高考物理复习 高效学习方略 44 万有引力与航天课件.ppt

一 开普勒运动定律 一个焦点 太阳 面积 半长轴 公转周期 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 引力的大小与成正比 与它们之间成反比 2 公式 f 其中g n m2 kg2 叫做引力常量 物体的质量m1和m2的乘积 距离r的二次方 6 67 10 11 3 适用条件 公式适用于间的相互作用 当两物体间的距离远大于物体本身的大小时 物体可视为质点 均匀的球体可视为质点 r是间的距离 一个均匀球体与球外一个质点的万有引力也适用 其中r为球心到间的距离 质点 两球心 质点 三 三种宇宙速度1 第一宇宙速度 1 推导过程 由mg mv2 r gmm r2得 v km s 2 第一宇宙速度是人造地球卫星在环绕地球做匀速圆周运动时具有的速度 3 第一宇宙速度是人造卫星的速度 也是人造地球卫星的速度 7 9 地面附近 最大环绕 最小发射 2 第二宇宙速度 脱离速度 v2 km s 使物体挣脱引力束缚的最小发射速度 3 第三宇宙速度 逃逸速度 v3 km s 使物体挣脱引力束缚的最小发射速度 11 2 16 7 地球 太阳 四 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 3 经典力学只适用于低速 宏观 弱力 运动状态的改变 相同 2 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 增大 不同 解析cd由万有引力公式的适用条件可知a b错误 c d正确 3 若已知行星绕太阳公转的半径为r 公转的周期为t 万有引力恒量为g 则由此可求出 a 某行星的质量b 太阳的质量c 某行星的密度d 太阳的密度 4 2010 福建理综 火星探测项目是我国继神舟载人航天工程 嫦娥探月工程之后又一个重大太空探索项目 假设火星探测器在火星表面附近圆形轨道运行周期为t1 神舟飞船在地球表面附近圆形轨道运行周期为t2 火星质量与地球质量之比为p 火星半径与地球半径之比为q 则t1 t2之比为 5 两颗人造地球卫星a b距地面的高度分别为r和2r r为地球半径 求 1 a b卫星的线速度之比 2 a b卫星的周期之比 要点一几组概念的比较 2 人造地球卫星的最小发射速度应是卫星发射到近地表面运行 此时发射动能全部作为绕行的动能而不需要转化为重力势能 此速度即为第一宇宙速度 此时v发射 v环绕 2 两种加速度 卫星的向心加速度和随地球自转的向心加速度的比较 3 两个半径 天体半径r和卫星轨道半径r的比较卫星的轨道半径是天体的卫星绕天体做圆周运动的圆的半径 所以r r h 当卫星贴近天体表面运动时 h 0 可近似认为轨道半径等于天体半径 4 两种周期 自转周期和公转周期的比较自转周期是天体绕自身某轴线运动一周的时间 公转周期是卫星绕中心天体做圆周运动一周的时间 一般情况下天体的自转周期和公转周期是不等的 如 地球自转周期为24小时 公转周期为365天 但也有相等的 如月球 自转 公转周期都约为27天 所以地球上看到的都是月球固定的一面 在应用中要注意区别 1 请判断上面的结果是否正确 并说明理由 如不正确 请给出正确的解法和结果 2 请根据已知条件再提出两种估算地球质量的方法并解得结果 规律方法 解决万有引力定律的应用问题 尽管题目很多 但其基本方法是不变的 即把绕行天体的运动看成圆周运动 万有引力提供向心力 选择合适的表达式求解 要点二卫星的变轨问题 例2 2010 江苏物理 2009年5月 航天飞机在完成对哈勃空间望远镜的维修任务后 在a点从圆形轨道 进入椭圆轨道 b为轨道 上的一点 如图所示 关于航天飞机的运动 下列说法中正确的有 a 在轨道 上经过a点的速度小于经过b点的速度b 在轨道 上经过a点的动能小于轨道 上经过a点的动能c 在轨道 上运动的周期小于在轨道 上运动的周期d 在轨道 上经过a点的加速度小于在轨道 上经过a点的加速度 规律方法 1 做圆周运动的卫星 其a v t等由轨道半径r及中心天体质量m决定 分析半径是解题和处理问题的关键 2 卫星变轨是通过调整速度来实现的 若卫星加速 则做离心运动 轨道半径变大 稳定后v变小 若卫星减速 则做向心运动 轨道半径变小 稳定后v变大 2010 天津理综 探测器绕月球做匀速圆周运动 变轨后在周期较小的轨道上仍做匀速圆周运动 则变轨后与变轨前相比 a 轨道半径变小b 向心加速度变小c 线速度变小d 角速度变小 易错点混淆同步卫星 近地卫星 地球赤道上物体运动的特点导致错误 例 如图 同步卫星与地心的距离为r 运行速率为v1 向心加速度为a1 地球赤道上的物体随地球自转的向心加速度为a2 第一宇宙速度为v2 地球半径为r 则下列比值正确的是 答案 ad 1 2011 广东六校联考 2010年1月17日00时12分 我国成功发射 北斗二号 卫星并定点于地球同步卫星轨道 北斗二号 卫星与近地表面做匀速圆周运动的卫星对比 a 北斗二号 卫星的线速度更大b 北斗二号 卫星的周期更大c 北斗二号 卫星的角速度更大d 北斗二号 卫星的向心加速度更大 2 2011 全国新课标理综 我国 嫦娥一号 探月卫星发射后 先在 24小时轨道 上绕地球运行 即绕地球一圈需要24小时 然后 经过两次变轨依次到达 48小时轨道 和 72小时轨道 最后奔向月球 如果按圆形轨道计算 并忽略卫星质量的变化 则在每次变轨完成后与变轨前相比 a 卫星动能增大 引力势能减小b 卫星动能增大 引力势能增大c 卫星动能减小 引力势能减小d 卫星动能减小 引力势能增大 3 2011 北京理综 由于通讯和广播等方面的需要 许多国家发射了地球同步轨道卫星 这些卫星的 a 质量可以不同b 轨道半径可以不同c 轨道平面可以不同d 速率可以不同 4 2011 杭州质检 如图所示 从地面上a点发射一枚远程弹道导弹 在引力作用下 沿acb椭圆轨道飞行击中地面目标b c为轨道的远地点 距地面高度为h 已知地球半径为r 地球质量为m 引力常量为g 设距地面高度为h的圆轨道上卫星运动周期为t0 下列结论正确的是 5 2011 福州质检 神舟 七号载人航天飞行获得