高考物理一轮复习 第4章 曲线运动 万有引力与航天 第4节 万有引力与航天学案 新人教版.doc

第四节万有引力与航天(对应学生用书第70页)教材知识速填知识点1开普勒行星运动定律1开普勒第一定律所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在椭圆的一个焦点上2开普勒第二定律对任意一个行星来说，它与太阳的连线在相等的时间内扫过相等的面积3开普勒第三定律所有行星的轨道的半长轴的三次方跟它的公转周期的二次方的比值都相等，表达式：k易错判断(1)所有行星绕太阳运行的轨道都是椭圆()(2)行星在椭圆轨道上运行的速率是变化的，离太阳越远，运行速率越小()(3)开普勒第三定律k中k值与中心天体质量无关()知识点2万有引力定律1内容(1)自然界中任何两个物体都相互吸引(2)引力的方向在它们的连线上(3)引力的大小与物体的质量m1和m2的乘积成正比、与它们之间距离r的二次方成反比2表达式fg，其中g为引力常量，g6671011 nm2/kg2，由卡文迪许扭秤实验测定3适用条件(1)两个质点之间的相互作用(2)对质量分布均匀的球体，r为两球心间的距离易错判断(1)只有天体之间才存在万有引力()(2)当两物体间的距离趋近于零时，万有引力趋近于无穷大()(3)地面上物体所受地球万有引力的大小均可由fg求得，其方向指向地心()知识点3宇宙速度1三种宇宙速度比较宇宙速度数值(km/s)意义第一宇宙速度79地球卫星最小发射速度(环绕速度)第二宇宙速度112物体挣脱地球引力束缚的最小发射速度(脱离速度)第三宇宙速度167物体挣脱太阳引力束缚的最小发射速度(逃逸速度)2第一宇宙速度的计算方法(1)由gm得v(2)由mgm得v易错判断(1)第一宇宙速度与地球的质量有关()(2)地球同步卫星的运行速度大于第一宇宙速度()(3)若物体的发射速度大于第二宇宙速度，小于第三宇宙速度，则物体可以绕太阳运行()知识点4经典时空观和相对论时空观1经典时空观(1)在经典力学中，物体的质量是不随速度的改变而改变的(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相同的2相对论时空观同一过程的位移和时间的测量与参考系有关，在不同的参考系中不同3经典力学有它的适用范围只适用于低速运动，不适用于高速运动；只适用于宏观世界，不适用于微观世界易错判断(1)无论经典时空观还是相对论时空观，都认为物体的质量是不变的()(2)相对论时空观认为同一过程的位移和对应时间与参考系有关()教材习题回访考查点：开普勒定律的应用1(沪科必修2p82t3改编)北斗卫星导航系统(bds)是中国自行研制的全球卫星导航系统，该系统由35颗卫星组成，卫星的轨道有三种：地球同步轨道、中轨道和倾斜轨道其中，同步轨道半径大约是中轨道半径的15倍，那么同步卫星与中轨道卫星的周期之比约为( ) a bc d答案c考查点：万有引力定律的应用2(粤教必修2p50t4改编)两个质量均匀的球形物体，两球心相距r时它们之间的万有引力为f，若将两球的半径都加倍，两球心的距离也加倍，它们之间的作用力为( ) a2f b4fc8f d16f答案d考查点：同步卫星的特点3(沪科必修2p102t1)(多选)关于相对于地面静止不动的同步卫星，下列说法中正确的是( ) a它一定在赤道上空b同步卫星的高度和速率是确定的值c它运行的线速度一定小于第一宇宙速度d它运行的线速度一定介于第一宇宙速度和第二宇宙速度之间答案abc考查点：估算天体质量或密度4(沪科必修2p94t1)一艘宇宙飞船沿着围绕未知天体的圆形轨道飞行，航天员只用一块秒表，能测量出的物理量是( ) a飞船的线速度 b飞船的角速度c未知天体的质量 d未知天体的密度答案b考查点：宇宙速度的计算5(人教版必修2p48t3改编)金星的半径是地球的095倍，质量为地球的082倍金星的第一宇宙速度是多大？(已知地球第一宇宙速度为79 km/s)解析由万有引力充当向心力知得v所以093v金09379 km/s73 km/s答案73 km/s(对应学生用书第71页)天体质量和密度的估算1重力加速度法利用天体表面的重力加速度g和天体半径r(1)由gmg得天体质量m(2)天体密度：2卫星环绕法测出卫星绕天体做匀速圆周运动的半径r和周期t(1)由gm得天体的质量m(2)若已知天体的半径r，则天体的密度(3)若卫星绕天体表面运行时，可认为轨道半径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的周期t，就可估算出中心天体的密度题组通关1假设地球可视为质量均匀分布的球体已知地球表面重力加速度在两极的大小为g0，在赤道的大小为g；地球自转的周期为t，引力常量为g地球的密度为( ) 【导学号：84370186】a bc d题眼点拨“地球自转周期t”要思考赤道上物体万有引力和重力的关系b物体在地球的两极时，mg0g，物体在赤道上时，mgm2rg，以上三式联立解得地球的密度，故选项b正确，选项a、c、d错误2(多选)公元2100年，航天员准备登陆木星，为了更准确了解木星的一些信息，到木星之前做一些科学实验，当到达与木星表面相对静止时，航天员对木星表面发射一束激光，经过时间t，收到激光传回的信号，测得相邻两次看到日出的时间间隔是t，测得航天员所在航天器的速度为v，已知引力常量g，激光的速度为c，则( ) a木星的质量mb木星的质量mc木星的质量md根据题目所给条件，可以求出木星的密度ad航天器的轨道半径r，木星的半径r，木星的质量m；知道木星的质量和半径，可以求出木星的密度，故a、d正确，b、c错误反思总结三点提醒(1)估算的只是中心天体的质量，并非环绕天体的质量.(2)区别天体半径r和卫星轨道半径r，只有在天体表面附近的卫星才有rr.(3)估算中常有隐含条件，如地球自转周期24 h，公转周期365天等.卫星运行参量的分析与计算1三类卫星(1)同步卫星的周期、轨道平面、高度、速率、角速度、绕行方向均是固定不变的，常用于无线电通信，故又称通信卫星(2)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(3)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79 km/s2四个参量分析“四个参量分析”是指分析人造卫星的加速度、线速度、角速度和周期与轨道半径的关系3宇宙速度与运动轨迹的关系(1)v发79 km/s时，卫星绕地球做匀速圆周运动(2)7.9 km/sv发11.2 km/s，卫星绕地球运动的轨迹为椭圆(3)11.2 km/sv发，沿轨道2运行时，地球对人造卫星的引力刚好能提供人造卫星做圆周运动的向心力，即f引，故v1v2，选项a错误；在p点，人造卫星在轨道1和轨道2运行时，地球对人造卫星的引力相同，由牛顿第二定律可知，人造卫星在p点的加速度相同，选项b正确；在轨道1的不同位置，地球对人造卫星引力大小不同，故加速度也不同，选项c错误；在轨道2上不同位置速度方向不同，故动量不同，选项d错误母题迁移迁移1变轨过程万有引力的变化1如图443所示，我国“嫦娥一号”绕月探测卫星进入奔月轨道，在从a点向b点运动的过程中( ) 【导学号：84370188】图443a地球对卫星的引力增大，月球对卫星的引力增大b地球对卫星的引力增大，月球对卫星的引力减小c地球对卫星的引力减小，月球对卫星的引力增大d地球对卫星的引力减小，月球对卫星的引力减小c“嫦娥一号”由a点向b点运动过程中，离地球距离越来越远，离月球距离越来越近，由公式f可知，选项c正确迁移2变轨过程中各物理量的变化2(多选)(2018唐山模拟)如图444所示，地球卫星a、b分别在椭圆轨道、圆形轨道上运行，椭圆轨道在远地点a处与圆形轨道相切，则( ) 图444a卫星a的运行周期比卫星b的运行周期短b两颗卫星分别经过a点处时，a的速度大于b的速度c两颗卫星分别经过a点处时，a的加速度小于b的加速度d卫星a在a点处通过加速可以到圆轨道上运行ad由于卫星a的运行轨道的半长轴比卫星b的运行轨道半径短，根据开普勒定律，卫星a的运行周期比卫星b的运行周期短，选项a正确；两颗卫星分别经过a点处时，a的速度小于b的速度，选项b错误；两颗卫星分别经过a点处，a的加速度等于b的加速度，选项c错误；卫星a在a点处通过加速可以到圆轨道上运行，选项d正确(多选)如图所示是飞船进入某星球轨道后的运动情况，飞船沿距星球表面高度为100 km的圆形轨道运动，到达轨道的a点时，点火制动变轨进入椭圆轨道，到达轨道的b点时，飞船离星球表面高度为15 km，再次点火制动，下降落到星球表面下列判断正确的是( ) a飞船在轨道上的b点受到的万有引力等于飞船在b点所需的向心力b飞船在轨道上由a点运动到b点的过程中，动能增大c飞船在a点点火变轨瞬间，速度增大d飞船在轨道绕星球运动一周所需的时间大于在轨道绕星球运动一周所需的时间bd由飞船在轨道上的运动轨迹可知，飞船在b点做离心运动，b点的万有引力小于所需的向心力，a错误；从a到b的运动过程中万有引力做正功，由动能定理可知，动能增大，b正确；由题可知在a点制动进入椭圆轨道，速度减小，c错误；由开普勒第三定律可得，d正确迁移3变轨过程能量变化3(多选)如图445是“嫦娥三号”飞行轨道示意图，在地月转移段，若不计其他星体的影响，关闭发动机后，下列说法正确的是( ) 【导学号：84370189】图445a“嫦娥三号”飞行速度一定越来越小b“嫦娥三号”的动能可能增大c“嫦娥三号”的动能和引力势能之和一定不变d“嫦娥三号”的动能和引力势能之和可能增大题眼点拨“不计其它星体的影响”只考虑地球和月球的万有引力；“关闭发动机”说明只受万有引力作用ac在地月转移段“嫦娥三号”所受地球和月球的引力之和指向地球，关闭发动机后，“嫦娥三号”向月球飞行，要克服引力做功，动能一定减小，速度一定减小，选项a正确，b错误关闭发动机后，只有万有引力做功，“嫦娥三号”的动能和引力势能之和一定不变，选项c正确，d错误迁移4变轨对接问题4假设“天宫二号”空间实验室与“神舟十一号”飞船都围绕地球做匀速圆周运动，为了实现飞船与空间实验室的对接，下列措施可行的是( ) 图446a使飞船与空间实验室在同一轨道上运行，然后飞船加速追上空间实验室实现对接b使飞船与空间实验室在同一轨道上运行，然后空间实验室减速等待飞船实现对接c飞船先在比空间实验室半径小的轨道上加速，加速后飞船逐渐靠近空间实验室，两者速度接近时实现对接d飞船先在比空间实验室半径小的轨道上减速，减速后飞船逐渐靠近空间实验室，两者速度接近时实现对接c飞船在同一轨道上加速追赶空间实验室时，速度增大，所需向心力大于万有引力，飞船将做离心运动，不能实现与空间实验室的对接，选项a错误；同理，空间实验室在同一轨道上减速等待飞船时，速度减小，所需向心力小于万有引力，空间实验室做近心运动，也不能实现对接，选项b错误；当飞船在比空间实验室半径小的轨道上加速时，飞船做离心运动，逐渐靠近空间实验室，可实现对接，选项c正确；当飞船在比空间实验室半径小的轨道上减速时，飞船将做近心运动，远离空间实验室，不能实现对接，选项d错误反思总结卫星变轨分析及规律总结当卫星由于某种原因速度突然改变时，万有引力不再等于向