高考物理二轮复习 专题一 力与运动 第4讲 万有引力定律及其应用课件.ppt

第4讲万有引力定律及其应用 2 网络构建 要点必备 3 网络构建 要点必备 中心天体 mg mr 2 mg 4 网络构建 要点必备 5 1 2 3 4 1 2018全国 卷 2018年2月 我国500m口径射电望远镜 天眼 发现毫秒脉冲星 j0318 0253 其自转周期t 5 19ms 假设星体为质量均匀分布的球体 已知万有引力常量为6 67 10 11n m2 kg2 以周期t稳定自转的星体的密度最小值约为 a 5 109kg m3b 5 1012kg m3c 5 1015kg m3d 5 1018kg m3考点定位 万有引力定律 天体质量和密度的计算命题能力点 侧重考查理解能力和分析综合能力物理学科素养点 科学思维解题思路与方法 在天体中万有引力提供向心力 即 天体的密度公式 结合这两个公式求解 c 6 1 2 3 4 7 1 2 3 4 2 2018全国 卷 为了探测引力波 天琴计划 预计发射地球卫星p 其轨道半径约为地球半径的16倍 另一地球卫星q的轨道半径约为地球半径的4倍 p与q的周期之比约为 a 2 1b 4 1c 8 1d 16 1考点定位 本题考查卫星的运动 开普勒定律及其相关的知识点命题能力点 侧重考查理解能力和分析综合能力物理学科素养点 科学思维误区警示 解答此题常见错误是把题述的卫星轨道半径误认为是卫星距离地面的高度 陷入误区 c 8 1 2 3 4 3 2016全国 卷 利用三颗位置适当的地球同步卫星 可使地球赤道上任意两点之间保持无线电通信 目前 地球同步卫星的轨道半径约为地球半径的6 6倍 假设地球的自转周期变小 若仍仅用三颗同步卫星来实现上述目的 则地球自转周期的最小值约为 a 1hb 4hc 8hd 16h考点定位 万有引力定律 开普勒第三定律 同步卫星命题能力点 侧重考查理解能力和分析综合能力物理学科素养点 科学思维解题思路与方法 明确同步卫星的周期等于地球的自转周期 本题关键是要知道地球自转周期最小时 三个同步卫星的位置 求出卫星的轨道半径 b 9 1 2 3 4 10 1 2 3 4 4 多选 2018全国 卷 2017年 人类第一次直接探测到来自双中子星合并的引力波 根据科学家们复原的过程 在两颗中子星合并前约100s时 它们相距约400km 绕二者连线上的某点每秒转动12圈 将两颗中子星都看作是质量均匀分布的球体 由这些数据 万有引力常量并利用牛顿力学知识 可以估算出这一时刻两颗中子星 a 质量之积b 质量之和c 速率之和d 各自的自转角速度考点定位 双星模型命题能力点 侧重考查理解能力和分析综合能力物理学科素养点 科学思维解题思路与方法 双星间的万有引力提供向心力 双星共同绕它们连线上某点做圆周运动 双星与旋转中心始终共线 它们的周期 角速度相同 bc 11 1 2 3 4 12 1 2 3 4 命题规律研究及预测 分析近几年的高考试题可以看出 高考命题主要方向包括 开普勒定律 万有引力定律 天体质量和密度的求解 卫星 含同步卫星 运行参量的分析 双星模型等等 侧重定量计算的考查 考查范围较广 题型主要为选择题 在2019年的备考过程中要对以上问题各个击破 不能押宝赌运气 13 考点一 考点二 考点三 万有引力定律及天体质量和密度的求解 h 规律方法天体质量及密度的估算方法 14 考点一 考点二 考点三 b 15 考点一 考点二 考点三 16 考点一 考点二 考点三 1 多选 2018华南师大附中三模 已知人造航天器在月球表面附近绕月球做匀速圆周运动 经过时间t t小于航天器的绕行周期 航天器运动的弧长为s 航天器与月球的中心连线扫过角度为 万有引力常量为g 则 bc 17 考点一 考点二 考点三 18 考点一 考点二 考点三 2 2018北京大兴区期末 已知地球半径为r 表面的重力加速度为g 万有引力常量为g 月球绕地球做匀速圆周运动的轨道半径为r 忽略地球自转的影响 1 求地球质量为m 2 求月球做圆周运动的周期t 3 牛顿在建立万有引力定律的时候考虑了苹果落地和月球绕地球运动的问题 他认为使苹果落地与月球绕地球运动受到的是同种性质的力 都是地球对它们的引力 都与距离的二次方成反比关系 牛顿根据当时已知地球表面重力加速度g 月亮的轨道半径r约为地球半径的60倍和月球公转周期t 就证明他的判断是正确的 请你说明牛顿判断的依据 19 考点一 考点二 考点三 20 考点一 考点二 考点三 21 考点一 考点二 考点三 卫星的定轨和变轨问题题型1卫星运行参量的分析 h 解题策略策略1 定量分析法 3 结合r大小关系 比较得出a v t的大小关系 策略2 定性结论法将下述结论牢记于心 r越大 向心加速度 线速度 动能 角速度均越小 而周期和能量均越大 22 考点一 考点二 考点三 典例2 2018四川 联测促改 在距地面不同高度的太空有许多飞行器 其中 天舟一号 距地面高度约为393km 哈勃望远镜距地面高度约为612km 张衡一号 距地面高度约为500km 若它们均可视为绕地球圆周运动 则 a 天舟一号 的加速度大于 张衡一号 的加速度b 哈勃望远镜的线速度大于 张衡一号 的线速度c 天舟一号 的周期大于哈勃望远镜的周期d 哈勃望远镜的角速度大于 张衡一号 的角速度 a 思维点拨列出五个连等式 导出四个表达式 结合r大小关系 比较得出a v t的大小关系 23 考点一 考点二 考点三 24 考点一 考点二 考点三 3 2018河北邯郸一模 2017年12月23日12时14分 我国在酒泉卫星发射中心用长征二号丁运载火箭 成功将陆地勘查卫星二号发射升空 该卫星进入预定轨道后 每天绕地球转动16圈 已知地球半径为r 地球同步卫星距离地面的高度为h 则该卫星在预定轨道上绕地球做圆周运动过程中离地面的高度为 a 25 考点一 考点二 考点三 26 考点一 考点二 考点三 4 2018山东烟台期末 2017年11月5日19时45分 西昌卫星发射中心再次用长征三号乙运载火箭 成功发射两颗北斗三号全球组网卫星 根据计划 到2020年 将完成35颗北斗三号卫星的组网 实现全球服务能力 北斗三号卫星导航系统空间段由5颗同步卫星和30颗非静止轨道卫星组成 以下关于地球同步卫星的说法正确的是 a 同步卫星绕地球运动的周期比月球绕地球运动的周期大b 同步卫星可以从北半球上方通过c 同步卫星绕地球运动的线速度比第一宇宙速度小d 同步卫星绕地球运动的向心加速度大于地球表面的重力加速度 c 27 考点一 考点二 考点三 28 考点一 考点二 考点三 5 2018广西桂林 贺州期末 有a b c d四颗地球卫星 a还未发射 在地球赤道上随地球表面一起转动 b处于地面附近近地轨道上正常运动 c是地球同步卫星 d是高空探测卫星 各卫星排列位置如图 则有 a a的向心加速度等于重力加速度gb b在相同时间内转过的弧长最短c c在4h内转过的圆心角是d d的运动周期有可能是20h c 29 考点一 考点二 考点三 30 考点一 考点二 考点三 题型2卫星的变轨与对接 l 规律方法1 卫星变轨的两种常见情况 2 航天器变轨问题的三点注意事项 1 航天器变轨时半径的变化 根据万有引力和所需向心力的大小关系判断 稳定在新轨道上的运行速度变化由判断 2 航天器在不同轨道上运行时机械能不同 轨道半径越大 机械能越大 3 航天器经过不同轨道相切的同一点时加速度相等 外轨道的速度大于内轨道的速度 31 考点一 考点二 考点三 典例3 多选 2018广东东莞期末 如图 一颗在椭圆轨道 上运行的地球卫星 通过轨道 上的近地点p时 短暂点火加速后进入同步转移轨道 当卫星到达同步转移轨道 的远地点q时 再次变轨 进入同步轨道 下列说法正确的是 a 卫星在轨道 的p点进入轨道 机械能增加b 卫星在轨道 经过q点时和在轨道 经过q点时速度相同c 卫星在轨道 经过q点时和在轨道 经过q点时加速度相同d 由于不同卫星的质量不同 因此它们的同步轨道高度不同 ac 32 考点一 考点二 考点三 思维点拨卫星变轨时半径的变化 根据万有引力和所需向心力的大小关系判断 稳定在新轨道上的运行速度变化由判断 根据牛顿第二定律比较加速度大小 33 考点一 考点二 考点三 34 考点一 考点二 考点三 ab 35 考点一 考点二 考点三 36 考点一 考点二 考点三 7 多选 2018河南周口期末 天舟一号 货运飞船于2017年4月20日在海南文昌航天发射场发射升空 在与 天宫二号 空间实验室对接前 两者均围绕地球做匀速圆周运动 且 天宫二号 轨道较高 下列说法中正确的是 a 天宫二号 的线速度大于第一宇宙速度b 天舟一号 的运行周期小于 天宫二号 的运行周期c 天舟一号 中运送的货物不受重力作用d 为了顺利实现对接 天舟一号 需要点火加速 bd 37 考点一 考点二 考点三 解析第一宇宙速度是最大的环绕速度 任何做匀速圆周运动的卫星的速度不可能大于第一宇宙速度 所以 天宫二号 的线速度小于第一宇宙速度 故a错误 根据开普勒第三定律可知 轨道半径越大 周期越大 所以 天舟一号 的运行周期小于 天宫二号 的运行周期 故b正确 天舟一号 中运送的货物处于失重状态 但仍受重力作用 故c错误 为了顺利实现对接 天舟一号 需要从低轨道点火加速才能实现 故d正确 38 考点一 考点二 考点三 8 2018山东菏泽期末 我国已发射 嫦娥三号 登月探测器 该探测器首次造访月球表面 如图所示 嫦娥三号 在环月圆轨道 上的a点实施变轨 进入近月的椭圆轨道 由近月点b成功落月 如图所示 下列关于 嫦娥三号 的说法 正确的是 a 沿轨道 运动至a点时 需向前喷气减速才能进入轨道 b 沿轨道 运行的周期大于沿轨道 运行的周期c 沿轨道 运行时 在a点的加速度大于在b点的加速度d 在轨道 上由a点运行到b点的过程 速度逐渐减小 a 39 考点一 考点二 考点三 40 考点一 考点二 考点三 双星与多星问题 l 规律方法天体运动中的多星模型 1 双星模型 天体运动中 将两颗彼此距离较近且绕同一点做圆周运动的星体称为双星模型 双星模型具有如下特点 双星间的万有引力提供向心力 双星共同绕它们连线上某点做圆周运动 轨道半径与星体的质量成反比 双星与旋转中心始终共线 它们的周期 角速度相同 双星模型中 a b间距离为l a b质量分别为m1 m2 常见公式有轨道半径 双星运行周期 41 考点一 考点二 考点三 2 天体运动中 三星 四星等多星模型是指相互作用且围绕某一点做圆周运动的星体 星体做圆周运动所需向心力由其他星体对它的万有引力的合力提供 在多星系统中各星体运行的角速度相等 其中三星模型常常有两种情况 三个星体连在同一直线上 两个星体围绕中央的星体做周期相同的圆周运动 向心力来源于其他两个星体对它的引力的合力 三个星体位于等边三角形的三个顶点上 并沿等边三角形的外接圆轨道运行 三个星体运行周期相同 向心力来源于其他两个星体对它的万有引力的合力 42 考点一 考点二 考点三 典例4 2018安徽皖北协作区联考 引力波的发现 证实了爱因斯坦100年前的预测 弥补了爱因斯坦广义相对论中最后一块缺失的 拼图 双星的运动是产生引力波的来源之一 假设宇宙中有一双星系统由a b两颗星体组成 这两颗星绕它们连线上的某一点在万有引力作用下做匀速圆周运动 测得a星的周期为t a b两颗星的距离为l a b两颗星的轨道半径之差为 r a星的轨道半径大于b星的轨道半径 则 b 43 考点一 考点二 考点三 思维点拨根据向心力的关系求出转动的半径之比 从而得出线速度大小之比 根据向心力相等求出质量关系 44 考点一 考点二 考点三 9 2018四川乐山调研 2017年6月15日 我国在酒泉卫星发射中心用长征四号乙运载火箭成功发射x射线调制望远镜卫星 慧眼 慧眼 的成功发射将显著提升我国大型科学卫星研制水平 填补我国x射线探测卫星的空白 实现我国在空间高能天体物理领域由地面观测向天地联合观测的超越 慧眼 研究的对象主要是黑洞 中子星和射线暴等致密天体和爆发现象 在利用 慧眼 观测美丽的银河系时 若发现某双黑洞间的距离为l 黑洞的半径远小于黑洞之间的距离 只在彼此之间的万有引力作用下做匀速圆周运动 其运动周期为t 引力常量为g 则双黑洞总质量为 a 45 考点一 考点二 考点三 46 考点一 考点二 考点三 10 2018山西太原期末 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直线上 两颗星围绕中央星在半径同为r的圆轨道上运行 另一种形式是三颗星位于边长为r的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 则第一种形式下绕中心运动的星体与第二种形式