高一下冊物理全冊課件

曲線運動情境導入

力學是關于運動的科學，它的任務是以完備而又簡單的方式描述自然界中發(fā)生的運動。

——基爾霍夫情境導入情境導入問題與思考

觀察兩幅圖片，你能不能說清楚：砂輪打磨下來的熾熱微粒和飛出去的鏈球，分別沿著什么方向運動？知識海洋實驗探究：一般曲線運動的速度方向知識海洋做曲線運動物體的速度方向知識海洋通過實驗可以看出，鋼球做曲線運動在A、B兩點的速度方向沿曲線在這兩點的切線方向，并指向鋼球前進的一方。知識海洋理論探究：一般曲線運動的速度方向從平均速度到瞬時速度(從割線到切線)質點在某一點的速度，沿曲線在這一點的切線方向知識海洋曲線運動的速度方向在曲線運動中，運動質點在某一點的即時速度的方向，就是通過這一點的曲線的切線的方向。abcdvvvv知識海洋曲線運動的特點速度方向時刻在改變，曲線運動是變速運動，必有加速度。知識海洋曲線運動的條件一個在水平面上做直線運動的鋼球，從旁邊給它一個力，例如在鋼球運動路線的旁邊放一塊磁鐵，觀察鋼球的運動。知識海洋曲線運動的條件知識海洋質點所受合外力的方向(加速度方向)與它的速度方向不在同一條直線上。物體所受合外力的方向指向曲線的內側FGGGGGvv1v3v2v4θθ1θ2θ3θ4v

例.如圖，物體在恒力F作用下沿曲線從A運動到B，這時突然使它所受力反向(大小不變)，則物體以后的運動情況()

A.能沿曲線Ba運動B.能沿直線Bb運動C.能沿曲線Bc運動D.能沿原曲線由B返回A應用探究AcbaBC課堂小結運動物體不受力受合力為零勻速直線運動受合力不為零F合與v共線變速直線運動F合與v不共線變速曲線運動變速運動恒力勻變速變力變變速物體的受力與運動性質運動的合成與分解情境導入若人在河中始終保持頭朝正前方游向對岸，你認為他會在對岸的正前方到達，還是會偏向上游或下游？為什么？知識海洋一個平面運動的實例乙AB丙ARBCD實驗分析B甲AR知識海洋知識海洋合運動和分運動1.合運動和分運動：如果物體同時參與了幾個運動，那么物體實際發(fā)生的運動就叫做那幾個運動的合運動，那幾個運動叫做這個實際運動的分運動。2.合運動和分運動的關系：(1)等效性(2)獨立性(3)等時性知識海洋運動的獨立性原理(疊加原理)：一個運動可以看成由幾個各自獨立進行的運動疊加而成，這就是運動的獨立性原理或運動的疊加原理。知識海洋分位移：分速度：水平方向：豎直方向：合位移——分位移的矢量和：大小：分運動合運動運動的合成運動的分解遵循平行四邊形定則方向：合速度——分速度的矢量和：大小：方向：勻速直線運動運動的合成與分解知識海洋1.合運動和分運動之間滿足怎樣的關系?獨立性、等時性、等效性2.運動的合成與分解的實質:就是描述運動的物理量(v、a、x)的合成與分解3.運動的合成與分解的目的:研究復雜運動的規(guī)律4.運動的合成與分解所體現(xiàn)的科學方法:化繁為簡，化難為易內容小結知識海洋

問題一：如果一個蠟塊在x方向以速度vx做勻速直線運動，在y方向以速度vy做勻速直線運動，試分析：

(1)蠟塊的運動軌跡；

(2)蠟塊的運動速度。結論：(1)勻速直線運動的合運動是直線運動。(2)合速度與分速度滿足平行四邊形定則。RR問題與思考知識海洋問題二：如果蠟塊在x方向做初速度為零，加速度為ax的勻加速直線運動，在y方向做初速度為零，加速度為ay的勻加速直線運動，試分析：(1)蠟塊的運動軌跡；

(2)蠟塊的合運動是什么性質的運動。結論：(1)初速度為零的勻加速直線運動的合運動是直線運動。(2)合運動是勻變速直線運動，合加速度滿足平行四邊形定則。知識海洋

問題三：如果蠟塊在x方向做初速度為vx，加速度為ax的勻加速直線運動，在y方向做初速度為vy，加速度為ay的勻加速直線運動，則：蠟塊的運動軌跡可能為直線嗎？結論：

有可能，只要合速度與合加速度的方向在同一直線上。知識海洋知識海洋

問題四：如果蠟塊在x方向做初速度為零，加速度為ax的勻加速直線運動，在y方向以vy的速度做勻速直線運動，則運動軌跡是直線嗎？結論：

只能是曲線，因為合速度與合加速度的方向不在同一直線上。知識海洋

問題四：如果蠟塊在x方向做初速度為零，加速度為ax的勻加速直線運動，在y方向以vy的速度做勻速直線運動，則運動軌跡是直線嗎？知識海洋討論：怎樣判斷兩個直線運動的合運動的軌跡是直線還是曲線？友情提示：結合物體做曲線運動的條件！直線運動曲線運動應用探究

例.某商場設有步行樓梯和自動扶梯，步行樓梯每級的高度是0.15m，自動扶梯與水平面的夾角為30°，自動扶梯前進的速度是0.76m/s。有甲、乙兩位顧客，分別從自動扶梯和步行樓梯的起點同時上樓，甲在自動扶梯上站立不動，乙在步行樓梯上以每秒上兩個臺階的速度勻速上樓。哪位顧客先到達樓上？如果該樓層高4.56m，甲上樓用了多長時間？

解析：甲、乙兩位顧客在豎直方向上的位移相等，可考慮比較他們在豎直方向的分速度。由豎直方向的位移和豎直方向的速度，可求出上樓所用的時間。應用探究

例.某商場設有步行樓梯和自動扶梯，步行樓梯每級的高度是0.15m，自動扶梯與水平面的夾角為30°，自動扶梯前進的速度是0.76m/s。有甲、乙兩位顧客，分別從自動扶梯和步行樓梯的起點同時上樓，甲在自動扶梯上站立不動，乙在步行樓梯上以每秒上兩個臺階的速度勻速上樓。哪位顧客先到達樓上？如果該樓層高4.56m，甲上樓用了多長時間？

解：如圖所示，甲在豎直方向的速度乙在豎直方向的速度因此v甲y>v乙,甲先到樓上。甲比乙先到達樓上，甲上樓用了12s。課堂小結運動的性質和軌跡兩直線運動的合運動的性質和軌跡由各分運動的性質及合初速度與合加速度的方向和大小關系決定。1.兩個勻速直線運動的合運動一定是勻速直線運動。2.一個勻速直線運動和一個勻變速直線運動的合運動仍然是勻變速運動，當兩者共線時為勻變速直線運動，不共線時為勻變速曲線運動。3.兩個勻變速直線運動的合運動一定是勻變速運動。若合初速度方向與合加速度方向在同一條直線上時，則是直線運動；若合初速度方向與合加速度方向不在一條直線上時，則是曲線運動。小船渡河問題情境導入知識海洋渡河時間取決于v船垂直于河岸方向的分速度，與河水的速度v水無關。最短時間過河

xBB′=v水tmin船頭垂直對岸行駛時，渡河時間最短。船被沖向下游的分位移知識海洋最短位移過河知識海洋當v船＞v水時：當v合垂直河岸，合位移最短等于河寬d。dv船v船v合求夾角：求時間：求位移：v水最短位移過河當船速v1=3m/s，水速v2=6m/s，河寬d=30m，怎樣才能使船的航程最短？最短航程是多少？最短位移過河v船v水v合知識海洋d知識海洋dv船v船v合v船v水當v船＜v水時：如圖：當v合沿圓的切線方向時，合位移最短。最短位移過河知識海洋當船速v1=3m/s，水速v2=6m/s，河寬d=30m，怎樣才能使船的航程最短？最短航程是多少？最短位移過河

解：水速大于船速，要想航程最短，當合速度與船速垂直時，有最短航程s?？捎蓭缀畏椒ㄇ蟮茫簯锰骄坷?

一條河寬100m，水流速度為3m/s，一條小船在靜水中的速度為5m/s，現(xiàn)想讓小船到達對岸，下列說法正確的是()A.船過河的最短時間是20s

B.船不可能以25s的時間過河C.船的實際過河速度可能為5m/s

D.船的實際過河速度可能為8m/s

解析：當船頭垂直河岸行駛時，過河時間最短20s，A正確；由于船頭方向可以任意調整，所以過河路徑、過河時間、過河的實際速度都不能確定，大于20s的時間都有可能，B錯誤；根據(jù)平行四邊形定則，船速、水速的合速度在(2，8)之間時船可以渡河，2m/s和8m/s分別是逆流而上和順流而下，都不能過河到達對岸，故C對D錯。AD課堂小結渡河問題總結最短時間和最短位移渡河船頭方向不同船頭垂直對岸行駛時，渡河時間最短v船>v水，船能垂直過河，位移最短v船<v水，過河位移最短須滿足v船⊥v合實驗：探究平拋運動的特點知識海洋以一定的速度將物體拋出，在空氣阻力可以忽略的情況下，物體只受重力的作用，這時的運動叫做拋體運動。

如果初速度是沿水平方向的，這樣的拋體運動就叫做平拋運動。知識海洋知識海洋知識海洋知識海洋知識海洋知識海洋知識海洋小球運動的頻閃照片知識海洋知識海洋用傳感器和計算機描繪物體做平拋運動的軌跡用傳感器研究平拋運動的原理圖用傳感器研究平拋運動的裝置計算機描繪的平拋運動的軌跡知識海洋實驗目的通過實驗探究物體做平拋運動的特點用描點的方法描繪平拋的運動軌跡知識海洋實驗儀器知識海洋知識海洋調節(jié)底板水平實驗步驟知識海洋在白紙上畫坐標系知識海洋固定白紙和復寫紙y軸與槽末端和0刻線對齊知識海洋原點與小球在槽末端時重心等高

(原點為平拋起點)知識海洋調節(jié)橫梁位于某一高度處知識海洋將小球由某一高度靜止釋放知識海洋調節(jié)橫梁到另一高度處，將小球由同一高度靜止釋放，多次重復知識海洋取下白紙，用平滑曲線連接各點及原點xyO課堂小結探究平拋運動的特點通過實驗探究物體做平拋運動的特點用描點的方法描繪平拋的運動軌跡拋體運動的規(guī)律情境導入建立一個經(jīng)典的理想物理模型理解一個經(jīng)典的易錯的關系掌握一種研究問題的科學方法平拋運動知識海洋水平拋出的物體理想化模型只受重力作用實際問題中空氣阻力可以忽略v0≠0，方向水平理想物理模型知識海洋平拋運動的運動性質受力作用變速運動只受重力作用(恒力)勻變速運動G與v0有夾角勻變速曲線運動力和運動關系知識海洋水平方向有v0不受力對比豎直方向無v0受重力勻速直線運動自由落體運動對比平拋運動研究平拋問題的方法知識海洋vyαgxyvxvtsysxsβP水平方向：勻速直線運動豎直方向：自由落體運動vx=v0vy=gt合運動：平拋運動sx=v0t兩個矢量三角形時間相同t=tx=ty研究平拋問題的方法——分解v0知識海洋vyαgxyvxvtsysxsβP水平方向：勻速直線運動豎直方向：自由落體運動vx=v0vy=gt合運動：平拋運動sx=v0tv0平拋運動的規(guī)律tanα

=2tanβ任意時刻速度反向延長線過水平位移的中點。α知識海洋平拋運動的規(guī)律x

=v0t做平拋運動的物體，運動軌跡為一條拋物線。知識海洋一般的拋體運動在水平方向不受力，加速度是0；在豎直方向只受重力，加速度是g。豎直方向分速度：v0y=v0sinθ水平方向分速度：v0x=v0cosθ應用探究

例.在水平路面上騎摩托車的人，遇到一個壕溝，其尺寸如圖所示。摩托車后輪離開地面后失去動力，可以視為平拋運動。摩托車后輪落到壕溝對面才算安全。摩托車的速度至少要多大才能越過這個壕溝？(g

取10m/s2，結果保留兩位小數(shù)。)xyO解：以摩托車離開地面后失去動力時的位置為原點O建立平面直角坐標系，如圖所示由得又由得摩托車的速度至少為15.63m/s才能越過這個壕溝x

=v0t課堂小結研究平拋問題的方法——分解(速度、位移)平拋運動的規(guī)律與斜面結合的平拋問題應用探究(1)小球在空中的飛行時間；(2)拋出點距落點的高度。例.如圖，小球以15m/s的水平初速度向一傾角為37°的斜面拋出，飛行一段時間后，恰好垂直撞在斜面上。取g＝10m/s2，tan53°＝

，求：應用探究例.如圖，小球以15m/s的水平初速度向一傾角為37°的斜面拋出，飛行一段時間后，恰好垂直撞在斜面上。取g＝10m/s2，tan53°＝

，求：(1)小球在空中的飛行時間；(2)拋出點距落點的高度。解：如圖所示，由幾何關系知

β

＝90°－37°＝53°由圖得代數(shù)解得飛行時間：t＝2s

飛行高度：h＝gt2＝20m應用探究例.如圖所示，AB為斜面，傾角為30°，小球從A點以初速度v0水平拋出，恰好落在B點，取g＝10m/s2，求：(1)AB間的距離；(2)物體在空中飛行的時間。應用探究xy例.如圖所示，AB為斜面，傾角為30°，小球從A點以初速度v0水平拋出，恰好落在B點，

取g＝10m/s2，求：(1)AB間的距離；(2)物體在空中飛行的時間。解：由A點拋出，落在B點故有代數(shù)解得t由x=v0t求出xAB間的距離課堂小結

基本思想：運動的分解結合已知條件，充分利用速度分解和位移分解的兩個矢量三角形利用幾何關系找準角度圓周運動情境導入情境導入知識海洋tAB

ABtssr知識海洋任取兩段相等的時間，比較圓弧長度勻速圓周運動相等時間內通過的圓弧長度相等tsts質點沿圓周運動，如果在相等的時間里通過的圓弧長度（圓心角）相等，這種運動就叫作勻速圓周運動。相等的時間內通過的圓弧長度相等知識海洋勻速圓周運動非勻速圓周運動知識海洋兩質點均做勻速圓周運動，怎樣描述它們運動的快慢呢？質點甲質點乙慢快問題與思考知識海洋2.定義：質點通過的弧長Δs和所用時間Δt的比值。(這里是弧長，而直線運動中是位移)3.大?。?.物理意義：描述質點沿圓周運動的快慢。4.單位：m/s

Δs是弧長，非位移5.方向：在圓周各點的切線上。線速度v知識海洋勻速圓周運動是一種周期性的非勻變速曲線運動做勻速圓周運動的物體在各個時刻的線速度大小相等，但線速度的方向是不斷變化的。勻速圓周運動是變速運動速率不變是線速度大小不變的運動vvvo知識海洋知識海洋相同時間內通過的弧長相同時間內轉過的角度轉過一圈所用的時間相同時間內轉過的圈數(shù)線速度v角速度ω周期T頻率f轉速n比較質點均做勻速圓周運動，怎樣描述它們轉動的快慢呢？知識海洋

1.物理意義：描述質點轉過的圓心角的快慢。

2.定義：連接質點和圓心的半徑轉過Δθ的角度跟所用時間Δt的比值。

3.大?。?/p>

4.單位：弧度／秒

rad／s角速度ωCD做勻速圓周運動的物體，如果轉過一周所用的時間越少，那么就表示運動得越快。做勻速圓周運動的物體，運動一周所用的時間A周期T知識海洋知識海洋物體在1s(單位時間)內轉過的圈數(shù)頻率越高表明物體運轉得越快！頻率：頻率單位：赫茲(Hz)或s-1轉速單位：r/s或

r/min頻率(f)俗稱轉速(n)知識海洋在實際應用中“轉速”使用比較多。發(fā)電機、電動機轉動的快慢就是用轉速來表示的。轉速是計算機硬盤和光驅性能的重要指標。單位：轉每秒(r／s)時，n

＝f單位：轉每分(r／min)時，n

＝60f計算機硬盤

轉速n知識海洋描述圓周運動各物理量的關系1.線速度與角速度的關系：2.線速度與周期(頻率)的關系：(轉動一周)3.角速度與周期(頻率)的關系：(轉動一周)ΔθABtΔsr應用探究例.一個小孩坐在游樂場的旋轉木馬上，繞中心軸在水平面內做勻速圓周運動，圓周的半徑為4.0m。當他的線速度為2.0m/s時，他做勻速圓周運動的角速度是多少？周期是多少？解：小孩做勻速圓周運動，r=4.0m，

v=2.0m/s可得角速度為：做勻速圓周運動的周期為：課堂小結圓周運動描述勻速圓周運動的物理量及其關系勻速圓周運動的特點(不變的變速運動)線速度大小角速度周期頻率常見傳動裝置中的勻速圓周運動情境導入問題與思考

將自行車后輪架起，轉動腳踏板，注意觀察：大、小兩個齒輪邊緣上的點，哪個運動的更快些？同一個齒輪上到轉軸的距離不同的點，哪個運動的更快些？

你能說出判斷運動快慢的依據(jù)嗎？大齒輪小齒輪后輪情境導入知識海洋同軸轉動輪上各點的角速度關系同軸轉動輪上各點的角速度相等同軸轉動例.已知：RB=2RA=10cm，兩圓盤固定在一起，每秒鐘轉5圈。求：(1)ωA、ωB；(2)vA、vB

。應用探究AB解：(1)ωA=ωB=2πf=2π×5=10π=31.4rad/s

(2)vA=

ωARA=10π×0.05=0.5π=1.57m/svB=ωBRB=10π×0.1=π=3.14m/s例.關于地球上的物體隨地球自轉的角速度、線速度的大小，下列說法中正確的是()A.在赤道上的物體線速度最大B.在兩極上的物體線速度最大C.赤道上的物體角速度最大D.在北京和天津的角速度一樣大ADABOR應用探究ABC30°60°知識海洋皮帶傳動(不打滑)同一傳動各輪邊緣線速度相等傳動裝置線速度的關系傳動裝置開口傳動交叉?zhèn)鲃影虢徊鎮(zhèn)鲃又R海洋在一些機器內部，有一些相互嚙合的大小齒輪，當機器轉動時，有人說小齒輪比大齒輪轉的快，也有人說它們的速度大小是一樣的。為什么會有不同的說法？你怎么看？齒輪傳動知識海洋摩擦傳動圓柱平摩擦輪傳動圓柱槽摩擦輪傳動圓錐摩擦輪傳動例.如圖所示，如果RA=2RB=2RC，比較A、B、C三點的線速度、角速度。求：(1)vA∶vB∶vC

；(2)ωA∶ωB∶ωC。應用探究ABOO′C解：∵vA=vB，ωA=ωCRA=2RB=2RC

,ABCR211v221ω121練一練.如圖所示的皮帶傳動裝置中右邊的兩輪固定在一起且同軸，半徑RA＝RC＝2RB，皮速不打滑，則：(1)vA∶vB∶vC

＝_______；(2)ωA∶ωB∶ωC

＝_______。應用探究1∶1∶21∶2∶2ABCOO′應用探究大齒輪小齒輪后輪問題與思考課堂小結總結：

解決同軸轉動、皮帶傳動、齒輪傳動等實際問題的關鍵是找到相同量和不同量，以及不同量間的關系。向心加速度情境導入問題與思考天宮二號空間實驗室在軌飛行時，可認為它繞地球做勻速圓周運動。盡管線速度大小不變，但方向卻時刻變化，因此，它運動的加速度一定不為0。那么，該如何確定它在軌飛行時加速度的方向和大小呢？知識海洋勻速圓周運動的加速度2.物理意義：描述線速度方向改變的快慢3.方向：始終指向圓心，時刻在改變4.大?。?.產(chǎn)生：由向心力產(chǎn)生，叫作向心加速度5.作用：

只改變線速度方向，不改變線速度大小v知識海洋

vr

v.OvrAB

怎樣推導勻速圓周運動的加速度的呢？如圖所示，兩三角形相似應用探究例.計算機中的硬磁盤磁道如圖所示，硬磁盤繞磁道的圓心O轉動，A、B兩點位于不同的磁道上，線速度分別為vA和vB，向心加速度分別為aA和aB，則它們大小關系正確的是(

)A．vA<vB

aA<aBB．vA>vB

aA<aBC．vA<vB

aA>aBD．vA>vB

aA>aBA解析：硬磁盤繞磁道的圓心O轉動，各點角速度相等，線速度v=ωr，向心加速度a=

ω2r，由于rA<rB，所以vA<vB，aA<aB，選項A正確。例.如圖所示，如果RA=2RB=2RC，比較A、B、C三點的線速度、角速度、加速度。應用探究ABOO′C解：∵vA=vB，ωA=ωCRA=2RB=2RC

,ABCR211v221ω121a241課堂小結勻速圓周運動的向心加速度方向大小水平面內的勻速圓周運動情境導入知識海洋水平面內的勻速圓周運動1.圓錐擺小球質量m、擺長l、擺角

研究小球擺起的角度

和轉動快慢的關系。

lm知識海洋水平面內的勻速圓周運動1.圓錐擺小球質量m、擺長l、擺角

研究小球擺起的角度

和轉動快慢的關系。

l解：F合=F向F拉mgF合r

O知識海洋2.拐彎問題(1)汽車轉彎FNfG水平彎道結論：地面對汽車的摩擦力提供了汽車轉彎的向心力。如果你是一名司機，過彎時需要注意什么？思考：汽車做曲線運動應用探究知識海洋彎道限速小半徑的彎道知識海洋(2)火車轉彎火車轉彎時，做圓周運動的向心力由什么力提供？2.拐彎問題知識海洋(2)火車轉彎2.拐彎問題③由于該彈力是由輪緣和外軌的擠壓產(chǎn)生的，且由于火車質量很大，故輪緣和外軌間的相互作用力很大，易損壞鐵軌。①此時火車車輪受三個力：重力、支持力、外軌對輪緣的彈力。②外軌對輪緣的彈力F提供向心力。內外軌道一樣高時GFNF知識海洋高速列車知識海洋火車轉彎軌道外側軌道高于內側軌道知識海洋FNFmg火車轉彎的向心力由什么力提供呢？向心力由支持力和重力的合力提供θθ思考：火車以多大速度過彎道最理想呢？分析：知識海洋FNFmgθθ即：思考：火車以多大速度過彎道最理想呢？FNFmgθθ知識海洋dh當時，不擠壓內外軌當時，擠壓外軌當時，擠壓內軌課堂小結水平面上的勻速圓周運動解題步驟實例分析勻速圓周運動的解題步驟：1.明確研究對象2.分析研究對象受力3.分析研究對象運動找圓平面；圓心；半徑求合力4.列方程：F提

=F需牛頓第二定律的應用(F提)(F需)課堂小結向心力情境導入游樂場里有各種各樣有趣的游戲項目?？罩酗w椅因其刺激性而深受很多年輕人的喜愛。飛椅與人一起做勻速圓周運動的過程中，受到了哪些力？所受合力的方向有什么特點？知識海洋拉住繩子一端，使小球在水平光滑桌面上做勻速圓周運動。知識海洋拉住繩子一端，使小球在水平光滑桌面上做勻速圓周運動。知識海洋拉住繩子一端，使小球在水平光滑桌面上做勻速圓周運動。知識海洋拉住繩子一端，使小球在水平光滑桌面上做勻速圓周運動。知識海洋拉住繩子一端，使小球在水平光滑桌面上做勻速圓周運動。知識海洋受力分析：O結論：FN與G相抵消，所以合力為FTFNGFT拉住繩子一端，使小球在水平光滑桌面上做勻速圓周運動。知識海洋結論：合外力指向圓心，與速度v垂直，只改變速度的方向。OFFFvvvO力與運動分析：θ圓錐擺知識海洋FTGF合知識海洋衛(wèi)星繞地球運行FFFFNGf靜物體相對轉盤靜止，隨盤做勻速圓周運動知識海洋知識海洋知識海洋3.作用效果：只改變速度的方向，不改變速度的大小。向心力1.定義：做勻速圓周運動的物體受到一個指向圓心的合力的作用，我們把這個力叫作向心力。2.方向：與速度方向垂直，始終指向圓心(方向不斷變化)。注意：4.向心力不是一種新的力，而是由物體所受的合外力提供的，是以效果命名的力。知識海洋維持勻速圓周運動所需向心力的大小與哪些因素有關呢？問題與思考磨盤——盤上的人隨盤一起轉動知識海洋F向與ω(v)、m、r有關當m、r一定時，當m、ω一定時，當ω

、r一定時，實驗控制變量法m越大，F(xiàn)向越大r越大，F(xiàn)向越大ω越大，F(xiàn)向越大猜想向心力的大小8.標尺1.轉動手柄2.變速塔輪3.變速塔輪4.長槽5.短槽6.橫臂擋板7.彈簧測力套筒知識海洋向心力演示器原理分析：小球靜止GFN知識海洋手推檔板原理分析：知識海洋G勻速圓周運動FNF′F原理分析：知識海洋知識海洋知識海洋F向與ω(v)、m、r有關當m、r一定時當m、ω一定時當ω、r一定時實驗控制變量法猜想向心力的大小結論：各量均用國際制單位表示，則k=1知識海洋1.圓周運動所需向心力的大?。合蛐牧Φ拇笮≈R海洋2.所能提供的向心力與所受外力情況有關：勻速圓周運動：合外力=向心力非勻速圓周運動：沿半徑方向的合外力=向心力知識海洋3.只有當F提=F需

時，才能維持穩(wěn)定的圓周運動：當

F提>F需

時，當

F提

<F需

時，做向心運動做離心運動知識海洋知識海洋變速圓周運動和一般曲線運動的受力特點做變速圓周運動的物體的受力分析一般曲線運動的研究方法應用探究例.物體做勻速圓周運動的條件是()

A.物體有一定的初速度，且受到一個始終和初速度垂直的恒力作用

B.物體有一定的初速度，且受到一個大小不變，方向變化的力的作用

C.物體有一定的初速度，且受到一個方向始終指向圓心的力的作用D.物體有一定的初速度，且受到一個大小不變，方向始終跟速度垂直的力的作用

解析：物體做勻速圓周運動，合外力充當向心力，向心力始終指向圓心，與速度垂直，且大小不變。故D選項正確。D課堂小結向心力定義方向作用效果大小豎直面內的非勻速圓周運動情境導入汽車過拱形橋知識海洋1.車過橋vGFN(1)水平橋面上豎直方向

FN=mg豎直面內的非勻速圓周運動知識海洋汽車靜止在橋頂與通過橋頂受力情況是否相同？

思考：汽車過拱橋橋頂?shù)南蛐牧τ墒裁戳μ峁?？v分析：FNmgFNmg汽車過拱形橋時需要有速度限制嗎？a知識海洋1.車過橋vGFN(2)車過拱形橋臨界：FN=0；aF向=mg

－FN失重：FN=mg－F向當時，可過當時，飛出知識海洋知識海洋航天器中的失重現(xiàn)象知識海洋汽車靜止在橋底與通過橋底受力情況是否相同？汽車通過橋底時的向心力由什么力提供？FNmg

思考：分析：vFNmg汽車過凹形橋時需要有速度限制嗎？

a知識海洋1.車過橋vGFN(3)車過凹形橋

aF向=FN－mgFN=F向+mg超重知識海洋2.翻滾過山車：最高點臨界FN=0當時，F(xiàn)N=0當時，掉下來，mg>F需當時，F(xiàn)向=FN+mg知識海洋3.水流星當時，可過最高點(mg≤F需)當時，水流下來(mg>F需)知識海洋4.繩栓小球最高點最低點：mg+FT=F高向FTG只能提供拉力FTG當時，F(xiàn)T=0當時，F(xiàn)高向=FT+mg當時，掉下來FT－mg=F低向=

，F(xiàn)T最大知識海洋5.桿栓小球在豎直面做圓運動：最高點可提供拉力或支持力v≥0可過當時，F(xiàn)N=0，F(xiàn)向=mgG當時，F(xiàn)向=FN拉+mgFNG當時，F(xiàn)向=mg－FN支FNG課堂小結豎直面內的非勻速圓周運動1.車過橋2.翻滾過山車3.水流星4.繩栓小球5.桿栓小球在豎直面做圓運動行星的運動情境導入“星月皎潔，明河在天，四無人聲，聲在樹間”。浩瀚的星空不僅使得古人文泉思涌，也讓我們對行星的運動充滿好奇。星空由有諸多星系組成，比如我們熟悉的太陽系，你知道行星運行的軌道有怎樣的特點嗎？行星運動的周期又與什么有關系呢？知識海洋物理學史——地心說和日心說地心說日心說托勒密哥白尼地球是宇宙中心太陽是宇宙中心其他行星在做勻速圓周運動日心說戰(zhàn)勝了地心說知識海洋第谷(丹麥)對行星多年精心觀測開普勒(德國)二十年的精心研究計算數(shù)據(jù)與觀測數(shù)據(jù)不符行星繞太陽的軌道不是圓而是橢圓行星運動的三個定律知識海洋開普勒行星運動定律

所有行星繞太陽運動的軌道都是橢圓，太陽處在橢圓的一個焦點上。太陽系中觀察得到1.開普勒第一定律(軌道定律)：

所有行星繞太陽運動的軌道都是橢圓，太陽處在橢圓的一個焦點上。知識海洋太陽系中觀察得到橢圓第一定義：太陽系中各個行星的軌道并不相同，甚至嚴格來說也不在同一平面。1.開普勒第一定律(軌道定律)：開普勒行星運動定律知識海洋2.開普勒第二定律(面積定律)：對任意一個行星來說，它與太陽的連線在相等的時間里內掃過的面積相等。知識海洋3.開普勒第三定律(周期定律)：所有行星軌道的半長軸的三次方跟它的公轉周期的二次方的比都相等。k是一個和星系的中心天體質量有關的物理量，同一星系中各行星的k值相同，比如太陽系中八大行星的k值都相同；不同星系因中心天體不同，則不同星系中的行星的k值不同。a知識海洋4.開普勒三大定律的理解：(1)它適用于任何有中心天體的星系，不僅適用于行星也適用于衛(wèi)星；(2)開普勒第三定律也可以適用于圓軌道(由于誤差比較小，高中階段很多時候認為行星在做勻速圓周運動)，此時公式中的a等效為r。(3)三大定律強調的是同一中心天體的行星之間規(guī)律，不同星系不能相提并論。應用探究AB例.下列關于行星的運動規(guī)律說法正確的是()A.地球的北半球處于冬至日時地球在繞日軌道上的公轉速度比夏至日時的公轉速度大B.地球繞太陽軌道的半長軸的立方和公轉周期的平方的比值與月球繞地球軌道的半長軸的立方和公轉周期的平方的比值相同C.將月球和人造衛(wèi)星繞地球軌道均視為圓，則月球軌道半徑的立方和月球自轉周期的平方的比值與衛(wèi)星軌道半徑的立方和衛(wèi)星公轉周期的平方的比值相同D.下圖是地球繞太陽運轉軌道示意圖，已知地球公轉周期為T，則地球從A點到B點所用時間為解析：北半球冬至日時地球位于近日點，夏至日時位于遠日點，比較兩點公轉速度可以使用開普勒第二定律，在近日點和遠日點均取一個相同的短暫時間Δt，則兩側地球和太陽連線掃過的扇形面積相等，顯然在近日點通過的弧長要長，所以近日點的公轉速度大于遠日點公轉速度，A正確，而且我們還可以推知離太陽越遠地球線速度越小，故此D項中從A到B的時間應小于四分之一周期，D錯誤。開普勒第三定律指的是同一星系中的行星，且公式中T是公轉周期，故B、C錯誤。答案為A。應用探究易錯提示：開普勒定律指的是同一中心天體的星系！?。锰骄坷?已知月球繞地球運行軌道可以視為圓，其軌道半徑為R，公轉周期為T，地球自轉周期為T1，若發(fā)射一顆定點于赤道上空并與地面保持相對靜止的衛(wèi)星，試求衛(wèi)星軌道半徑？解析：衛(wèi)星和地球保持相對靜止則衛(wèi)星公轉周期為T1，設其軌道半徑為R1利用開普勒第三定律得：

解得：課堂小結開普勒行星運動定律軌道定律

——橢圓軌道面積定律

——離中心天體越近，行星線速度越大周期定律

——離中心天體越近，行星公轉周期越小適用條件：行星、衛(wèi)星；橢圓、圓兩種學說地心說日心說行星的運動萬有引力定律（一）情境導入雜技水流星節(jié)目讓人贊嘆不已，但是對于已經(jīng)學習過圓周運動的同學并不神秘，我們知道是繩子拉力和重力的合作用使得水桶做圓周運動；在高中階段行星繞太陽的運動也可以視為圓周運動，你知道是什么力促使行星做圓周運動的嗎？知識海洋問題與思考

開普勒定律發(fā)現(xiàn)之后，人們開始更深入地思考：是什么原因使行星繞太陽運動？歷史上科學家們的探索之路充滿艱辛。伽利略、開普勒及笛卡兒都提出過自己的解釋。牛頓時代的科學家，如胡克和哈雷等對此作出了重要的貢獻。牛頓在前人研究的基礎上，指出使行星沿圓或橢圓運動，需要指向圓心或橢圓焦點的力，這個力應該就是太陽對它的引力。于是，牛頓利用他的運動定律把行星的向心加速度與太陽對它的引力聯(lián)系起來。知識海洋行星與太陽間的引力太陽與行星間的引力設行星的質量為m，速度為v，行星與太陽間的距離為r，則行星繞太陽做勻速圓周運動的向心力為天文觀測測得行星公轉的周期T，可求出行星的速度把(2)式代入(1)式整理得由開普勒第三定律變形得，代入(3)式整理得知識海洋常量知識海洋月——地檢驗行星圍繞太陽運轉月球圍繞地球運轉熟透的蘋果落向地球牛頓的發(fā)現(xiàn)與思考假設地球與月球間的作用力地球與蘋果間的作用力(是同一種力)太陽與行星間的作用力月球蘋果知識海洋猜想當時已知的一些量：地表重力加速度：g=9.8m/s2地球半徑：R=6400×103m月亮周期：T=27.3天≈2.36×106s月亮軌道半徑：r≈60R

事實符合√知識海洋知識海洋

數(shù)據(jù)表明，地面物體所受地球的引力，月球所受地球的引力，與太陽、行星間的引力，真的遵從相同的規(guī)律！

我們的思想還可以更加解放！是否宇宙中任意兩個物體之間都有這樣的力呢???

我們可以大膽的把以上結論推廣到宇宙中的一切物體之間。知識海洋萬有引力定律

1.內容：自然界中任何兩個物體都相互吸引，引力的方向在它們的連線上，引力的大小與物體的質量的乘積成正比、與它們之間距離的二次方成反比。2.表達式：(1)G是引力常量，它是由卡文迪什通過扭秤實驗測定放大思想(2)r是物體的間距知識海洋3.公式適用條件：質點之間相互作用r在計算中：rr球體質量分布均勻

(1)普遍性：任何兩個物體之間都存在引力(大到天體小到微觀粒子)，它是自然界的物體間的基本相互作用之一。知識海洋為什么我們平時感受不到與周圍物體的引力呢？

計算：兩個質量均為10kg，相距為1m，的密度均勻的鐵球之間的萬有引力有多大呢？4.萬有引力定律的理解(2)宏觀性：通常情況下萬有引力非常小，只有在質量巨大的天體間或天體與物體間它的存在才有宏觀的物理意義。在微觀世界中，粒子的質量都非常小，粒子間的萬有引力很不顯著，萬有引力可以忽略不計。

(3)相互性：兩個物體之間相互作用的引力是一對作用力與反作用力，符合牛頓第三定律。知識海洋解析：A：公式中G為引力常量，是由英國物理學家卡文迪什在實驗室里通過測量幾個鉛球之間的萬有引力測得的，不是人為規(guī)定的。A正確B：當r趨近于零時，帶入萬有引力公式進行計算，萬有引力應該是趨于無窮大，但是萬有引力定律只適用于質點間引力的計算，當r趨近于零時，物體不能看成質點，所以不能用萬有引力定律的公式進行計算。B錯誤C、D：m1與m2受到的引力是一對相互作用力，大小總是相等，方向相反，與m1、m2

是否相等無關。C錯誤，D正確應用探究例.對于萬有引力定律的表述式，下列說法中正確的是()A.公式中G為引力常量，它是由實驗測得的，而不是人為規(guī)定的B.當r趨近于零時，萬有引力趨于無窮大C.m1與m2受到的引力大小總是相等的，方向相反，是一對平衡力D.m1與m2受到的引力大小總足相等的，而與m1、m2是否相等無關AD應用探究例.在宇宙中存在一些遠離其他恒星的、由質量相等的三顆行星組成的三星體統(tǒng)，已知其中一種形式是三顆星位于等邊三角形的三個頂點上，并沿外接于等邊三角形的圓軌道運行，假設每個星體的質量均為m，引力常量為G，星體的間距為a，忽略其他星體對三星系統(tǒng)的作用力，求解每顆行星所受萬有引力的合力？ABCFCFBF合解：行星A受到C和B的萬有引力FB、FC，根據(jù)萬有引力定律得：故萬有引力的合力沿∠CAB的角平分線，利用力的合成可知：課堂小結月——地檢驗萬有引力定律行星與太陽的引力萬有引力定律猜想驗證結論內容

表達式引力常量

適用條件萬有引力定律（二）

已知大球半徑為R，質量為M，現(xiàn)將大球內部挖去一個半徑為，且與大球球心相切的一個小球，小球球心為O′，在兩球心連線外側有一距離O為d，質量為m的質點P，求它受到大球剩余陰影部分的萬有引力？知識海洋割補法求解萬有引力對于質量分布均勻的球體求解萬有引力可以直接使用公式，那么下圖這種不規(guī)則幾何體的萬有引力呢？PF1F2知識海洋而：所以：割補法：將不規(guī)則物體對空間中某質點的引力，視為填充后的規(guī)則物體和填充部分各自對質點引力的差值。思路1：填充思想

思路3：等效思想知識海洋思路2：對稱思想割補法的思想精髓：“割”、“補”相對于缺損和殘缺，然后使殘缺部分變得規(guī)則或對稱。

應用探究例.如圖所示，P點為水平地面上的一點，假定在P點正下方有一球形空腔，該地區(qū)重力加速度的大小就會與正常情況有微小偏離，這種現(xiàn)象稱為“重力加速度反?！薄？涨粎^(qū)域周圍均勻分布的巖石密度為。已知引力常量為G，球形空腔體積為V，球心O深度為d(遠小于地球半徑)，在地球表面可以近似認為物體所受地球萬有引力等于物體的重力，則P點的重力加速度反常值如何求解？OdP解析：利用等效思想，將球形區(qū)域視為和兩部分組成。其中密度為的部分與周圍巖石組成正常的重力加速度，造成重力加速度反常的就是密度為那部分。根據(jù)題目條件有：所以：課堂小結割補法處理不規(guī)則物體產(chǎn)生萬有引力問題：本質是通過填和補，使得原來殘缺物體變成規(guī)則或對稱情形，從思維鏈長度上講等效思想更方便些。填充思想對稱思想負質量等效思想萬有引力和重力的關系情境導入請大家思考一個問題：放在地球上的一枚蘋果受到什么力？重力、支持力對吧？那萬有引力呢？有點糊涂對吧？我們本節(jié)課就來研究萬有引力和重力的關系！知識海洋萬有引力和重力的關系1.重力：地球附近的物體由于受到地球吸引而受到的力。重力不等于萬有引力2.在地球表面的物體：以地球為參考系：物體平衡以太空中恒星為參考系：物體勻速圓周運動知識海洋萬有引力和重力的關系1.重力：地球附近的物體由于受到地球吸引而受到的力。萬有引力不等于重力2.在地球表面的物體：g隨著緯度的增加而增大！GFnF萬OO′GFnF萬FNFnF萬一般：極點：赤道：地球表面忽略自轉的物體：F萬=G知識海洋3.在太空中的物體：g隨著海拔的增加而減小！知識海洋4.在地球內部的物體：地球半徑為R質量分布均勻的球殼對殼內任何一點的引力恒為零，故此地球內部距離表面為d處的物體受到的萬有引力是由R－d的同心球體施加的。d應用探究

例.如圖所示，火箭內部平臺上有一物體放置在平臺上，已知火箭從地面啟動后做加速度為的勻加速直線運動，當火箭到達某一位置時，測得物體對平臺壓力為在地面靜止時的，如果地球半徑為R，試求解火箭此時距離地面的高度？解：由平衡條件可知：在地面靜止時：由牛頓第二定律可知：在太空中：聯(lián)立兩式得：根據(jù)萬有引力和重力的關系：在地面有：在太空中有：所以：應用探究d

例.若地球半徑為R，且把地球看成質量分布均勻的球體，蛟龍?zhí)栂聺撋疃葹閐，天宮一號軌道距離地面高度為h，蛟龍?zhí)査谔幣c天宮一號所在處的重力加速度之比是()解析：對天宮一號進行分析得：而對于蛟龍?zhí)柗治?，是半徑為R－d部分的球體對其提供萬有引力：聯(lián)立以上各式得：C應用探究解析：小球所受萬有引力是由不規(guī)則幾何體施加的，故此使用割補法：在空穴處填補一個球體，則小球的萬有引力可由地球和空穴處球體對其萬有引力做差得到。例.地球可以看成一個質量分布均勻的球體，其半徑為R。假如將其內部挖去一個半徑為的球形空穴，其表面和球面相切，如圖所示，一個小球在地球的邊緣切口處靜止釋放，則小球在下落過程中重力加速度如何變化(已知均勻的球殼對其內部的物體作用力為零)()A.不變B.越來越大C.越來越小D.先增大后減小應用探究假設小球下落x，根據(jù)均勻的球殼對內部物體作用力為零，可得地球對小球萬有引力：x同理，空穴填補球體對小球引力：應用探究解析：小球所受萬有引力是由不規(guī)則幾何體施加的，故此使用割補法：在空穴處填補一個球體，則小球的萬有引力可由地球和空穴處球體對其萬有引力做差得到。例.地球可以看成一個質量分布均勻的球體，其半徑為R。假如將其內部挖去一個半徑為的球形空穴，其表面和球面相切，如圖所示，一個小球在地球的邊緣切口處靜止釋放，則小球在下落過程中重力加速度如何變化(已知均勻的球殼對其內部的物體作用力為零)()A.不變B.越來越大C.越來越小D.先增大后減小A課堂小結萬有引力和重力的關系1.地球表面：萬有引力是重力和向心力的合力一般情況忽略地球自轉后，認為萬有引力等于重力2.太空中：萬有引力等于重力，隨著距離地面高度的增加重力加速度在減小3.地球內部：質量分布均勻的球殼對其內部物體的引力合為零萬有引力理論的三種應用情境導入

阿基米德有一句名言：“給我一個支點，我就能撬起地球”。我們來深究一下這句話，地球質量約為kg，假設這根杠桿支點距離地球為1m，阿基米德在另一端點作用600N的力，根據(jù)杠桿原理可知杠桿大約長1億光年。阿基米德在有生之年絕不可能走到另一端點，顯然他說了大話。不過我們很好奇，地球的質量是如何測得呢？本節(jié)課就來學習——萬有引力理論的三種應用。知識海洋求解中心天體的質量1.重力加速度法：拋體運動自由落體豎直上拋平拋斜拋知識海洋2.環(huán)繞天體法：環(huán)繞天體圍繞中心天體做勻速圓周運動動力學方程：通常環(huán)繞天體的公轉周期和軌道半徑容易測量：應用探究?在星球表面：解：石塊落在斜坡上，則位移偏向角為θ：v0

例.宇航員站在某星球的一個斜坡上，以初速度v0水平扔出一個石塊，經(jīng)過時間t小石塊落在斜坡上，經(jīng)測量斜坡傾角為θ，星球半徑為R，引力常量為G，試求解星球的質量？

三式聯(lián)立得：

所以：知識海洋求解中心天體的密度應用探究

例.如果在一個星球上，宇航員為了估測星球的平均密度，設計了一個簡單實驗：先利用手表，記下一晝夜的時間T；然后用彈簧測力計測一個砝碼的重力，發(fā)現(xiàn)在赤道上的重力為兩極的90%。引力常量為G，試寫出該星球平均密度的表達式？解：在兩極處：在赤道上：由題意可知：聯(lián)立以上三式得：應用探究例.如圖所示，飛行器P繞某星球做勻速圓周運動，它的環(huán)繞周期為T，星球相對飛行器的張角為θ，已知引力常量為G，求該星球的密度？解：使用環(huán)繞天體法求解中心天體的質量：P由幾何關系得：O所以：θ知識海洋發(fā)現(xiàn)未知天體、預言哈雷彗星回歸1.海王星、冥王星的發(fā)現(xiàn)知識海洋發(fā)現(xiàn)未知天體、預言哈雷彗星回歸2.預言哈雷彗星的回歸：周期約為76年課堂小結求解中心天體質量求解中心天體密度1.重力加速度法；2.環(huán)繞天體法發(fā)現(xiàn)未知天體、預言彗星回歸、潮汐、探礦萬有引力理論的三種應用

宇宙速度情境導入1970年(中國)：東方紅一號1972年(美國)：先驅者10號探測器1973年(美國)：先驅者11號探測器1970年新中國發(fā)射東方紅一號衛(wèi)星，開啟了我國探索外太空的篇章；1972年美國發(fā)射的先驅者10號探測器早已飛出太陽系，成為最孤獨的探測器；1973年發(fā)射的先驅者11號探測器，開啟了對地球鄰居土星的探索歷程。你知道如果只考慮地面發(fā)射的話，這些探測器需要多大的發(fā)射速度嗎？知識海洋第一宇宙速度1.兩種方法求解第一宇宙速度：

站在高山上平拋一個物體，至少速度多大該物體就不能再回到地球呢？

像這種在地球附近做勻速圓周運動的線速度稱為第一宇宙速度。知識海洋第一宇宙速度

站在高山上平拋一個物體，至少速度多大該物體就不能再回到地球呢？

像這種在地球附近做勻速圓周運動的線速度稱為第一宇宙速度。2.第一宇宙速度的理解：(1)是航天器成為衛(wèi)星的最小發(fā)射速度(2)是衛(wèi)星的最大環(huán)繞速度發(fā)射衛(wèi)星的軌道越高，需要克服萬有引力的阻礙作用越多，所以發(fā)射速度需要增加。應用探究例.關于第一宇宙速度，下列說法中正確的是()A.它是人造地球衛(wèi)星繞地球勻速圓周運行的最小速度B.它等于人造地球衛(wèi)星在近地圓形軌道上的運動速度C.它是能使衛(wèi)星進入近地圓形軌道的最小發(fā)射速度D.它是衛(wèi)星在橢圓軌道上運動至近地點的速度解析：衛(wèi)星在圓軌道上符合動力學方程：A錯誤。BC第一宇宙速度指的是物體在地球表面附近做勻速圓周運動的線速度。此時r=R，這個圓周軌道就是近地圓軌道，B正確。想一想：為什么它是最小的發(fā)射速度，卻是最大的環(huán)繞速度呢？就是因為發(fā)射高軌道衛(wèi)星，就需要克服更多的阻力作用，所以C正確。當軌道是橢圓軌道時，并非是萬有引力提供向心力，不符合，D錯。應用探究例.若地球表面重力加速度g=9.8m/s2，下列說法正確的是

()A.繞地球做勻速圓周運動的人造衛(wèi)星最大速度為7.9km/sB.繞地球做勻速圓周運動并離地球最近的人造衛(wèi)星的向心加速度為9.8m/s2C.衛(wèi)星處于完全失重狀態(tài)，因此衛(wèi)星處于平衡狀態(tài)D.可以發(fā)射一顆繞地球運動周期為60分鐘的衛(wèi)星，D錯。AB

解析：第一宇宙速度是最小的發(fā)射速度和是最大的環(huán)繞速度，其值就是7.9km/s，所以A正確。對于近地衛(wèi)星寫出動力學方程：，所以B正確。什么是完全失重呢？當物體對于支撐面或懸線作用力為零時稱為完全失重，此時物體的加速度為g，故C不正確。寫出衛(wèi)星的動力學方程：知識海洋第二宇宙速度1.當航天器在地球的發(fā)射速度達到一定值時，就會脫離地球引力場而成為圍繞太陽運動的人造行星，這一發(fā)射速度值為第二宇宙速度。2.第二宇宙速度和第一宇宙速度的關系：知識海洋3.黑洞M為黑洞質量；R為黑洞半徑。第二宇宙速度如果，這種天體就是黑洞。應用探究(2)把宇宙看作一個特殊的均勻大球體，設其半徑為R，密度為ρ，其質量：(1)解析：例.已知物體在地球上的第二宇宙速度，其中G、ME、RE分別是萬有引力恒量、地球的質量和半徑。已知

G=6.67×10-11N·m2/kg2

，c=2.9979×108m/s。第二宇宙速度大于真空中光速的天體叫做黑洞。(1)設某黑洞的質量等于太陽的質量m=1.98×1030kg，求它的可能最大半徑？(2)經(jīng)研究在目前天文觀測范圍內，物質的平均密度為10-27kg/m3，如果認為我們的宇宙是這樣一個均勻大球體，其密度使得它的第二宇宙速度大于光在真空中的速度c，因此任何物體都不能脫離宇宙，經(jīng)以上信息分析可知宇宙的半徑至少多大？知識海洋4.解決黑洞問題的另一種思路：黑洞既然也是一種天體，就可以用萬有引力相關知識解決問題，即黑洞對星體的萬有引力提供星體圍繞黑洞旋轉的向心力。動力學方程：第二宇宙速度應用探究例.黑洞是愛因斯坦的廣義相對論中預言的一種特殊天體，它的密度極大，對周圍物質(包括光子)有極強的吸引力，根據(jù)愛因斯坦理論，光子是有質量的，光子到達黑洞表面時也將被吸入，最多恰能繞黑洞表面做圓周運動。根據(jù)天文觀測，銀河系中心可能有一個黑洞，距該黑洞6.0×1012m遠的星體正以2.0×106

m/s的速度繞它旋轉，試估算該可能黑洞的最大半徑。解析：對光子：對星體：聯(lián)立兩式得：知識海洋第三宇宙速度1.當航天器發(fā)射速度達到某一值后，會掙脫太陽引力的束縛，飛到太陽系之外，此發(fā)射速度被稱為第三宇宙速度。其值為v3=16.7km/s知識海洋2.發(fā)射速度和衛(wèi)星軌跡之間關系：3.三種宇宙速度均指的是在地球的發(fā)射速度。是航天器運動軌跡的臨界值。

v=v1時，航天器在近地圓軌道上圓周運動。v1<v<v2時，航天器繞地球在橢圓軌道上運行。v2≤v

≤

v3時，航天器將沿一條拋物線飛離地球，開始繞太陽轉動。v3<v時，航天器將沿雙曲線離開地球，飛向宇宙。課堂小結三種宇宙速度1.均為地球上的發(fā)射速度2.第一宇宙速度：理解：即使最大的環(huán)繞速度又是成為衛(wèi)星的最小發(fā)射速度計算方式：3.宇宙速度對于航天器的軌跡影響：衛(wèi)星運行問題情境導入“借問酒家何處有，牧童遙指杏花村”，反應了問路的真實狀態(tài)，現(xiàn)在就方便了，打開手機導航自動匹配好路線，你知道手機導航利用了我國的北斗系統(tǒng)嗎？它依靠33顆衛(wèi)星，建立了強大而精確的衛(wèi)星導航系統(tǒng)。本節(jié)課就來學習——衛(wèi)星的運行問題。知識海洋衛(wèi)星的軌道參量的分析1.衛(wèi)星按軌道分為：低軌道衛(wèi)星、中高軌道衛(wèi)星、

同步衛(wèi)星、極地衛(wèi)星等。衛(wèi)星的動力學方程：2.軌道參量和軌道半徑關系：軌道參量動力學方程結論線速度vr越大，v、ω、a越小，T越大。角速度周期T

向心加速度a軌道圓的圓心和地球重合應用探究

例.如圖所示是北斗導航系統(tǒng)中部分衛(wèi)星的軌道示意圖，已知a、b、c三顆衛(wèi)星均做圓周運動，a是同步衛(wèi)星(同步衛(wèi)星的周期為24h)，則()A.衛(wèi)星a的角速度小于c的角速度B.衛(wèi)星a的加速度大于b的加速度C.衛(wèi)星a的運行速度大于第一宇宙速度D.衛(wèi)星b的周期大于24h解析：利用軌道參量和半徑的關系，可知r越大角速度越小，加速度越小，所以A正確，B錯誤；第一宇宙速度是最大的環(huán)繞速度，故C錯誤；從圖中可以發(fā)現(xiàn)a、b兩衛(wèi)星的軌道半徑相同，所以它們的周期相同，均為24h，D錯誤；答案為A。A知識海洋同步衛(wèi)星、近地衛(wèi)星、赤道上物體三者之間比較1.同步衛(wèi)星：(1)周期為24h；(2)運轉方向為自西向東；(3)軌道半徑一定(約6.6R地)；(4)離地面高度一定；(5)軌道平面一定：與赤道在同一平面內。2.近地衛(wèi)星：近似認為r=R。應用探究例.已知某行星半徑為R，以第一宇宙速度圍繞該行星運動的衛(wèi)星的繞行周期為T，圍繞該行星運動的同步衛(wèi)星運行速率為v，則該行星的自轉周期為()解析：第一顆衛(wèi)星的速度為第一宇宙速度，則這顆衛(wèi)星可以視為近地衛(wèi)星，其軌道半徑等于行星半徑R，這兩顆衛(wèi)星是同一個中心天體，假設同步衛(wèi)星的軌道半徑為R1，使用開普勒第三定律得：對同步衛(wèi)星由圓周運動規(guī)律可知：而同步衛(wèi)星公轉周期和行星的自傳周期相等，所以答案為A。A近地衛(wèi)星同步衛(wèi)星赤道物體赤道物體近地衛(wèi)星同步衛(wèi)星3.三者比較技巧：知識海洋參量項目近地衛(wèi)星同步衛(wèi)星赤道物體線速度123角速度122周期211向心加速度123知識海洋4.三者軌道參量比較結論：例.1970年我國首次發(fā)射的“東方紅一號”衛(wèi)星，目前仍然在橢圓軌道上運行，其軌道近地點高度約為440km，遠地點高度約為2060km；1984年發(fā)射的“東方紅二號”衛(wèi)星運行在赤道上空35786km的地球同步軌道上，設“東方紅一號”的遠地點的加速度為a1，“東方紅二號”的加速度為a2，固定在地球赤道上的物體隨地球自轉的加速度為a3，則a1、a2、a3的大小關系為()解析：東方紅二號軌道東方紅一號軌道東方紅一號a1東方紅二號a2赤道物體a3D應用探究1.衛(wèi)星的運動分析：在軌道上做圓周運動2.衛(wèi)星的動力學分析：萬有引力等于向心力3.衛(wèi)星的軌道參量和半徑的關系：4.同步衛(wèi)星、近地衛(wèi)星、赤道上物體軌道參量的比較：近地衛(wèi)星同步衛(wèi)星赤道物體課堂小結衛(wèi)星運行問題衛(wèi)星變軌問題情境導入2018年嫦娥四號中繼星“鵲橋”號發(fā)射成功。為我國登陸月球背面和探測工作安上了慧眼。我們可以看到“鵲橋”號發(fā)射過程中經(jīng)歷了三次點火，軌道得到合理修正，才最終運行在地月拉格朗日L2點。這個過程中軌道的變化被稱為“衛(wèi)星的變軌”問題，你知道怎樣才能使衛(wèi)星變軌嗎？——本節(jié)課來學習天體運動的“變軌問題”。知識海洋衛(wèi)星變軌問題1.衛(wèi)星變軌的原理：從低軌道到高軌道衛(wèi)星點火加速，做離心運動；從高軌道到低軌道衛(wèi)星點火減速，做近心運動。ΙIIIII噴氣加速噴氣加速近地圓軌道橢圓軌道較高圓軌道噴氣減速噴氣減速注意：噴氣只是改變了衛(wèi)星在該點的速度。