《万有引力与航天》PPT课件.ppt

第4讲 万有引力与航天 本节目录 基础再现对点自测 知能演练轻巧夺冠 考点探究讲练互动 技法提炼思维升华 要点透析直击高考 目录 基础再现对点自测 知识识清单单 一、开普勒行星运动动定律 目录 二、万有引力定律 1内容：自然界中任何两个物体都相互吸引，引力的方向 在它们们的连线连线 上，引力的大小与物体的质质量m1和m2的乘 积积成_，与它们们之间间距离r的二次方成_ 正比反比 目录 质质点 远远大于 两球心 质质点 目录 三、三种宇宙速度 特别别提示：三种宇宙速度均指的是发发射速度,不是运行速度 . 宇宙速度数值值(km/s)意义义 第一宇宙速度 (环绕环绕 速度) 7.9 是人造地球卫卫星的最小发发 射速度，也是人造地球卫卫 星绕绕地球做圆圆周运动动的最 大运行速度 第二宇宙速度 (脱离速度) 11.2 使物体挣挣脱地球引力束缚缚 的最小发发射速度 第三宇宙速度 (逃逸速度) 16.7 使物体挣挣脱太阳引力束缚缚 的最小发发射速度 目录 四、经经典力学的时时空观观和相对论时对论时 空观观 1经经典时时空观观 (1)在经经典力学中，物体的质质量是不随_而改变变的 . (2)在经经典力学中，同一物理过过程发发生的位移和对应时间对应时间 的 测测量结结果在不同的参考系中是_ 2相对论时对论时 空观观 同一过过程的位移和时间时间 的测测量与参考系_，在不同的 参考系中_ 3经经典力学有它的适用范围围 只适用于_运动动，不适用于_运动动；只适用于宏 观观世界，不适用于_世界 速度的改变变 相同的 有关 不同 低速高速 微观观 目录 热热身体验验 1.如图图所示是行星m绕绕恒星M运动动情况示意图图，下列说说法 正确的是( ) A速度最大点是B点 B速度最小点是C点 Cm从A到B做减速运动动 Dm从B到A做减速运动动 目录 目录 32.已知地球半径为为R，地球表面重力加速度为为g，不考 虑虑地球自转转的影响，推导导第一宇宙速度v1的表达式为为 _. 4在日常生活中我们们并没有发现发现 物体的质质量随物体的运 动动的变变化而变变化，其原因是( ) A物体运动动无法称质质量 B物体的速度远远小于光速，质质量变变化极小 C物体质质量太大 D物体的质质量不随速度变变化而变变化 目录 热热身体验验答案与解析 目录 目录 4解析：选选B.物体的速度接近光速时时，质质量变变化较为较为 明显显 ,速度小时时，质质量变变化不明显显，故B正确 目录 要点透析直击高考 目录 目录 即时应时应 用1 据报报道，最近在太阳系外发现发现 了首颗颗“宜居” 行星，其质质量约为约为 地球质质量的6.4倍不考虑虑自转转效应应，该该 行星表面的重力加速度是地球表面重力加速度的1.6倍，由 此可推知，该该行星的半径与地球半径之比约为约为 ( ) A0.5 B2 C3.2 D4 目录 目录 目录 目录 目录 目录 目录 3卫卫星运动动中的机械能 (1)只在万有引力作用下卫卫星绕绕中心天体做匀速圆圆周运动动和 沿椭圆轨椭圆轨 道运动动，机械能均守恒，这这里的机械能包括卫卫星 的动动能、卫卫星(与中心天体)的引力势势能 (2)质质量相同的卫卫星，圆轨圆轨 道半径越大，动动能越小，势势能 越大，机械能越大 目录 即时应时应 用3 (2012高考四川卷)今年4月30日，西昌卫卫星发发 射中心发发射的中圆轨圆轨 道卫卫星，其轨轨道半径为为2.8107 m 它与另一颗颗同质质量的同步轨轨道卫卫星(轨轨道半径为为4.2107 m)相比( ) A向心力较较小 B动动能较较大 C发发射速度都是第一宇宙速度 D角速度较较小 目录 目录 目录 目录 即时应时应 用4 关于在轨卫轨卫 星，下列说说法正确的是( ) A周期T24 h的卫卫星都是同步卫卫星 B同步卫卫星相对对地面静止，则则它的速度等于赤道上物体的 速度 C.近地卫卫星的速度、加速度都大于同步卫卫星的速度、加速度 D所有极地卫卫星的周期都相同 解析：选选C.T24 h的卫卫星不一定在同步轨轨道上，故A错错； 同步卫卫星的角速度与地球自转转的角速度相等，由vr知同 步卫卫星的速度大，故B错错；近地卫卫星的轨轨道半径小于同步卫卫 星的轨轨道半径，所以近地卫卫星的速度、加速度大，故C正确 ；不同极地卫卫星的轨轨道半径不同，周期也不同，故D错错 目录 考点探究讲练互动 例例1 1 目录 【答案】 B 目录 例例2 2 目录 【答案】 C 【方法总结总结 】 解决卫卫星运动动参量问题问题 必须须明确两点： 一是卫卫星绕绕地球做匀速圆圆周运动动；二是卫卫星所需向心力 是由地球对对它的万有引力提供 目录 考点3 卫卫星的变轨问题变轨问题 如图图所示，北京飞飞控中心对对“天宫宫一号”进进行轨轨道 调调整，使其进进入预预定的交会对对接轨轨道，等待“神舟九号” 到来，要使“神舟九号”与“天宫宫一号”交会，并最终实终实 施对对接，“神舟九号”为为了追上“天宫宫一号”( ) A应应从较较低轨轨道上加速 B应应从较较高轨轨道上加速 C应应在从同空间间站同一轨轨道上加速 D无论论在什么轨轨道上只要加速就行 例3 目录 目录 【答案】 A 【规规律总结总结 】 卫卫星从一个稳稳定轨轨道变变到另一个稳稳定轨轨 道,称为变轨为变轨 ，即变轨问题变轨问题 ，此过过程不满满足F向F万，应应 结结合离心运动动和近心运动动的知识识以及能量守恒定律去解决 当卫卫星速度减小时时F向F万，卫卫星做近心运动动而下降， 此时时F万做正功，使卫卫星速度增大，变轨变轨 成功后可在低轨轨 道上稳稳定运动动；当卫卫星速度增大时时，与此过过程相反 目录 易错错辨析 混淆同步卫卫星、近地卫卫星、地球 赤 道上物体的运动动特点 技法提炼思维升华 目录 目录 【答案】B 目录 目录 思维维建模 双星模型 【范例】 (14分)如图图，质质量分别为别为 m和M的两个星球A和B 在引力作用下都绕绕O点做匀速圆圆周运动动，星球A和B两者 中心之间间的距离为为L.已知A、B的中心和O三点始终终共线线 ，A和B分别别在O的两侧侧引力常量为为G. (1)求两星球做圆圆周运动动的周期 (2)在地月系统统中，若忽略其他星球的影 响，可以将月球和地球看成上述星球A 和B，月球绕绕其轨轨道中心运行的周期记记 为为T1.但在近似处处理问题时问题时 ，常常认为认为 月球是绕绕地心做圆圆周 运动动的，这样这样 算得的运行周期记为记为 T2.已知地球和月球的质质 量分别为别为 5.981024 kg和7.351022 kg.求T2和T1两者平方之 比(结结果保留3位小数) 目录 寻规寻规 探法 批注：两星球做圆圆周运动动的向心力由它们们之间间的万有 引力提供； 批注：两星球圆圆周运动动的半径之和为为L； 批注：关键键点：两星球的周期(角速度)相等 目录 目录 目录 目录 【建模感悟】 (1)模型概述：在天文学上，将两颗颗彼此相 距较较近，且在相互之间间万有引力作用下绕绕两者连线连线 上的 某点做周期相同的匀速圆圆周运动动的星体称为为双星. (2)模型特点：两颗颗星体做圆圆周运动动所需的向心力由它 们们之间间的万有引力提供，故F1F2，且方向相反，分别别作 用在m1、m2两颗颗星体上. 由于两颗颗星体之间间的距离总总是恒定不变变的，所以两颗颗 星体的运行周期及角速度相等.,由于圆圆心在两颗颗星体的 连线连线 上，所以r1r2L. 目录 知能演练轻巧夺冠 目录 本部分内容讲解结束 按ESC键键退出全屏播放 目录 选修3-1 第6章 静电场 目录 2014高考导导航 考纲纲展示热热点视视角 1.物质质的电结电结 构、电电荷守恒 2.静电现电现 象的解释释 3.点电电荷 4.库仑库仑 定律 5.静电场电场 6.电场电场 强度、点电电荷的场场强 7.电场线电场线 8.电势电势 能、电势电势 9.电势电势 差 10.匀强电场电场 中电势电势 差与电场电场 强度的关系 11.带电带电 粒子在匀强电场电场 中的运动动 12.示波管 13.常见电见电 容器 电电容器的电压电压 、电电荷量 和电电容的关系 说说明：带电带电 粒子在匀强电场电场 中运动动的计计 算，只限于带带 电电粒子进进入电场时电场时 速度平行或垂直于电电 场场的情况. 1.利用电场线电场线 和等势势面确定场场强的大小和 方向，判断电势电势 高低、电场电场 力变变化、电电 场场力做功和电势电势 能的变变化等，常以选择选择 题题的形式出现现 2.电场电场 力的性质质与运用动动力学知识识分析带带 电电粒子在电场电场 中的加速和偏转问题转问题 ，是考 查查的基本内容之一 3.电场电场 力做功与电势电势 能的变变化及带电带电 粒子 在电场电场 中的运动动与牛顿顿运动动定律、动动能定 理、功能关系相结结合的题题目是考查查的热热点 特别别是电场电场 知识识与电电流、磁场场和重力 场场等相关知识识的综综合应应用是考查查的重、难难 点问题问题 4.电场电场 知识识与生产产技术术、生活实际实际 、科学 研究等的联联系，如示波管、电电容式传传感器 、静电电分选选器等，都可成为为新情景题题的命 题题素材，应应引起重视视. 目录 第1讲讲 电场电场 的力的性质质 目录 本节目录 基础再现对点自测 知能演练轻巧夺冠 考点探究讲练互动 技法提炼思维升华 要点透析直击高考 目录 基础再现对点自测 知识识清单单 一、电电荷和电电荷守恒定律 1电电荷 (1)元电电荷：电电荷量为为e_的电电荷叫做元电电荷 质质子和电电子均带带元电电荷电电荷量 (2)点电电荷： _对对研究问题问题 的影响可忽略不计计 的带电带电 体称为为点电电荷 1.601019C 形状和大小 目录 2电电荷守恒定律 (1)起电电方式：摩擦起电电、接触起电电、感应应起电电 (2)带电实质带电实质 ：物体带电带电 的实质实质 是_ (3)内容：电电荷既不会创创生，也不会消灭灭，它只能从一个物 体_到另一个物体，或者从物体的一部分_到另一 部分；在转转移过过程中，电电荷的总总量保持_ 特别别提示：当完全相同的带电带电 金属球相接触时时，同种电电荷 电电量平均分配，异种电电荷先中和后平分 二、库仑库仑 定律 1内容：真空中两个静止点电电荷之间间的相互作用力，与 它们们的电电荷量的乘积积成_，与它们们的_ 成反比，作用力的方向在它们们的连线连线 上 电电子得失 转转移转转移 不变变 正比距离的二次方 目录 2公式：_.式中的k9.0109 Nm2/C2，叫做静 电电力常量 3适用条件：(1)_ ；(2)真空中 点电电荷 目录 电场电场 力F 电电荷量q 正电电荷 点电电荷 目录 3匀强电场电场 ：各点场场强的大小和方向都相同的电场电场 ，公 式E_. 四、电场线电场线 及特点 1电场线电场线 ：电场线电场线 是画在电场电场 中的一条条有方向的曲线线 ，曲线线上每点的_方向表示该该点的电场电场 强度方向 2电场线电场线 的特点 (1)电场线电场线 从_或无限远处远处 出发终发终 止于_或 无限远处远处 (2)电场线电场线 不相交 (3)在同一电场电场 里，电场线电场线 越密的地方场场强越大 切线线 正电电荷负电负电 荷 目录 3几种典型的电场线电场线 (如图图) 目录 热热身体验验 11.关于点电电荷，下列说说法正确的是 ( ) A只有体积积很小的带电带电 体才可以看做点电电荷 B只有球形带电带电 体才可以看做点电电荷 C带电带电 体能否被看做点电电荷既不取决于带电带电 体大小也 不取决于带电带电 体的形状 D一切带电带电 体都可以看做点电电荷 目录 12.M和N是两个不带电带电 的物体，它们们互相摩擦后M带带正 电电1.61010 C，下列判断正确的有( ) A在摩擦前M和N的内部没有任何电电荷 B摩擦的过过程中电电子从N转转移到M CN在摩擦后一定带负电带负电 1.61010 C DM在摩擦过过程中失去1.61010个电电子 目录 2A、B、C三点在同一直线线，ABBC12，B点位于 A、C之间间，在B处处固定一电电荷量为为Q的点电电荷当在A 处处放一电电荷量为为q的点电电荷时时，它所受的电场电场 力为为F ；移去A处电处电 荷，在C处处放一电电荷量为为2q的点电电荷， 其所受电场电场 力为为( ) AF/2 BF/2 CF DF 目录 31.(2013广州模拟拟)当在电场电场 中某点放入电电荷量为为q的正试试 探电电荷时时，测测得该该点的电场电场 强度为为E，若在同一点放入电电荷 量为为q2q的负试负试 探电电荷时时，测测得该该点的电场电场 强度( ) A大小为为2E，方向与E相同 B大小为为2E，方向与E相反 C大小为为E，方向与E相同 D大小为为E，方向与E相反 32.(2012高考江苏苏卷)真空中，A、B两点与点电电荷Q的距离 分别为别为 r和3r，则则A、B两点的电场电场 强度大小之比为为( ) A31 B13 C91 D19 目录 41.在如图图所示各种电场电场 中，A、B两点电场电场 强度相同的 是( ) 目录 42.法拉第首先提出用电场线电场线 形象生动动地描绘电场绘电场 ，如 图图所示为为点电电荷a、b所形成电场电场 的电场线电场线 分布图图，以下 几种说说法中正确的是( ) Aa、b为为异种电电荷，a的电电荷量大于b的电电荷量 Ba、b为为异种电电荷，a的电电荷量小于b的电电荷量 Ca、b为为同种电电荷，a的电电荷量大于b的电电荷量 Da、b为为同种电电荷，a的电电荷量小于b的电电荷量 目录 热热身体验验答案与解析 11.解析：选选C.点电电荷就是带电带电 的质质点，而物体之所以可 以看成是质质点，是一种科学的抽象当所研究的对对象的大小 和形状对对所研究的问题问题 不起作用或者可以忽略其影响时时， 便可看成是质质点，而不在于其自身的大小 目录 12.解析：选选C.M和N都不带电带电 ，是指这这两个物体都呈电电 中性，没有“净电净电 荷”(没有中和完的电电荷)，也就是没有 得失电电子但内部仍有相等数量的正电电荷(质质子数)和负电负电 荷(电电子数)，所以选项选项 A错误错误 M和N摩擦后M带带正电电荷， 说说明M失去电电子，电电子从M转转移到N，选项选项 B错误错误 根据 电电荷守恒定律，M和N这这个与外界没有电电荷交换换的系统统原 来电电荷的代数和为为0，摩擦后电电荷量仍应为应为 0，选项选项 C正确 电电子带电带电 荷量为为1.61019 C，摩擦后M带带正电电荷 1.61010 C，由于M带电带电 荷量应应是电电子电电荷量的整数倍 所以M失去109个电电子，选项选项 D错误错误 目录 目录 41.答案：C 42.解析：选选B.由题图题图 看出，电场线电场线 由一个点电电荷发发出 到另一个点电电荷终终止，由此可知，a、b必为为异种电电荷，C 、D错错；又由题图题图 可知，电电荷b附近的电场线电场线 比电电荷a附近 的电场线电场线 密，则电则电 荷b附近的场场强比电电荷a附近的场场强大 ，b带带的电电荷量必然多于a带带的电电荷量，则则A错误错误 ，B正确 目录 一、应应用库仑库仑 定律需注意的问题问题 1适用条件 库仑库仑 定律只适用于真空中的点电电荷，当带电带电 体间间的距离远远 大于它们们本身尺度时时，可把带电带电 体看成点电电荷虽虽然从数 学角度由r 0能得出F的结论结论 ，但从物理角度分析，这这 一结论结论 是错误错误 的，因为为r 0时时，两电电荷已不能再看成点电电 荷了 要点透析直击高考 目录 2应应用方法 库仑库仑 定律严严格地说说只适用于真空中，在要求不很精确的情 况下，空气可近似当做真空来处处理计计算库仑库仑 力可以将电电 荷量的绝对值绝对值 代入公式，根据同种电电荷相斥，异种电电荷相 吸来判断作用力F是引力还还是斥力；也可将电电荷量带带正、 负负号一起运算，F为负值为负值 表示是引力,F为为正值值表示是斥力. 目录 目录 解析：选选D.万有引力定律适用于两个可看成质质点的物体， 虽虽然两球心间间的距离l只有其半径r的3倍，但由于其壳层层 的厚度和质质量分布均匀，两球壳可看成质质量集中于球心的 质质点因此，可以应应用万有引力定律对对于a、b两带电带电 球壳的整体来说说，由于电电荷间间的作用，电电荷不是均匀分布 ，不满满足库仑库仑 定律的适用条件 目录 二、三个场场强公式的比较较 目录 目录 目录 三、对电场线对电场线 的进进一步认识认识 1电场线电场线 的相关问题问题 (1)根据电场线电场线 ，分析推断电势电势 和场场强的变变化情况 (2)根据电场线电场线 和带电带电 粒子的运动轨动轨 迹，分析推断带电带电 粒 子的性质质、受力、能量变变化等 (3)根据电势电势 的分布情况，求作电场线电场线 2电场线电场线 与带电带电 粒子在电场电场 中的运动轨动轨 迹的关系 一般情况下，带电带电 粒子在电场电场 中的运动轨动轨 迹不会与电场电场 线线重合，只有同时满时满 足以下三个条件时时，两者才会重合 (1)电场线为电场线为 直线线； (2)电电荷的初速度为为零，或速度方向与电场线电场线 平行； (3)电电荷仅仅受静电电力或所受合力的方向与电场线电场线 平行 目录 目录 即时应时应 用3 (2011高考新课标课标 全国卷)一带负电带负电 荷的质质点 ，在电场电场 力作用下沿曲线线abc从a运动动到c，已知质质点的速 率是递递减的关于b点电场电场 强度E的方向，下列图图示中可能 正确的是(虚线线是曲线线在b点的切线线)( ) 解析：选选D.因质质点做减速运动动，故其所受电场电场 力F的方向 与v的方向夹夹角为钝为钝 角，又因为质为质 点带负电带负电 荷，其所受电电 场场力F与电场电场 强度E方向相反,故只有选项选项 D正确，选项选项 A 、B、C错误错误 目录 考点探究讲练互动 例例1 1 目录 A将小球A、B的质质量都增加到原来的2倍 B将小球B的质质量增加到原来的4倍 C将小球A、B的电电荷量都减小到原来的一半 D将小球A、B的电电荷量都减小到原来的一半，同时时将小 球B的质质量增加到原来的2倍 【答案】 D 目录 【规规律总结总结 】 解决电电荷平衡问题问题 与解决力学中平衡问问 题题的方法一样样,但要注意库仑库仑 力随距离、电电荷量变变化而变变 化. 目录 考点2 电场线电场线 与带电带电 粒子的运动动 如图图所示，实线实线 表示电场线电场线 ，虚线线表示只受电场电场 力作用的带电带电 粒子的运动轨动轨 迹粒子先经过经过 M点，再经经 过过N点可以判定( ) A粒子在M点受到的电场电场 力大于在N点受到的电场电场 力 BM点的电势电势 高于N点的电势电势 C粒子带带正电电 D粒子在M点的动动能大于在N点的动动能 例例2 2 目录 【解析】 电场线电场线 的疏密表示场场强的大小， 电场线电场线 越密集，场场强越大M点所在区域 电场线电场线 比N点所在区域电场线电场线 疏，所以M 点的场场强小，粒子在M点受到的电场电场 力小，故A错误错误 沿电电 场线场线 方向，电势电势 逐渐渐降低从总总的趋势趋势 看，电场线电场线 的方向 是从M到N的，所以M点的电势电势 高于N点的电势电势 ，故B正确 如图图所示，用“速度线线与力线线”的方法，在粒子运动动的始点 M作上述的两条线线，显显然电场电场 力的方向与电场线电场线 的方向基 本一致，所以粒子带带正电电，C错误错误 “速度线线与力线线”夹夹角 为锐为锐 角，所以电场电场 力做正功粒子的电势电势 能减小，由能量 守恒知其动动能增加，故D错误错误 【答案】 B 目录 【方法总结总结 】 求解这类问题这类问题 的方法： (1)“运动动与力两线线法”画出“速度线线”(运动轨动轨 迹在 初始位置的切线线)与“力线线”(在初始位置电场线电场线 的切线线方 向),从二者的夹夹角情况来分析曲线线运动动的情景 (2)“三不知时时要假设设”电电荷的正负负、场场强的方向或 等势势面电势电势 的高低、电电荷运动动的方向，是题题意中相互制 约约的三个方面若已知其中的任一个，可顺顺次向下分析判 定各待求量；若三个都不知(三不知)，则则要用“假设设法” 分别讨论别讨论 各种情况有时时各种情景的讨论结讨论结 果是归归一的 目录 考点3 带电带电 体的力电综电综 合问题问题 如图图所示,一根长长L1.5 m的光滑绝缘细绝缘细 直杆MN，竖竖直固定在场场强为为E1.0105 N/C、 与水平方向成30 角的倾倾斜向上的匀强电场电场 中杆的下端M固定一个带电带电 小球A，电电荷量 Q4.5106 C；另一带电带电 小球B穿在杆上可自由滑动动， 所带电带电 荷量q1.0106 C，质质量m1.0102 kg.现现将 小球