湖南省長(zhǎng)沙市長(zhǎng)郡衛(wèi)星遠(yuǎn)程學(xué)校高考物理 第4課時(shí) 萬(wàn)有引力與航天課件

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1、萬(wàn)有引力與航天萬(wàn)有引力與航天重點(diǎn)知識(shí)詮釋重點(diǎn)知識(shí)詮釋一、萬(wàn)有引力定律及應(yīng)用思路一、萬(wàn)有引力定律及應(yīng)用思路二、宇宙速度二、宇宙速度三、天體質(zhì)量和密度的估算三、天體質(zhì)量和密度的估算 22322233434333GRvRGrvGTTGRr 衛(wèi)星在天體表面衛(wèi)星在天體表面衛(wèi)星在天體表面衛(wèi)星在天體表面四、人造衛(wèi)星的加速度、線速度、角速四、人造衛(wèi)星的加速度、線速度、角速度、周期跟軌道半徑的關(guān)系度、周期跟軌道半徑的關(guān)系 33222332222244111rTGMrTrTmrrGMrmrvrGMvrvmrarGMamaFrMmG 向向越越高高越越慢慢五、雙星問(wèn)題五、雙星問(wèn)題在宇宙中兩個(gè)相互靠近，繞其連線上的在宇

2、宙中兩個(gè)相互靠近，繞其連線上的一點(diǎn)做圓周運(yùn)動(dòng)的天體，由它們之間的萬(wàn)有一點(diǎn)做圓周運(yùn)動(dòng)的天體，由它們之間的萬(wàn)有引力提供向心力，其特點(diǎn)是：引力提供向心力，其特點(diǎn)是：(1)軌道半徑之和等于兩天體中心之間軌道半徑之和等于兩天體中心之間的距離的距離(2)所需向心力、周期、角速度相同。所需向心力、周期、角速度相同。方法指津方法指津一、萬(wàn)有引力定律一、萬(wàn)有引力定律方法指津方法指津一、萬(wàn)有引力定律一、萬(wàn)有引力定律二、衛(wèi)星二、衛(wèi)星(或行星或行星)的運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)二、衛(wèi)星二、衛(wèi)星(或行星或行星)的運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)三、雙星系統(tǒng)與多星系統(tǒng)三、雙星系統(tǒng)與多星系統(tǒng)例例3.宇宙中存在一些離其他恒星較遠(yuǎn)的、由質(zhì)宇宙中存在一些離其他恒星較

3、遠(yuǎn)的、由質(zhì)量相等的三顆星組成的三星系統(tǒng)，通?？珊雎云渌肯嗟鹊娜w星組成的三星系統(tǒng)，通?？珊雎云渌求w對(duì)它們的引力作用已觀測(cè)到穩(wěn)定的三星系統(tǒng)星體對(duì)它們的引力作用已觀測(cè)到穩(wěn)定的三星系統(tǒng)存在兩種基本的構(gòu)成形式：一種是三顆星位于同一存在兩種基本的構(gòu)成形式：一種是三顆星位于同一直線上，兩顆星圍繞中央星在同一半徑為直線上，兩顆星圍繞中央星在同一半徑為R的圓軌的圓軌道上運(yùn)行；另一種形式是三顆星位于等邊三角形的道上運(yùn)行；另一種形式是三顆星位于等邊三角形的三個(gè)頂點(diǎn)上，并沿外接于等邊三角形的圓形軌道運(yùn)三個(gè)頂點(diǎn)上，并沿外接于等邊三角形的圓形軌道運(yùn)行設(shè)每個(gè)星體的質(zhì)量均為行設(shè)每個(gè)星體的質(zhì)量均為m.(1)試求第一種形式

4、下，星體運(yùn)動(dòng)的線速度和試求第一種形式下，星體運(yùn)動(dòng)的線速度和周期周期(2)假設(shè)兩種形式下星體的運(yùn)動(dòng)周期相同，第假設(shè)兩種形式下星體的運(yùn)動(dòng)周期相同，第二種形式下星體之間的距離應(yīng)為多少？二種形式下星體之間的距離應(yīng)為多少？五、天體運(yùn)動(dòng)的綜合性問(wèn)題五、天體運(yùn)動(dòng)的綜合性問(wèn)題例例5.2008年年12月，天文學(xué)家們通過(guò)觀測(cè)的數(shù)月，天文學(xué)家們通過(guò)觀測(cè)的數(shù)據(jù)確認(rèn)了銀河系中央的黑洞據(jù)確認(rèn)了銀河系中央的黑洞“人馬座人馬座A*”的質(zhì)量的質(zhì)量與太陽(yáng)質(zhì)量的倍數(shù)關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)，有一星體與太陽(yáng)質(zhì)量的倍數(shù)關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)，有一星體S2繞繞“人馬座人馬座A*”做橢圓運(yùn)動(dòng)，其軌道半長(zhǎng)軸為做橢圓運(yùn)動(dòng)，其軌道半長(zhǎng)軸為9.50102天文單位天

5、文單位(地球公轉(zhuǎn)軌道的半徑為一個(gè)天地球公轉(zhuǎn)軌道的半徑為一個(gè)天文單位文單位)，“人馬座人馬座A*”就處在該橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)就處在該橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上。觀測(cè)得到上。觀測(cè)得到S2星的運(yùn)行周期為星的運(yùn)行周期為15.2年。年。(1)若將若將S2星的運(yùn)行軌道視為半徑星的運(yùn)行軌道視為半徑r=9.50102天文單位的圓軌道，試估算天文單位的圓軌道，試估算“人馬座人馬座A*”的質(zhì)量的質(zhì)量MA是太陽(yáng)質(zhì)量是太陽(yáng)質(zhì)量Ms的多少倍的多少倍(結(jié)果保留一位有效數(shù)結(jié)果保留一位有效數(shù)字字)；(2)引力對(duì)粒子作用不到的地方即為無(wú)限遠(yuǎn)，引力對(duì)粒子作用不到的地方即為無(wú)限遠(yuǎn)，此時(shí)粒子的勢(shì)能為零。此時(shí)粒子的勢(shì)能為零?！疤幱诤诙幢砻娴牧Ｗ蛹词?/p>

6、處于黑洞表面的粒子即使以光速運(yùn)動(dòng)，其具有的動(dòng)能也不足以克服黑洞對(duì)它以光速運(yùn)動(dòng)，其具有的動(dòng)能也不足以克服黑洞對(duì)它的引力束縛的引力束縛”，說(shuō)明了黑洞表面處以光速運(yùn)動(dòng)的粒，說(shuō)明了黑洞表面處以光速運(yùn)動(dòng)的粒子在遠(yuǎn)離黑洞的過(guò)程中克服引力做功，粒子在到達(dá)子在遠(yuǎn)離黑洞的過(guò)程中克服引力做功，粒子在到達(dá)無(wú)限遠(yuǎn)之前，其動(dòng)能便減小為零，此時(shí)勢(shì)能仍為負(fù)無(wú)限遠(yuǎn)之前，其動(dòng)能便減小為零，此時(shí)勢(shì)能仍為負(fù)值，則其能量總和小于零，值，則其能量總和小于零，考點(diǎn)限時(shí)訓(xùn)練考點(diǎn)限時(shí)訓(xùn)練2發(fā)射人造衛(wèi)星是將衛(wèi)星以一定的速度發(fā)射人造衛(wèi)星是將衛(wèi)星以一定的速度送入預(yù)定軌道發(fā)射場(chǎng)一般選擇在盡可能靠近送入預(yù)定軌道發(fā)射場(chǎng)一般選擇在盡可能靠近赤道的地方，如

7、圖這樣選址的優(yōu)點(diǎn)是，在赤赤道的地方，如圖這樣選址的優(yōu)點(diǎn)是，在赤道附近道附近( )A地球的引力較大地球的引力較大B地球自轉(zhuǎn)線速度較大地球自轉(zhuǎn)線速度較大C重力加速度較大重力加速度較大D地球自轉(zhuǎn)角速度較大地球自轉(zhuǎn)角速度較大2發(fā)射人造衛(wèi)星是將衛(wèi)星以一定的速度發(fā)射人造衛(wèi)星是將衛(wèi)星以一定的速度送入預(yù)定軌道發(fā)射場(chǎng)一般選擇在盡可能靠近送入預(yù)定軌道發(fā)射場(chǎng)一般選擇在盡可能靠近赤道的地方，如圖這樣選址的優(yōu)點(diǎn)是，在赤赤道的地方，如圖這樣選址的優(yōu)點(diǎn)是，在赤道附近道附近( )A地球的引力較大地球的引力較大B地球自轉(zhuǎn)線速度較大地球自轉(zhuǎn)線速度較大C重力加速度較大重力加速度較大D地球自轉(zhuǎn)角速度較大地球自轉(zhuǎn)角速度較大3.2009

8、年年2月月11日，俄羅斯的日，俄羅斯的“宇宙宇宙2251”衛(wèi)星和美國(guó)的衛(wèi)星和美國(guó)的“銥銥33”衛(wèi)星在西伯利亞上空約衛(wèi)星在西伯利亞上空約805km處發(fā)生碰撞這是歷史上首次發(fā)生的在軌處發(fā)生碰撞這是歷史上首次發(fā)生的在軌衛(wèi)星碰撞事件碰撞過(guò)程中產(chǎn)生的大量碎片可能衛(wèi)星碰撞事件碰撞過(guò)程中產(chǎn)生的大量碎片可能會(huì)影響太空環(huán)境假定有甲、乙兩塊碎片，繞地會(huì)影響太空環(huán)境假定有甲、乙兩塊碎片，繞地球運(yùn)動(dòng)的軌道都是圓，甲的運(yùn)行速率比乙的大，球運(yùn)動(dòng)的軌道都是圓，甲的運(yùn)行速率比乙的大，則下列說(shuō)法正確的是則下列說(shuō)法正確的是( )A. 甲的運(yùn)行周期一定比乙的長(zhǎng)甲的運(yùn)行周期一定比乙的長(zhǎng)B. 甲距地面的高度一定比乙的高甲距地面的高度一

9、定比乙的高C. 甲的向心力一定比乙的小甲的向心力一定比乙的小D. 甲的加速度一定比乙的大甲的加速度一定比乙的大3.2009年年2月月11日，俄羅斯的日，俄羅斯的“宇宙宇宙2251”衛(wèi)星和美國(guó)的衛(wèi)星和美國(guó)的“銥銥33”衛(wèi)星在西伯利亞上空約衛(wèi)星在西伯利亞上空約805km處發(fā)生碰撞這是歷史上首次發(fā)生的在軌處發(fā)生碰撞這是歷史上首次發(fā)生的在軌衛(wèi)星碰撞事件碰撞過(guò)程中產(chǎn)生的大量碎片可能衛(wèi)星碰撞事件碰撞過(guò)程中產(chǎn)生的大量碎片可能會(huì)影響太空環(huán)境假定有甲、乙兩塊碎片，繞地會(huì)影響太空環(huán)境假定有甲、乙兩塊碎片，繞地球運(yùn)動(dòng)的軌道都是圓，甲的運(yùn)行速率比乙的大，球運(yùn)動(dòng)的軌道都是圓，甲的運(yùn)行速率比乙的大，則下列說(shuō)法正確的是則下

10、列說(shuō)法正確的是( )A. 甲的運(yùn)行周期一定比乙的長(zhǎng)甲的運(yùn)行周期一定比乙的長(zhǎng)B. 甲距地面的高度一定比乙的高甲距地面的高度一定比乙的高C. 甲的向心力一定比乙的小甲的向心力一定比乙的小D. 甲的加速度一定比乙的大甲的加速度一定比乙的大4.天文學(xué)家新發(fā)現(xiàn)了太陽(yáng)系外的一顆行星天文學(xué)家新發(fā)現(xiàn)了太陽(yáng)系外的一顆行星這顆行星的體積是地球的這顆行星的體積是地球的4.7倍，質(zhì)量是地球倍，質(zhì)量是地球的的25倍已知某一近地衛(wèi)星繞地球運(yùn)動(dòng)的周期倍已知某一近地衛(wèi)星繞地球運(yùn)動(dòng)的周期約為約為1.4小時(shí)，引力常量小時(shí)，引力常量G=6.671011Nm2/kg2，由此估算該行星的平均密度為由此估算該行星的平均密度為( )A.

11、1.8103 kg/ m3 B. 5.6103 kg/ m3C. 1.1104 kg/ m3 D. 2.9104 kg/ m34.天文學(xué)家新發(fā)現(xiàn)了太陽(yáng)系外的一顆行星天文學(xué)家新發(fā)現(xiàn)了太陽(yáng)系外的一顆行星這顆行星的體積是地球的這顆行星的體積是地球的4.7倍，質(zhì)量是地球倍，質(zhì)量是地球的的25倍已知某一近地衛(wèi)星繞地球運(yùn)動(dòng)的周期倍已知某一近地衛(wèi)星繞地球運(yùn)動(dòng)的周期約為約為1.4小時(shí)，引力常量小時(shí)，引力常量G=6.671011Nm2/kg2，由此估算該行星的平均密度為由此估算該行星的平均密度為( )A. 1.8103 kg/ m3 B. 5.6103 kg/ m3C. 1.1104 kg/ m3 D. 2.9

12、104 kg/ m35在討論地球潮汐成因時(shí)，地球繞太陽(yáng)運(yùn)在討論地球潮汐成因時(shí)，地球繞太陽(yáng)運(yùn)行軌道與月球繞地球運(yùn)行軌道可視為圓軌道。已行軌道與月球繞地球運(yùn)行軌道可視為圓軌道。已知太陽(yáng)質(zhì)量約為月球質(zhì)量的知太陽(yáng)質(zhì)量約為月球質(zhì)量的2.7107倍，地球繞倍，地球繞太陽(yáng)運(yùn)行的軌道半徑約為月球繞地球運(yùn)行的軌道太陽(yáng)運(yùn)行的軌道半徑約為月球繞地球運(yùn)行的軌道半徑的半徑的400倍。關(guān)于太陽(yáng)和月球?qū)Φ厍蛏舷嗤|(zhì)倍。關(guān)于太陽(yáng)和月球?qū)Φ厍蛏舷嗤|(zhì)量海水的引力，以下說(shuō)法正確的是量海水的引力，以下說(shuō)法正確的是( )A. 太陽(yáng)引力遠(yuǎn)大于月球引力太陽(yáng)引力遠(yuǎn)大于月球引力B. 太陽(yáng)引力與月球引力相差不大太陽(yáng)引力與月球引力相差不大C.

13、月球?qū)Σ煌瑓^(qū)域海水的吸引力大小相等月球?qū)Σ煌瑓^(qū)域海水的吸引力大小相等D. 月球?qū)Σ煌瑓^(qū)域海水的吸引力大小有差月球?qū)Σ煌瑓^(qū)域海水的吸引力大小有差異異75在討論地球潮汐成因時(shí)，地球繞太陽(yáng)運(yùn)在討論地球潮汐成因時(shí)，地球繞太陽(yáng)運(yùn)行軌道與月球繞地球運(yùn)行軌道可視為圓軌道。已行軌道與月球繞地球運(yùn)行軌道可視為圓軌道。已知太陽(yáng)質(zhì)量約為月球質(zhì)量的知太陽(yáng)質(zhì)量約為月球質(zhì)量的2.7107倍，地球繞倍，地球繞太陽(yáng)運(yùn)行的軌道半徑約為月球繞地球運(yùn)行的軌道太陽(yáng)運(yùn)行的軌道半徑約為月球繞地球運(yùn)行的軌道半徑的半徑的400倍。關(guān)于太陽(yáng)和月球?qū)Φ厍蛏舷嗤|(zhì)倍。關(guān)于太陽(yáng)和月球?qū)Φ厍蛏舷嗤|(zhì)量海水的引力，以下說(shuō)法正確的是量海水的引力，以下說(shuō)法

14、正確的是( )A. 太陽(yáng)引力遠(yuǎn)大于月球引力太陽(yáng)引力遠(yuǎn)大于月球引力B. 太陽(yáng)引力與月球引力相差不大太陽(yáng)引力與月球引力相差不大C. 月球?qū)Σ煌瑓^(qū)域海水的吸引力大小相等月球?qū)Σ煌瑓^(qū)域海水的吸引力大小相等D. 月球?qū)Σ煌瑓^(qū)域海水的吸引力大小有差月球?qū)Σ煌瑓^(qū)域海水的吸引力大小有差異異76設(shè)兩個(gè)星球組成雙星，它們?cè)谙嘣O(shè)兩個(gè)星球組成雙星，它們?cè)谙嗷プ饔玫娜f(wàn)有引力作用下，繞連線上某點(diǎn)互作用的萬(wàn)有引力作用下，繞連線上某點(diǎn)做周期相同的勻速圓周運(yùn)動(dòng)，現(xiàn)測(cè)得兩星做周期相同的勻速圓周運(yùn)動(dòng)，現(xiàn)測(cè)得兩星球中心距離為球中心距離為R，其運(yùn)動(dòng)周期為，其運(yùn)動(dòng)周期為T，求兩，求兩星球的總質(zhì)量。星球的總質(zhì)量。8.土星周圍有許多大小不等

15、的巖石顆粒，其土星周圍有許多大小不等的巖石顆粒，其繞土星的運(yùn)動(dòng)可視為圓周運(yùn)動(dòng)，其中有兩個(gè)巖石顆繞土星的運(yùn)動(dòng)可視為圓周運(yùn)動(dòng)，其中有兩個(gè)巖石顆粒粒A和和B與土星中心的距離分別為與土星中心的距離分別為rA=8.0104km和和rB=1.2105km.忽略所有巖石顆粒間的相互作用。忽略所有巖石顆粒間的相互作用。(結(jié)果可用根式表示結(jié)果可用根式表示)(1)求巖石顆粒求巖石顆粒A和和B的線速度之比；的線速度之比；(2)求巖石顆粒求巖石顆粒A和和B的周期之比；的周期之比；(3)土星探測(cè)器上有一物體，在地球上重為土星探測(cè)器上有一物體，在地球上重為10N，推算出它在距土星中心，推算出它在距土星中心3.2105km處受到土處受到土星的引力為星的引力為0.38N，已知地球半徑為，已知地球半徑為6.4103km，請(qǐng)估算土星質(zhì)量是地球質(zhì)量的多少倍？請(qǐng)估算土星質(zhì)量是地球質(zhì)量的多少倍？