【创新设计】2011届高考物理一轮复习 物理思想方法与高考能力要求4课件 人教大纲版.ppt

一、模型构建思想在天文学问题中的应用一、模型构建思想在天文学问题中的应用1 轨道模型轨道模型解决星体运动问题是万有引力定律的一个非常重要的应用，除近地卫星外，解决星体运动问题是万有引力定律的一个非常重要的应用，除近地卫星外，实际星体的运动轨迹大多为椭圆轨道在实际问题的处理中由于学生所学数实际星体的运动轨迹大多为椭圆轨道在实际问题的处理中由于学生所学数学知识的限制，通常把行星或卫星的轨道近似为圆轨道，计算时认为行星或学知识的限制，通常把行星或卫星的轨道近似为圆轨道，计算时认为行星或卫星绕中心天体做匀速圆周运动，从而利用同学们熟知的圆周运动和动力学卫星绕中心天体做匀速圆周运动，从而利用同学们熟知的圆周运动和动力学知识粗略地认识和分析天体运动知识知识粗略地认识和分析天体运动知识物理思想方法与高考能力要求（四）物理思想方法与高考能力要求（四）2运动模型运动模型 常见的天体运动模型有以下三种常见的天体运动模型有以下三种(1)核星模型核星模型模型特点：这类天体运动模型中，一般由运行天体绕中心天体模型特点：这类天体运动模型中，一般由运行天体绕中心天体(视为静止视为静止)做匀速圆周运动，为常规性天体运动类型做匀速圆周运动，为常规性天体运动类型【例【例1】 (2010江西师大附中、临川一中联考江西师大附中、临川一中联考)2008年年9月月25日，我国成功发射日，我国成功发射“ “神神舟七号舟七号” ”载人飞船假设载人飞船假设“ “神舟七号神舟七号” ”载人飞船在距地面高度为载人飞船在距地面高度为h的圆形轨道上的圆形轨道上做匀速圆周运动，已知地球半径为做匀速圆周运动，已知地球半径为R，地面上的重力加速度为，地面上的重力加速度为g，据此可知，据此可知()A宇航员在飞船中用弹簧秤测量质量为宇航员在飞船中用弹簧秤测量质量为m的物体其读数为的物体其读数为mgR2/(Rh)2B飞船做匀速圆周运动的轨道半径为飞船做匀速圆周运动的轨道半径为R2hC飞船做匀速圆周运动的速度为飞船做匀速圆周运动的速度为vD飞船做匀速圆周运动的周期为飞船做匀速圆周运动的周期为T解析：解析：由由于飞船在距地面高度为于飞船在距地面高度为h的圆形轨道上做匀速圆周运动，处于完全失重状态，的圆形轨道上做匀速圆周运动，处于完全失重状态，宇航员在飞船中用弹簧秤测量质量为宇航员在飞船中用弹簧秤测量质量为m的物体其读数为的物体其读数为0，A错误；飞船做匀速圆周运错误；飞船做匀速圆周运动的轨道半径为动的轨道半径为Rh，B错误；由错误；由gGM/R2和和GM/(Rh)2v2/(Rh)联立解得飞船做联立解得飞船做匀速圆周运动的速度为匀速圆周运动的速度为v ，C错误；由错误；由gGM/R2和和GMm/(Rh)2m2 (Rh)联立解得飞船做匀速圆周运动的周期为联立解得飞船做匀速圆周运动的周期为T ，D正确正确答案：答案：D(2)双星模型双星模型模模型特点：在天体模型中，将两颗彼此距离较近的恒星称为双星，它们在相互型特点：在天体模型中，将两颗彼此距离较近的恒星称为双星，它们在相互之间万有引力作用下，绕两球连线上某点做周期相同的匀速圆周运动之间万有引力作用下，绕两球连线上某点做周期相同的匀速圆周运动彼此间的万有引力是双星各自做圆周运动的向心力彼此间的万有引力是双星各自做圆周运动的向心力作用力和反作用力作用力和反作用力双星具有共同的角速度双星具有共同的角速度双星始终与它们共同的圆心在同一条直线上双星始终与它们共同的圆心在同一条直线上【例【例2】 两两个星球组成双星，它们在相互之间的万有引力作用下绕连线上某点做周个星球组成双星，它们在相互之间的万有引力作用下绕连线上某点做周期相同的匀速圆周运动现测得两星中心的距离为期相同的匀速圆周运动现测得两星中心的距离为R，其运动周期为，其运动周期为T，求两星，求两星的总质量的总质量解析：解析：设两星质量分别为设两星质量分别为M1和和M2，都绕连线上，都绕连线上O点做周期为点做周期为T的圆周运动，星的圆周运动，星球球1和星球和星球2到到O点的距离分别为点的距离分别为l1和和l2.由万有引力定律、牛顿第二定律可得：由万有引力定律、牛顿第二定律可得：对对M1： 所以：所以：M2对对M2： 所以：所以：M1两式相加得两式相加得M1M2(l1l2) 答案：答案：(3)三星模型三星模型模模型特点：宇宙中存在一些离其他恒星较远的、由质量相等的型特点：宇宙中存在一些离其他恒星较远的、由质量相等的三颗星组成的三星系统三颗星组成的三星系统【例【例3】 宇宇宙中存在一些距离其他恒星较远的、由质量相等的三颗星组成的三星宙中存在一些距离其他恒星较远的、由质量相等的三颗星组成的三星系统，通常可忽略其他星体对它们的引力作用已观测到稳定的三星系统存系统，通常可忽略其他星体对它们的引力作用已观测到稳定的三星系统存在两种基本的构成形式：一种是三颗星位于同一直线上，两颗星围绕中心星在两种基本的构成形式：一种是三颗星位于同一直线上，两颗星围绕中心星在同一半径为在同一半径为R的圆轨道上运行；另一种形式是三颗星位于等边三角形的三的圆轨道上运行；另一种形式是三颗星位于等边三角形的三个顶点上，并沿外接于等边三角形的圆轨道运行设每个星体的质量均为个顶点上，并沿外接于等边三角形的圆轨道运行设每个星体的质量均为m.(1)试试求第一种形式下，星体运动的线速度和周期求第一种形式下，星体运动的线速度和周期(2)假设两种形式星体的运动周期相同，第二种形式下星体之间的距离应为多少？假设两种形式星体的运动周期相同，第二种形式下星体之间的距离应为多少？解析：解析：(1)对对于第一种形式，以某个运动星体为研究对象，如下图所示，于第一种形式，以某个运动星体为研究对象，如下图所示，根据牛顿第二定律有：根据牛顿第二定律有：F1 ，F2 ，F1F2运动星体的线速度：运动星体的线速度：v 又由又由T ，得，得T4 (2)设设第二种形式下星体之间的距离为第二种形式下星体之间的距离为r，轨道半径为，轨道半径为R，如下图所示，如下图所示则三个星体做圆周运动的半径为：则三个星体做圆周运动的半径为：R由于任一星体做圆周运动所需的向心力靠其他两个星体的万有引力的合力提供，由于任一星体做圆周运动所需的向心力靠其他两个星体的万有引力的合力提供，由力的合成和牛顿运动定律有：由力的合成和牛顿运动定律有：F合合 ，F合合 由以上条件及由以上条件及(1)中结果得：中结果得：r 答案：答案：(1) 4 (2)二、一题多解二、一题多解发散思维发散思维【例【例4】 如如下图所示，红蜡块能在玻璃管里的水中匀速上升，若红蜡块在下图所示，红蜡块能在玻璃管里的水中匀速上升，若红蜡块在A点匀点匀速上升的同时，使玻璃管水平向右做匀加速直线运动，则红蜡块实际运动的速上升的同时，使玻璃管水平向右做匀加速直线运动，则红蜡块实际运动的轨迹是图中的轨迹是图中的()A直线直线P B曲线曲线Q C曲线曲线R D无法确定无法确定答案：答案：B方法一：受力分析：方法一：受力分析：红红蜡块竖直方向匀速，即蜡块竖直方向匀速，即GF浮浮，所以，相当于只受玻璃，所以，相当于只受玻璃管侧壁向右的弹力管侧壁向右的弹力F，且与初速度的方向垂直，蜡块做曲线运动；，且与初速度的方向垂直，蜡块做曲线运动；F向右，曲线向右，曲线的曲率中心在右方，曲线向右弯曲，故为曲线的曲率中心在右方，曲线向右弯曲，故为曲线Q.方法二：位移分析方法二：位移分析：在：在运动中取相同、连续两段时间竖直方向分运动匀速，位运动中取相同、连续两段时间竖直方向分运动匀速，位移相等，移相等，y轴上间距相等；水平方向分运动匀加速，位移逐渐变大，轴上间距相等；水平方向分运动匀加速，位移逐渐变大，x轴间距变大，轴间距变大，可以作间距相等的水平线，与图线相交，过交点作可以作间距相等的水平线，与图线相交，过交点作x轴的垂线，轴的垂线，x的间距变大的是的间距变大的是曲线曲线Q，如右图所示，如右图所示方法三：速度分析：方法三：速度分析：设设v与水平方向的夹角为与水平方向的夹角为，则，则tan 因为因为at不断增大，不断增大，不断变小，曲线切线斜率不断变小，只有曲线不断变小，曲线切线斜率不断变小，只有曲线Q.方法四：加速度分析：方法四：加速度分析：实实际运动加速度方向，即水平运动的加速度方向际运动加速度方向，即水平运动的加速度方向水平向右在不同轨迹上取两个相邻点的切线表示速度，用矢量作图法表水平向右在不同轨迹上取两个相邻点的切线表示速度，用矢量作图法表示速度变化示速度变化v(如图如图)，v的方向和加速度的方向和加速度a的方向相同，应向右，即为曲线的方向相同，应向右，即为曲线Q.方法五：曲线方程分析：方法五：曲线方程分析：以以初始位置初始位置A为坐标原点，水平向右为为坐标原点，水平向右为x轴，竖直轴，竖直 向上为向上为y轴，由水平位置轴，由水平位置x at2，竖直位置，竖直位置yv0t得得x 令令k k 即该轨道曲线方程式为即该轨道曲线方程式为xk ky2(y0)，曲线为过原点开口向右以，曲线为过原点开口向右以x轴为对称轴的抛物线的一半，即为曲线轴为对称轴的抛物线的一半，即为曲线Q.如下图甲所示如下图甲所示方法六：平抛运动类比分析：方法六：平抛运动类比分析：物物体平抛运动轨迹为如上图乙所示的抛物体平抛运动轨迹为如上图乙所示的抛物线由两个方向分析运动特点，只需将平抛运动的抛物线逆时针旋转线由两个方向分析运动特点，只需将平抛运动的抛物线逆时针旋转90即可，大致得到轨迹曲线，故为曲线即可，大致得到轨迹曲线，故为曲线Q.