2019版高考物理總復(fù)習(xí) 第四章 曲線運(yùn)動 萬有引力與航天 基礎(chǔ)課4 萬有引力與航天課件.ppt

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基礎(chǔ)課4萬有引力與航天 開普勒三定律 1 開普勒第一定律 所有的行星繞太陽運(yùn)動的軌道都是橢圓 太陽處在所有橢圓的一個(gè)上 2 開普勒第二定律 對于每一個(gè)行星而言 太陽和行星的連線在相等的時(shí)間內(nèi)掃過的相等 3 開普勒第三定律 所有行星的軌道的的三次方跟它的的二次方的比值都相等 知識排查 焦點(diǎn) 面積 半長軸 公轉(zhuǎn)周期 萬有引力定律及其應(yīng)用 1 內(nèi)容 自然界中任何兩個(gè)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(zhì)量m1和m2的乘積 與它們之間距離r的平方 2 表達(dá)式 F G為引力常量 G 6 67 10 11N m2 kg2 3 適用條件 1 公式適用于間的相互作用 當(dāng)兩個(gè)物體間的距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于物體本身的大小時(shí) 物體可視為質(zhì)點(diǎn) 2 質(zhì)量分布均勻的球體可視為質(zhì)點(diǎn) r是的距離 成正比 成反比 質(zhì)點(diǎn) 兩球心間 環(huán)繞速度 7 9km s 發(fā)射 環(huán)繞 1 第二宇宙速度 v2 11 2km s 是衛(wèi)星掙脫地球引力束縛的 2 第三宇宙速度 v3 16 7km s 是衛(wèi)星掙脫太陽引力束縛的 3 經(jīng)典時(shí)空觀 1 在經(jīng)典力學(xué)中 物體的質(zhì)量是不隨而改變的 2 在經(jīng)典力學(xué)中 同一物理過程發(fā)生的位移和對應(yīng)時(shí)間的測量結(jié)果在不同的參考系中是的 4 相對論時(shí)空觀在狹義相對論中 同一物理過程發(fā)生的位移和對應(yīng)時(shí)間的測量結(jié)果在不同的參考系中是的 第二 三宇宙速度時(shí)空觀 最小發(fā)射速度 最小發(fā)射速度 運(yùn)動狀態(tài) 相同 不同 1 思考判斷 1 地面上的物體所受地球的引力方向一定指向地心 2 兩物體間的距離趨近于零時(shí) 萬有引力趨近于無窮大 3 第一宇宙速度與地球的質(zhì)量有關(guān) 4 地球同步衛(wèi)星的運(yùn)行速度大于第一宇宙速度 5 發(fā)射探月衛(wèi)星的速度必須大于第二宇宙速度 答案 1 2 3 4 5 小題速練 2 2016 全國卷 14 關(guān)于行星運(yùn)動的規(guī)律 下列說法符合史實(shí)的是 A 開普勒在牛頓定律的基礎(chǔ)上 導(dǎo)出了行星運(yùn)動的規(guī)律B 開普勒在天文觀測數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上 總結(jié)出了行星運(yùn)動的規(guī)律C 開普勒總結(jié)出了行星運(yùn)動的規(guī)律 找出了行星按照這些規(guī)律運(yùn)動的原因D 開普勒總結(jié)出了行星運(yùn)動的規(guī)律 發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律解析在天文觀測數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上總結(jié)出了開普勒天體運(yùn)動三定律 找出了行星運(yùn)動的規(guī)律 而牛頓發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律 答案B 答案C 萬有引力定律的理解及應(yīng)用 1 萬有引力與重力的關(guān)系地球?qū)ξ矬w的萬有引力F表現(xiàn)為兩個(gè)效果 一是重力mg 二是提供物體隨地球自轉(zhuǎn)的向心力F向 如圖1所示 圖1 答案D 答案A 3 多選 宇航員在地球表面以一定初速度豎直上拋一小球 經(jīng)過時(shí)間t小球落回原地 若他在某星球表面以相同的初速度豎直上拋同一小球 需經(jīng)過時(shí)間5t小球落回原處 已知該星球的半徑與地球半徑之比為R星 R地 1 4 地球表面重力加速度為g 設(shè)該星球表面附近的重力加速度為g 空氣阻力不計(jì) 則 A g g 1 5B g g 5 2C M星 M地 1 20D M星 M地 1 80 答案AD 中心天體質(zhì)量和密度的估算 典例 2017 北京理綜 17 利用引力常量G和下列有關(guān)數(shù)據(jù) 不能計(jì)算出地球質(zhì)量的是 A 地球的半徑及重力加速度 不考慮地球自轉(zhuǎn) B 人造衛(wèi)星在地面附近繞地球做圓周運(yùn)動的速度及周期C 月球繞地球做圓周運(yùn)動的周期及月球與地球間的距離D 地球繞太陽做圓周運(yùn)動的周期及地球與太陽間的距離 答案D 計(jì)算中心天體的質(zhì)量 密度時(shí)的兩點(diǎn)區(qū)別 1 天體半徑和衛(wèi)星的軌道半徑通常把天體看成一個(gè)球體 天體的半徑指的是球體的半徑 衛(wèi)星的軌道半徑指的是衛(wèi)星圍繞天體做圓周運(yùn)動的圓的半徑 衛(wèi)星的軌道半徑大于等于天體的半徑 2 自轉(zhuǎn)周期和公轉(zhuǎn)周期自轉(zhuǎn)周期是指天體繞自身某軸線運(yùn)動一周所用的時(shí)間 公轉(zhuǎn)周期是指衛(wèi)星繞中心天體做圓周運(yùn)動一周所用的時(shí)間 自轉(zhuǎn)周期與公轉(zhuǎn)周期一般不相等 1 近年來 人類發(fā)射了多枚火星探測器 對火星進(jìn)行科學(xué)探究 為將來人類登上火星 開發(fā)和利用火星資源奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ) 如果火星探測器環(huán)繞火星做 近地 勻速圓周運(yùn)動 并測得該探測器運(yùn)動的周期為T 則火星的平均密度 的表達(dá)式為 k是一個(gè)常數(shù) 答案D 2 多選 一行星繞恒星做圓周運(yùn)動 由天文觀測可得 其運(yùn)行周期為T 速度為v 引力常量為G 則 答案ACD 3 2016 海南單科 7 多選 通過觀測冥王星的衛(wèi)星 可以推算出冥王星的質(zhì)量 假設(shè)衛(wèi)星繞冥王星做勻速圓周運(yùn)動 除了引力常量外 至少還需要兩個(gè)物理量才能計(jì)算出冥王星的質(zhì)量 這兩個(gè)物理量可以是 A 衛(wèi)星的速度和角速度B 衛(wèi)星的質(zhì)量和軌道半徑C 衛(wèi)星的質(zhì)量和角速度D 衛(wèi)星的運(yùn)行周期和軌道半徑 答案AD 1 物理量隨軌道半徑變化的規(guī)律 衛(wèi)星運(yùn)行參量的比較與計(jì)算 2 衛(wèi)星的運(yùn)行軌道 1 赤道軌道 2 極地軌道 3 其他軌道注意 軌道平面一定通過地球的球心 典例 2017 全國卷 14 2017年4月 我國成功發(fā)射的天舟一號貨運(yùn)飛船與天宮二號空間實(shí)驗(yàn)室完成了首次交會對接 對接形成的組合體仍沿天宮二號原來的軌道 可視為圓軌道 運(yùn)行 與天宮二號單獨(dú)運(yùn)行時(shí)相比 組合體運(yùn)行的 A 周期變大B 速率變大C 動能變大D 向心加速度變大 答案C 1 2018 山東微山一中期末 多選 如圖2所示 a b c是地球大氣層外圓形軌道上運(yùn)行的三顆人造地球衛(wèi)星 a b質(zhì)量相同 且小于c的質(zhì)量 則 A b所需向心力最大B b c周期相等 且大于a的周期C b c向心加速度相等 且大于a的向心加速度D b c的線速度大小相等 且小于a的線速度 圖2 答案BD 2 多選 如圖3所示 兩質(zhì)量相等的衛(wèi)星A B繞地球做勻速圓周運(yùn)動 用R T Ek S分別表示衛(wèi)星的軌道半徑 周期 動能 與地心連線在單位時(shí)間內(nèi)掃過的面積 下列關(guān)系式正確的有 圖3 答案AD 3 多選 據(jù)報(bào)道 中國將在2017年底發(fā)射全球首顆專業(yè)夜光遙感衛(wèi)星 珞珈一號 01星 在2019年發(fā)射 珞珈一號 02星 珞珈一號 01星搭載了高靈敏度夜光相機(jī) 其精度將達(dá)到地面分辨率100m 夜間可看見長江上所有亮燈的大橋 獲取精度高于當(dāng)前美國衛(wèi)星的夜景圖片 如圖4所示 設(shè) 珞珈一號 在半徑為R的圓周軌道上運(yùn)行 經(jīng)過時(shí)間t 轉(zhuǎn)過的角度為 已知引力常量為G 下列說法正確的是 圖4 答案BCD 4 多選 北京時(shí)間2017年4月20日晚19時(shí)41分 天舟一號 由長征七號遙二運(yùn)載火箭發(fā)射升空 經(jīng)過一天多的飛行 于4月22日12時(shí)23分 天舟一號 貨運(yùn)飛船與 天宮二號 空間實(shí)驗(yàn)室順利完成自動交會對接 這是 天宮二號 自2016年9月15日發(fā)射入軌以來 首次與貨運(yùn)飛船進(jìn)行的交會對接 若 天舟一號 與 天宮二號 對接后 它們的組合體在與地心距離為r處做勻速圓周運(yùn)動 已知?jiǎng)蛩賵A周運(yùn)動的周期為T 地球的半徑為R 引力常量為G 根據(jù)題中已知條件可知下列說法正確的是 圖5 答案AC 雙星 三星模型 模型建構(gòu)能力的培養(yǎng) 1 雙星模型 1 定義 繞公共圓心轉(zhuǎn)動的兩個(gè)星體組成的系統(tǒng) 我們稱之為雙星系統(tǒng) 如圖6所示 圖6 圖7 例 宇宙中兩顆相距較近的天體稱為 雙星 它們以二者連線上的某一點(diǎn)為圓心做勻速圓周運(yùn)動 而不至因?yàn)槿f有引力的作用而吸引到一起 如圖8所示 某雙星系統(tǒng)中A B兩顆天體繞O點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動 它們的軌道半徑之比rA rB 1 2 則兩顆天體的 A 質(zhì)量之比mA mB 2 1B 角速度之比 A B 1 2C 線速度大小之比vA vB 2 1D 向心力大小之比FA FB 2 1 圖8 解析雙星繞連線上的一點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動 其角速度相同 周期相同 兩者之間的萬有引力提供向心力 F mA 2rA mB 2rB 所以mA mB 2 1 選項(xiàng)A正確 B D錯(cuò)誤 由v r可知 線速度大小之比vA vB 1 2 選項(xiàng)C錯(cuò)誤 答案A 針對訓(xùn)練 2017 廣州執(zhí)信中學(xué)檢測 多選 太空中存在一些離其他恒星較遠(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求w對它們的引力作用 已觀測到穩(wěn)定的三星系統(tǒng)存在兩種基本的構(gòu)成形式 如圖9 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R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)這三顆星的質(zhì)量均為M 并設(shè)兩種系統(tǒng)的運(yùn)動周期相同 則 圖9 答案BC