物体在转动一周的过程中,通过的弧长Δs=2πr,用时为T,则v==. ω、T的关系: 物体在转动一周的过程中,转过的角度Δθ=2π,用时为T,则ω==. ω、n、f的关系: 物体在1 s内转过n圈,1圈转过的角度为2π,则1s内转过的角度Δθ=2πn,即ω=2πn=2πf. v、ω、r的关系:v=ωr. 传动装置中各物理量间的关系 传动类型 图示 结论 共轴传动 ①运动特点:转动方向相同, 即都逆时针转动,或都顺时针转动 ②定量关系:A点和B点转动的周期相同、角速度相同,进而可知两者线速度与其半径成正比 皮带(链条)传动 ①运动特点:两轮的转动方向与皮带的绕行方式有关,可同向转动,也可反向转动 ②定量关系:由于A、B两点相当于皮带上的不同位置的点, 所以它们的线速度必然相同,两者角速度与其半径成反比、周期与其半径成正比 齿轮传动 ①运动特点:当A顺时针转动时,B逆时针转动;当A逆时针转动时,B顺时针转动 ②定量关系:va=vb(线速度);==;==(n1、n2分别表示两齿轮的齿数) 【例1】(单选)对于匀速圆周运动的物体,下列说法不正确的是( )  A.匀速圆周运动是变速运动 B.匀速圆周运动线速率恒定 C.在任意相等的时间内通过的位移相等 D.在任意相等的时间内通过的路程相等 【例2】已知某一机械秒表的分针和秒针长(指转动轴到针尖的距离)分别为1 cm和1.3 cm,它正常转动时可视为匀速转动,试求: (1)分针和秒针的周期和转速; (2)分针和秒针的针尖线速度大小; (3)分针和秒针的角速度大小. 解:已知:秒针转一圈所用时间为60 s,分针转一圈所用的时间为1 h. (1)T分=1 h=60×60 s=3 600 s f分== Hz,n分=f分= r/s T秒=60 s,f秒== Hz,n秒=f秒= r/s. (2)由v=得 v分== m/s =1.74×10-5 m/s v秒== m/s=1.36×10-3 m/s. (3)由ω=得 ω分== rad/s= rad/s ω秒== rad/s= rad/s. 课堂小测 单项选择题 1.对于匀速圆周运动的物体,下列说法不正确的是( ) A.线速度不变 B.线速度的大小不变 C.角速度不变 D.周期不变 2.关于做匀速圆周运动的物体的线速度、角速度、周期的关系,下列说法中正确的是 A.线速度大的角速度一定大 B.线速度大的周期一定小 C.角速度大的半径一定小 D.角速度大的周期一定小 3.甲、乙、丙三个物体,甲放在广州,乙放在上海,丙放在北京.当它们随地球一起转动时,则( ) A.甲的角速度最大,乙的线速度最小 B.丙的角速度最小,甲的线速度最大 C.三个物体的角速度、周期和线速度都相等 D.三个物体的角速度、周期一样,丙的线速度最小 双项选择题 4.对于做匀速圆周运动的物体,下列说法中正确的是( ) A.在相等的时间内通过的路程相等 B.在相等的时间内通过的位移相同 C.在相等的时间内通过的圆心角相等 D.在相同的时间内速度变化量相同 5.一个物体以角速度ω做匀速圆周运动时,下列说法中正确的是( ) A.轨道半径越大,线速度越大 B.轨道半径越大,线速度越小 C.轨道半径越大,周期越大 D.物体的转速与轨道半径无关 6.如右图所示,皮带转动装置传动时不打滑,大轮半径为小轮半径的2倍,则两轮边缘上的A、B点及轮上C点的运动情况是( ) A.vA=vB,vB>vC B.ωA=ωB,vB>vC C.vA=vB,ωA=ωC D.ωA=ωB,vB=vC 五、课外作业 2010年温哥华冬季奥运会双人滑比赛中,申雪、赵宏博拿到中国花样滑冰史上首枚冬季奥运会金牌,如右图所示.赵宏博(男)以自己为转轴拉着申雪(女)做匀速圆周运动,转速为30 r/min.申雪的脚到转轴的距离为1.6 m.求: (1)申雪做匀速圆周运动的角速度; (2)申雪的脚运动速度的大小. 六、课后反思 21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 (共 2 页) HYPERLINK "http://21世纪教育网(www.21cnjy.com) " 21世纪教育网(www.21cnjy.com)

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