高考物理大一轮复习-第四章--万有引力与航天实用全套PPT

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,知识梳理,重难,突破,思想方法,栏目索引,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,高考物理大一轮(y ln)复习 第四章 万有引力与航天课件,第一页，共41页。,一、万有引力定律,1.内容:自然界中任何两个(lin)物体都是相互吸引的,引力的大小跟这两个(lin)物体的质量的乘积成正比,跟它们的距离的平方成反比。,知识梳理,2.公式:F=G,其中(qzhng)G10-11 Nm2/kg2,叫做引力常量。,第二页，共41页。,(1)严格地说,万有引力定律只适用于质点(zhdin)间的相互作用。,(2)两质量分布均匀的球体间的相互作用,也可用本定律来计算,其中r为两球心间的距离。,(3)一个均匀球体和球外一个质点(zhdin)的万有引力也适用,其中r为质点(zhdin)到球心间的距离。,第三页，共41页。,第一宇宙速度(环绕速度),v,1,=,7.9,km/s,是人造地球卫星的最小发射速度,第二宇宙速度(脱离速度),v,2,=,11.2,km/s,是物体挣脱地球的引力束缚需要的最小发射速度,第三宇宙速度(逃逸速度),v,3,=,16.7,km/s,是物体挣脱太阳的引力束缚需要的最小发射速度,二、三种(sn zhn)宇宙速度,注意(1)第一宇宙速度是人造卫星绕地球的最大环绕速度。,(2)每一个星球(xngqi)都有它自己的“第一宇宙速度”。,第四页，共41页。,三、人造卫星,(1)轨道(gudo)平面一定:轨道(gudo)平面和赤道平面重合。,(2)周期一定:与地球自转周期相同,即T=24 h=86 400 s。,(3)角速度一定:与地球自转的角速度相同。,(4)高度一定:据G=mr得r=104 km,卫星离地面高度,h=r-R6R(为恒量)。,第五页，共41页。,(5)速率一定:运动速率v=2r/T=3.07 km/s(为恒量)。,(6)绕行(ro xn)方向一定:与地球自转的方向一致。,(1)极地卫星运行时每圈都经过南北两极,由于地球自转,极地卫星可以实现全球覆盖。,(2)近地卫星是在地球表面附近环绕地球做匀速圆周运动的卫星,其运行的轨道半径可近似认为等于地球的半径,其运行线速度约为7.9 km/s。,(3)两种卫星的轨道平面一定通过地球的球心。,第六页，共41页。,1.(多选)关于人造地球卫星的说法正确的是(),A.卫星运行的轨道半径变大,其周期变小,答案BC卫星运行的轨道半径变大,其周期变大,选项A错误;所有人造,地球卫星的运行速度都小于第一宇宙速度,选项D错误;人造卫星和地球的自转同步称为同步卫星,同步卫星只能在距离地面一定(ydng)高度的赤道上空运,行,选项B正确(zhngqu);在轨道上运行的人造卫星处于完全失重状态,选项C正确(zhngqu)。,第七页，共41页。,m的人造地球卫星,做匀速圆周运动。它离地面(dmin)的高度等于地球半径R,地面(dmin)上的重力加速度为g。则卫星的(),g,mgR,答案A设卫星的轨道半径为r,则由题意知r=2R。在地面(dmin)附近:,G=mg,所以有GM=gR2。,由于万有引力提供卫星做圆周运动的向心力,故有,G=m=mr=ma。,第八页，共41页。,所以v=,故D错误(cuw)。,T=4,故A正确。,a=g,故B错误(cuw)。,Ek=mv2=mgR=mgR,故C错误(cuw)。,第九页，共41页。,的周期T,就可估测出中心天体的密度。,两子星(z xn)绕着连线上的一点做匀速圆周运动,所以它们的运动周期是相等的,角速度也是相等的,所以线速度与两子星(z xn)的轨道半径成正比。,提供,由力的合成(hchng)和牛顿运动定律有,(5)速率一定:运动速率v=2r/T=3.,(3)角速度一定:与地球自转的角速度相同。,A点点火变轨的瞬间,动能增加,2km/s,是物体挣脱地球的引力束缚需要的最小发射速度,第一宇宙速度(环绕速度),G=m=mr=ma。,设两子星的质量(zhling)分别为M1和M2,相距L,M1和M2的线速度分别为v1和v2,角速度分别为1和2,由牛顿第二定律得:,G=mG=m2rG=mr,9km/s,是人造地球卫星的最小发射速度,第一宇宙速度(环绕速度),解析设该星球(xngqi)和地球的质量、半径、体积分别是M1和M2、R1和R2、V1,解析(1)对于第一种运动情况(如图甲),以某颗运动星体为研究对象,根,3.(多选)有一宇宙飞船到了某行星上(该行星没有自转运动),以速度v接近行星赤道表面匀速飞行,测出运动的周期为T,已知引力常量为G,则可得(),答案(d n)ABD由T=可得:R=,A正确;由=m可得:M=,C错误;由M=R3,得:=,B正确;由=mg,得:g=,D正确(zhngqu)。,第十页，共41页。,.,(1)在地面附近万有引力近似等于物体的重力,F引=mg,即G=mg,整理,得GM=gR2。,(2)天体运动(yndng)都可以近似地看成匀速圆周运动(yndng),其向心力由万有引力提供,即F引=F向。,一般有以下几种表达形式:,G=mG=m2rG=mr,重难一万有引力定律(dngl)的应用,重难突破,第十一页，共41页。,(1)利用天体表面的重力加速度g和天体半径R。,由于G=mg,故天体质量M=,天体密度=。,(2)通过观察卫星绕天体做匀速圆周运动的周期T,轨道半径r。,由万有引力提供向心力,即G=mr,得出中心天体质量M=;,若已知天体的半径R,则天体的平均(pngjn)密度=;,若天体的卫星在天体表面附近环绕天体运动,可认为其轨道半径r等于天体半径R,则天体密度=。可见,只要测出卫星环绕天体表面运动,第十二页，共41页。,的周期T,就可估测出中心天体的密度。,注意不考虑天体自转,对任何天体表面都可以认为mg=G。从而(cng r),得出GM=gR2(通常称为 代换),其中M为该天体的质量,R为该天体的半径,g为相应天体表面的重力加速度。,第十三页，共41页。,典例1天文学家新发现(fxin)了太阳系外的一颗行星。这颗行星的体积是地球的4.7倍,质量是地球的25倍。已知某一近地卫星绕地球运动的周期约为,1.4小时,引力常量G10-11 Nm2/kg2,由此估算该行星的平均密度约为,(),10,3,kg/m,3,10,3,kg/m,3,10,4,kg/m,3,10,4,kg/m,3,第十四页，共41页。,解析设该星球(xngqi)和地球的质量、半径、体积分别是M1和M2、R1和R2、V1,和V2,则该星球(xngqi)的平均密度为:1=,地球的平均密度为2=,所以=。,对于近地卫星有G=m()2R2,又2=所以2=,故1=,=kg/m3,104 kg/m3。,答案(d n)D,第十五页，共41页。,1-1我国航天事业取得了突飞猛进地发展,航天技术位于世界前列,在航天控制中心对其正上方某卫星测控时,测得从发送操作指令到接收到卫星已操作信息需要的时间为t(设卫星接收到操作信息立即操作,并立即发送已操作信息回中心),测得该卫星运行周期为T,地球半径为R,电磁波的传播速度(sd)为c,由此可以求出地球的质量为(),A.B.,C.D.,答案C,解析卫星离地面的高度为,运动轨道半径为R+,则G=m(R+,)()2,由此求得地球(dqi)的质量M=。,第十六页，共41页。,.,万有引力提供向心力,即G=m=mr2=m()2r,(1)线速度v:由G=m得v=,随着(su zhe)轨道半径的增加,卫星的线速度,减小。,(2)角速度:由G=m2r得=,随着(su zhe)轨道半径的增加,做匀速圆周,运动的卫星的角速度减小。,重难二卫星的发射(fsh)和运行,第十七页，共41页。,(3)周期T:由G=mr,得T=2,随着轨道半径的增加,卫星的周,期增大。,所谓发射速度,是指被发射物在地面附近离开发射装置时的初速度,所谓运行速度,是指卫星进入运行轨道绕地球做圆周运动时的线速度。当卫星“贴着(ti zhe)”地面飞行时运行速度等于第一宇宙速度。实际上由于卫星的轨道半径都大于地球半径,所以卫星的实际运行速度一定小于发射速度。所以近地人造地球卫星的速度是最大环绕速度,也是人造卫星的最小发射速度。,第十八页，共41页。,典例2土星周围有许多大小不等的岩石颗粒,其绕土星的运动可视为圆周运动。其中有两个岩石颗粒A和B与土星中心的距离分别为rA104 km和rB105 km。忽略所有岩石颗粒间的相互作用。(结果可用根式(gnsh)表示),(1)求岩石颗粒A和B的线速度之比;,(2)求岩石颗粒A和B的周期之比;,105103 km,请估算土星质量是地球质量的多少倍。,第十九页，共41页。,解析岩石颗粒绕土星做匀速圆周运动(yndng),则有:,(1)G=m,所以v=,则岩石颗粒A和B的线速度之比为,vAvB=,(2)G=mr()2,所以T=,则岩石颗粒A和B的周期之比为,TATB=23,(3)F万=G=G重,第二十页，共41页。,0.38=G,解得=95,即土星质量是地球(dqi)质量的95倍。,答案(1)(2)23(3)95,由题意(t y)可得:10=G,第二十一页，共41页。,2-1如图所示,在同一(tngy)轨道平面上的三颗人造地球卫星A、B、C在某一时刻恰好在同一(tngy)直线上,下列说法正确的有(),v=,知vAvBFBFC,aAaBaC,D.运动一周后,C先回到原地点,答案C,第二十二页，共41页。,解析(ji x)由=m=ma可得:v=,故vAvBvC,A错误;由a=,可得,aAaBaC,C正确;万有引力F=,因不知各卫星的质量大小关系,故无法,比较FA、FB、FC的大小,B错误;由T=可知,C的周期最大,最晚回到原地,点,D错误。,第二十三页，共41页。,重难三卫星(wixng)的变轨问题,第二十四页，共41页。,.,G=m=mr2=mr()2,(1)当卫星的速度突然增大时,所需向心力F=m增大,即万有引力不足以,提供向心力,卫星将做离心运动,脱离原来的圆轨道,轨道半径变大,但卫星一旦进入(jnr)新的轨道运行,由v=知其运行速度要减小,但重力势,能、机械能均增加。,第二十五页，共41页。,(2)当卫星的速度突然减小时,所需向心力F=减小,即万有引力大于卫,星所需的向心力,因此卫星将做向心运动,同样会脱离原来的圆轨道,轨道半径变小,进入新轨道运行时,由v=知运行速度将增大(zn d),但重力势,能、机械能均减少。,卫星的发射和回收就是利用了上述原理。,典例3如图是发射地球同步卫星的简化轨道示意图,先将卫星发射至距地面高度为h1的近地轨道上。在卫星经过A点时点火实施变轨,进入远地点为B的椭圆轨道上,最后在B点再次点火,将卫星送入同步轨道上。,第二十六页，共41页。,已知地球表面重力加速度为g,地球自转周期为T,地球的半径为R。求:,(1)卫星在近地(jn d)轨道上的速度大小;,(2)远地点B距地面的高度。,解析(1)设地球的质量为M,卫星的质量为m,近地(jn d)轨道上的速度为v1,在圆周轨道上=m,第二十七页，共41页。,在地球表面G=mg,由得:v1=,(2)设B点距地面(dmin)高度为h2,在同步轨道上,G=m(R+h2),由得h2=-R。,答案(1)(2)-R,第二十八页，共41页。,3-1按照我国月球探测活动计划,在第一步“绕月”工程圆满完成任务后,将开展第二步“落月”工程。假设月球半径(bnjng)为R,月球表面的重力加速度为g0。飞船沿距月球表面高度为3R的圆形轨道运动,到达