2019版高考物理总复习 第四章 曲线运动 万有引力与航天 基础课4 万有引力与航天课件.ppt

基础课4万有引力与航天 开普勒三定律 1 开普勒第一定律 所有的行星绕太阳运动的轨道都是椭圆 太阳处在所有椭圆的一个上 2 开普勒第二定律 对于每一个行星而言 太阳和行星的连线在相等的时间内扫过的相等 3 开普勒第三定律 所有行星的轨道的的三次方跟它的的二次方的比值都相等 知识排查 焦点 面积 半长轴 公转周期 万有引力定律及其应用 1 内容 自然界中任何两个物体都相互吸引 引力的方向在它们的连线上 引力的大小与物体的质量m1和m2的乘积 与它们之间距离r的平方 2 表达式 F G为引力常量 G 6 67 10 11N m2 kg2 3 适用条件 1 公式适用于间的相互作用 当两个物体间的距离远远大于物体本身的大小时 物体可视为质点 2 质量分布均匀的球体可视为质点 r是的距离 成正比 成反比 质点 两球心间 环绕速度 7 9km s 发射 环绕 1 第二宇宙速度 v2 11 2km s 是卫星挣脱地球引力束缚的 2 第三宇宙速度 v3 16 7km s 是卫星挣脱太阳引力束缚的 3 经典时空观 1 在经典力学中 物体的质量是不随而改变的 2 在经典力学中 同一物理过程发生的位移和对应时间的测量结果在不同的参考系中是的 4 相对论时空观在狭义相对论中 同一物理过程发生的位移和对应时间的测量结果在不同的参考系中是的 第二 三宇宙速度时空观 最小发射速度 最小发射速度 运动状态 相同 不同 1 思考判断 1 地面上的物体所受地球的引力方向一定指向地心 2 两物体间的距离趋近于零时 万有引力趋近于无穷大 3 第一宇宙速度与地球的质量有关 4 地球同步卫星的运行速度大于第一宇宙速度 5 发射探月卫星的速度必须大于第二宇宙速度 答案 1 2 3 4 5 小题速练 2 2016 全国卷 14 关于行星运动的规律 下列说法符合史实的是 A 开普勒在牛顿定律的基础上 导出了行星运动的规律B 开普勒在天文观测数据的基础上 总结出了行星运动的规律C 开普勒总结出了行星运动的规律 找出了行星按照这些规律运动的原因D 开普勒总结出了行星运动的规律 发现了万有引力定律解析在天文观测数据的基础上总结出了开普勒天体运动三定律 找出了行星运动的规律 而牛顿发现了万有引力定律 答案B 答案C 万有引力定律的理解及应用 1 万有引力与重力的关系地球对物体的万有引力F表现为两个效果 一是重力mg 二是提供物体随地球自转的向心力F向 如图1所示 图1 答案D 答案A 3 多选 宇航员在地球表面以一定初速度竖直上抛一小球 经过时间t小球落回原地 若他在某星球表面以相同的初速度竖直上抛同一小球 需经过时间5t小球落回原处 已知该星球的半径与地球半径之比为R星 R地 1 4 地球表面重力加速度为g 设该星球表面附近的重力加速度为g 空气阻力不计 则 A g g 1 5B g g 5 2C M星 M地 1 20D M星 M地 1 80 答案AD 中心天体质量和密度的估算 典例 2017 北京理综 17 利用引力常量G和下列有关数据 不能计算出地球质量的是 A 地球的半径及重力加速度 不考虑地球自转 B 人造卫星在地面附近绕地球做圆周运动的速度及周期C 月球绕地球做圆周运动的周期及月球与地球间的距离D 地球绕太阳做圆周运动的周期及地球与太阳间的距离 答案D 计算中心天体的质量 密度时的两点区别 1 天体半径和卫星的轨道半径通常把天体看成一个球体 天体的半径指的是球体的半径 卫星的轨道半径指的是卫星围绕天体做圆周运动的圆的半径 卫星的轨道半径大于等于天体的半径 2 自转周期和公转周期自转周期是指天体绕自身某轴线运动一周所用的时间 公转周期是指卫星绕中心天体做圆周运动一周所用的时间 自转周期与公转周期一般不相等 1 近年来 人类发射了多枚火星探测器 对火星进行科学探究 为将来人类登上火星 开发和利用火星资源奠定了坚实的基础 如果火星探测器环绕火星做 近地 匀速圆周运动 并测得该探测器运动的周期为T 则火星的平均密度 的表达式为 k是一个常数 答案D 2 多选 一行星绕恒星做圆周运动 由天文观测可得 其运行周期为T 速度为v 引力常量为G 则 答案ACD 3 2016 海南单科 7 多选 通过观测冥王星的卫星 可以推算出冥王星的质量 假设卫星绕冥王星做匀速圆周运动 除了引力常量外 至少还需要两个物理量才能计算出冥王星的质量 这两个物理量可以是 A 卫星的速度和角速度B 卫星的质量和轨道半径C 卫星的质量和角速度D 卫星的运行周期和轨道半径 答案AD 1 物理量随轨道半径变化的规律 卫星运行参量的比较与计算 2 卫星的运行轨道 1 赤道轨道 2 极地轨道 3 其他轨道注意 轨道平面一定通过地球的球心 典例 2017 全国卷 14 2017年4月 我国成功发射的天舟一号货运飞船与天宫二号空间实验室完成了首次交会对接 对接形成的组合体仍沿天宫二号原来的轨道 可视为圆轨道 运行 与天宫二号单独运行时相比 组合体运行的 A 周期变大B 速率变大C 动能变大D 向心加速度变大 答案C 1 2018 山东微山一中期末 多选 如图2所示 a b c是地球大气层外圆形轨道上运行的三颗人造地球卫星 a b质量相同 且小于c的质量 则 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的线速度大小相等 且小于a的线速度 图2 答案BD 2 多选 如图3所示 两质量相等的卫星A B绕地球做匀速圆周运动 用R T Ek S分别表示卫星的轨道半径 周期 动能 与地心连线在单位时间内扫过的面积 下列关系式正确的有 图3 答案AD 3 多选 据报道 中国将在2017年底发射全球首颗专业夜光遥感卫星 珞珈一号 01星 在2019年发射 珞珈一号 02星 珞珈一号 01星搭载了高灵敏度夜光相机 其精度将达到地面分辨率100m 夜间可看见长江上所有亮灯的大桥 获取精度高于当前美国卫星的夜景图片 如图4所示 设 珞珈一号 在半径为R的圆周轨道上运行 经过时间t 转过的角度为 已知引力常量为G 下列说法正确的是 图4 答案BCD 4 多选 北京时间2017年4月20日晚19时41分 天舟一号 由长征七号遥二运载火箭发射升空 经过一天多的飞行 于4月22日12时23分 天舟一号 货运飞船与 天宫二号 空间实验室顺利完成自动交会对接 这是 天宫二号 自2016年9月15日发射入轨以来 首次与货运飞船进行的交会对接 若 天舟一号 与 天宫二号 对接后 它们的组合体在与地心距离为r处做匀速圆周运动 已知匀速圆周运动的周期为T 地球的半径为R 引力常量为G 根据题中已知条件可知下列说法正确的是 图5 答案AC 双星 三星模型 模型建构能力的培养 1 双星模型 1 定义 绕公共圆心转动的两个星体组成的系统 我们称之为双星系统 如图6所示 图6 图7 例 宇宙中两颗相距较近的天体称为 双星 它们以二者连线上的某一点为圆心做匀速圆周运动 而不至因为万有引力的作用而吸引到一起 如图8所示 某双星系统中A B两颗天体绕O点做匀速圆周运动 它们的轨道半径之比rA rB 1 2 则两颗天体的 A 质量之比mA mB 2 1B 角速度之比 A B 1 2C 线速度大小之比vA vB 2 1D 向心力大小之比FA FB 2 1 图8 解析双星绕连线上的一点做匀速圆周运动 其角速度相同 周期相同 两者之间的万有引力提供向心力 F mA 2rA mB 2rB 所以mA mB 2 1 选项A正确 B D错误 由v r可知 线速度大小之比vA vB 1 2 选项C错误 答案A 针对训练 2017 广州执信中学检测 多选 太空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 如图9 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R的圆轨道上运行 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行 设这三颗星的质量均为M 并设两种系统的运动周期相同 则 图9 答案BC