高中物理 第六章 万有引力与航天 8 天体运行中的超重与失重学案 新人教版必修2-新人教版高一必修2物理学案VIP专享

天体运行中的超重与失重一、考点突破知识点考纲要求题型分值万有引力和航天会分析人造卫星运动的各个阶段的超失重问题选择题4~6 分一、人造卫星上的超重与失重1. 人造卫星在发射升空和返回地面的过程中的加速度方向均向上，因为都是超重现象。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。证明：设地球和卫星的质量分别是 M 和 m，卫星到地面的距离为 r，角速度为，卫星内有一质量为的物体，假设卫星内底板的支持力为，下面我们来求的大小：对卫星 m 和物体组成的整体，由万有引力提供向心力得，可得到 GM=2r3对物体，由万有引力与支持力的合力提供向心力得，代入求得：这就是说，卫星中的物体与卫星底板间无相互作用，即物体处于完全失重状态。二、地球在赤道上的失重问题地球不停地自转，除两极外，地球上的物体由于绕地球做匀速圆周运动，都处于失重状态，且赤道上的物体失重最多。设地球为匀质球体，半径为 R，表面的引力加速度为，并不随地球自转变化。1. 物体在赤道上的视重等于地球的引力与物体随地球自转、做匀速圆周运动所需的向心力之差。对地球上的物体受力分析，由牛顿第二定律得：所以，物体在赤道上的视重2. 物体在赤道上失去的重力等于绕地轴转动所需的向心力。物体在赤道上失去的重力，即视重的减少量3. 物体在赤道上完全失重的条件。设想地球自转角速度增大为，使赤道上的物体刚好处于完全失重状态，即，则有，得，所以完全失重的临界条件是：4. 地球不因自转而瓦解的最小密度。地球以 T=24h 的周期自转，不发生瓦解的条件是赤道上的物体受到的万有引力大于或等于物体做圆周运动所需的向心力，即，由万有引力定律得：，所以，地球的密度， 即最小密度。而地球平均密度的公认值为，所以足以保证地球处于稳定状态。例题 1 为表彰他们在石墨烯材料方面的卓越研究，诺贝尔物理学奖授予英国的安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫。它是目前世界上已知的强度最高的材料，为“太空电梯”缆线的制造提供了可能。近日，日本大林建设公司公布了建造“太空电梯”计划，希望到了 2050 年，人们不需要搭乘太空船，只要搭电梯就能够圆太空梦。假设有一个从地面赤道上某处连向其正上方地球同步卫星的“太空电梯”。关于“太空电梯”缆线上各处，下列说法正确的是（ ）A. 重力加速度相同B. 线速度相同C. 角速度相同D. 各质点处于完全失重状态思路分析：由 G＝mg 得 g＝，可见离地...