湖南省长沙市长郡卫星远程学校高考物理 第4课时 万有引力与航天课件

万有引力与航天万有引力与航天重点知识诠释重点知识诠释一、万有引力定律及应用思路一、万有引力定律及应用思路二、宇宙速度二、宇宙速度三、天体质量和密度的估算三、天体质量和密度的估算 22322233434333GRvRGrvGTTGRr 卫星在天体表面卫星在天体表面卫星在天体表面卫星在天体表面四、人造卫星的加速度、线速度、角速四、人造卫星的加速度、线速度、角速度、周期跟轨道半径的关系度、周期跟轨道半径的关系 33222332222244111rTGMrTrTmrrGMrmrvrGMvrvmrarGMamaFrMmG 向向越越高高越越慢慢五、双星问题五、双星问题在宇宙中两个相互靠近，绕其连线上的在宇宙中两个相互靠近，绕其连线上的一点做圆周运动的天体，由它们之间的万有一点做圆周运动的天体，由它们之间的万有引力提供向心力，其特点是：引力提供向心力，其特点是：(1)轨道半径之和等于两天体中心之间轨道半径之和等于两天体中心之间的距离的距离(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、万有引力定律一、万有引力定律方法指津方法指津一、万有引力定律一、万有引力定律二、卫星二、卫星(或行星或行星)的运动的运动二、卫星二、卫星(或行星或行星)的运动的运动三、双星系统与多星系统三、双星系统与多星系统例例3.宇宙中存在一些离其他恒星较远的、由质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，通常可忽略其他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，两颗星围绕中央星在同一半径为直线上，两颗星围绕中央星在同一半径为R的圆轨的圆轨道上运行；另一种形式是三颗星位于等边三角形的道上运行；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形轨道运三个顶点上，并沿外接于等边三角形的圆形轨道运行设每个星体的质量均为行设每个星体的质量均为m.(1)试求第一种形式下，星体运动的线速度和试求第一种形式下，星体运动的线速度和周期周期(2)假设两种形式下星体的运动周期相同，第假设两种形式下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？二种形式下星体之间的距离应为多少？五、天体运动的综合性问题五、天体运动的综合性问题例例5.2008年年12月，天文学家们通过观测的数月，天文学家们通过观测的数据确认了银河系中央的黑洞据确认了银河系中央的黑洞“人马座人马座A*”的质量的质量与太阳质量的倍数关系。研究发现，有一星体与太阳质量的倍数关系。研究发现，有一星体S2绕绕“人马座人马座A*”做椭圆运动，其轨道半长轴为做椭圆运动，其轨道半长轴为9.50102天文单位天文单位(地球公转轨道的半径为一个天地球公转轨道的半径为一个天文单位文单位)，“人马座人马座A*”就处在该椭圆的一个焦点就处在该椭圆的一个焦点上。观测得到上。观测得到S2星的运行周期为星的运行周期为15.2年。年。(1)若将若将S2星的运行轨道视为半径星的运行轨道视为半径r=9.50102天文单位的圆轨道，试估算天文单位的圆轨道，试估算“人马座人马座A*”的质量的质量MA是太阳质量是太阳质量Ms的多少倍的多少倍(结果保留一位有效数结果保留一位有效数字字)；(2)引力对粒子作用不到的地方即为无限远，引力对粒子作用不到的地方即为无限远，此时粒子的势能为零。此时粒子的势能为零。“处于黑洞表面的粒子即使处于黑洞表面的粒子即使以光速运动，其具有的动能也不足以克服黑洞对它以光速运动，其具有的动能也不足以克服黑洞对它的引力束缚的引力束缚”，说明了黑洞表面处以光速运动的粒，说明了黑洞表面处以光速运动的粒子在远离黑洞的过程中克服引力做功，粒子在到达子在远离黑洞的过程中克服引力做功，粒子在到达无限远之前，其动能便减小为零，此时势能仍为负无限远之前，其动能便减小为零，此时势能仍为负值，则其能量总和小于零，值，则其能量总和小于零，考点限时训练考点限时训练2发射人造卫星是将卫星以一定的速度发射人造卫星是将卫星以一定的速度送入预定轨道发射场一般选择在尽可能靠近送入预定轨道发射场一般选择在尽可能靠近赤道的地方，如图这样选址的优点是，在赤赤道的地方，如图这样选址的优点是，在赤道附近道附近( )A地球的引力较大地球的引力较大B地球自转线速度较大地球自转线速度较大C重力加速度较大重力加速度较大D地球自转角速度较大地球自转角速度较大2发射人造卫星是将卫星以一定的速度发射人造卫星是将卫星以一定的速度送入预定轨道发射场一般选择在尽可能靠近送入预定轨道发射场一般选择在尽可能靠近赤道的地方，如图这样选址的优点是，在赤赤道的地方，如图这样选址的优点是，在赤道附近道附近( )A地球的引力较大地球的引力较大B地球自转线速度较大地球自转线速度较大C重力加速度较大重力加速度较大D地球自转角速度较大地球自转角速度较大3.2009年年2月月11日，俄罗斯的日，俄罗斯的“宇宙宇宙2251”卫星和美国的卫星和美国的“铱铱33”卫星在西伯利亚上空约卫星在西伯利亚上空约805km处发生碰撞这是历史上首次发生的在轨处发生碰撞这是历史上首次发生的在轨卫星碰撞事件碰撞过程中产生的大量碎片可能卫星碰撞事件碰撞过程中产生的大量碎片可能会影响太空环境假定有甲、乙两块碎片，绕地会影响太空环境假定有甲、乙两块碎片，绕地球运动的轨道都是圆，甲的运行速率比乙的大，球运动的轨道都是圆，甲的运行速率比乙的大，则下列说法正确的是则下列说法正确的是( )A. 甲的运行周期一定比乙的长甲的运行周期一定比乙的长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3.2009年年2月月11日，俄罗斯的日，俄罗斯的“宇宙宇宙2251”卫星和美国的卫星和美国的“铱铱33”卫星在西伯利亚上空约卫星在西伯利亚上空约805km处发生碰撞这是历史上首次发生的在轨处发生碰撞这是历史上首次发生的在轨卫星碰撞事件碰撞过程中产生的大量碎片可能卫星碰撞事件碰撞过程中产生的大量碎片可能会影响太空环境假定有甲、乙两块碎片，绕地会影响太空环境假定有甲、乙两块碎片，绕地球运动的轨道都是圆，甲的运行速率比乙的大，球运动的轨道都是圆，甲的运行速率比乙的大，则下列说法正确的是则下列说法正确的是( )A. 甲的运行周期一定比乙的长甲的运行周期一定比乙的长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.天文学家新发现了太阳系外的一颗行星天文学家新发现了太阳系外的一颗行星这颗行星的体积是地球的这颗行星的体积是地球的4.7倍，质量是地球倍，质量是地球的的25倍已知某一近地卫星绕地球运动的周期倍已知某一近地卫星绕地球运动的周期约为约为1.4小时，引力常量小时，引力常量G=6.671011Nm2/kg2，由此估算该行星的平均密度为由此估算该行星的平均密度为( )A. 1.8103 kg/ m3 B. 5.6103 kg/ m3C. 1.1104 kg/ m3 D. 2.9104 kg/ m34.天文学家新发现了太阳系外的一颗行星天文学家新发现了太阳系外的一颗行星这颗行星的体积是地球的这颗行星的体积是地球的4.7倍，质量是地球倍，质量是地球的的25倍已知某一近地卫星绕地球运动的周期倍已知某一近地卫星绕地球运动的周期约为约为1.4小时，引力常量小时，引力常量G=6.671011Nm2/kg2，由此估算该行星的平均密度为由此估算该行星的平均密度为( )A. 1.8103 kg/ m3 B. 5.6103 kg/ m3C. 1.1104 kg/ m3 D. 2.9104 kg/ m35在讨论地球潮汐成因时，地球绕太阳运在讨论地球潮汐成因时，地球绕太阳运行轨道与月球绕地球运行轨道可视为圆轨道。已行轨道与月球绕地球运行轨道可视为圆轨道。已知太阳质量约为月球质量的知太阳质量约为月球质量的2.7107倍，地球绕倍，地球绕太阳运行的轨道半径约为月球绕地球运行的轨道太阳运行的轨道半径约为月球绕地球运行的轨道半径的半径的400倍。关于太阳和月球对地球上相同质倍。关于太阳和月球对地球上相同质量海水的引力，以下说法正确的是量海水的引力，以下说法正确的是( )A. 太阳引力远大于月球引力太阳引力远大于月球引力B. 太阳引力与月球引力相差不大太阳引力与月球引力相差不大C. 月球对不同区域海水的吸引力大小相等月球对不同区域海水的吸引力大小相等D. 月球对不同区域海水的吸引力大小有差月球对不同区域海水的吸引力大小有差异异75在讨论地球潮汐成因时，地球绕太阳运在讨论地球潮汐成因时，地球绕太阳运行轨道与月球绕地球运行轨道可视为圆轨道。已行轨道与月球绕地球运行轨道可视为圆轨道。已知太阳质量约为月球质量的知太阳质量约为月球质量的2.7107倍，地球绕倍，地球绕太阳运行的轨道半径约为月球绕地球运行的轨道太阳运行的轨道半径约为月球绕地球运行的轨道半径的半径的400倍。关于太阳和月球对地球上相同质倍。关于太阳和月球对地球上相同质量海水的引力，以下说法正确的是量海水的引力，以下说法正确的是( )A. 太阳引力远大于月球引力太阳引力远大于月球引力B. 太阳引力与月球引力相差不大太阳引力与月球引力相差不大C. 月球对不同区域海水的吸引力大小相等月球对不同区域海水的吸引力大小相等D. 月球对不同区域海水的吸引力大小有差月球对不同区域海水的吸引力大小有差异异76设两个星球组成双星，它们在相设两个星球组成双星，它们在相互作用的万有引力作用下，绕连线上某点互作用的万有引力作用下，绕连线上某点做周期相同的匀速圆周运动，现测得两星做周期相同的匀速圆周运动，现测得两星球中心距离为球中心距离为R，其运动周期为，其运动周期为T，求两，求两星球的总质量。星球的总质量。8.土星周围有许多大小不等的岩石颗粒，其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，其中有两个岩石颗绕土星的运动可视为圆周运动，其中有两个岩石颗粒粒A和和B与土星中心的距离分别为与土星中心的距离分别为rA=8.0104km和和rB=1.2105km.忽略所有岩石颗粒间的相互作用。忽略所有岩石颗粒间的相互作用。(结果可用根式表示结果可用根式表示)(1)求岩石颗粒求岩石颗粒A和和B的线速度之比；的线速度之比；(2)求岩石颗粒求岩石颗粒A和和B的周期之比；的周期之比；(3)土星探测器上有一物体，在地球上重为土星探测器上有一物体，在地球上重为10N，推算出它在距土星中心，推算出它在距土星中心3.2105km处受到土处受到土星的引力为星的引力为0.38N，已知地球半径为，已知地球半径为6.4103km，请估算土星质量是地球质量的多少倍？请估算土星质量是地球质量的多少倍？