万有引力与航天课件优课细讲

1、第四章 曲线运动 万有引力与航天物理菜菜 单单主主干干知知识识整整合合高高频频考考点点突突破破知知能能达达标标训训练练第四节 万有引力与航天第四章 曲线运动 万有引力与航天物理菜菜 单单主主干干知知识识整整合合高高频频考考点点突突破破知知能能达达标标训训练练一、一、万有引力定律万有引力定律1内容：自然界中任何两个物体都相互吸引，引力内容：自然界中任何两个物体都相互吸引，引力的大小与物体的质量的大小与物体的质量m1和和m2的的 成正比，与它们之间的成正比，与它们之间的距离距离r的的 成反比成反比2表达式：表达式：f ，其中，其中g nm2/kg2，叫引力常量叫引力常量3适用条件：适用条件：公式适

2、用于公式适用于质点质点间的相互作用也适间的相互作用也适用于两个质量分布均匀的球体间的相互作用，但此时用于两个质量分布均匀的球体间的相互作用，但此时r是是 间的距离，一个均匀球体与球外一个质点的万有引间的距离，一个均匀球体与球外一个质点的万有引力也适用，其中力也适用，其中r为为 到质点间的距离到质点间的距离 主干知识整合主干知识整合二次方二次方6.671011两球心两球心球心球心乘积乘积第四章 曲线运动 万有引力与航天物理菜菜 单单主主干干知知识识整整合合高高频频考考点点突突破破知知能能达达标标训训练练学有所悟学有所悟如何理解两物体间的万有引力？如何理解两物体间的万有引力？1两个物体间相互作用的

3、万有引力是一对作用力和两个物体间相互作用的万有引力是一对作用力和反作用力，它们大小相等，方向相反，分别作用于两个物反作用力，它们大小相等，方向相反，分别作用于两个物体上体上2在通常情况下，万有引力非常小，只有在质量巨在通常情况下，万有引力非常小，只有在质量巨大的星球间或天体与天体附近的物体间，它的存在才有实大的星球间或天体与天体附近的物体间，它的存在才有实际的物理意义，故在分析地球表面上物体受力时，不考虑际的物理意义，故在分析地球表面上物体受力时，不考虑地面上物体间的万有引力，只考虑地球对地面上物体的万地面上物体间的万有引力，只考虑地球对地面上物体的万有引力有引力3两物体间的万有引力只与它们本

4、身的质量以及它两物体间的万有引力只与它们本身的质量以及它们之间的距离有关，而与所在空间的性质无关，也与周围们之间的距离有关，而与所在空间的性质无关，也与周围有无其他物体无关有无其他物体无关 第四章 曲线运动 万有引力与航天物理菜菜 单单主主干干知知识识整整合合高高频频考考点点突突破破知知能能达达标标训训练练自主检测自主检测第四章 曲线运动 万有引力与航天物理菜菜 单单主主干干知知识识整整合合高高频频考考点点突突破破知知能能达达标标训训练练第四章 曲线运动 万有引力与航天物理菜菜 单单主主干干知知识识整整合合高高频频考考点点突突破破知知能能达达标标训训练练二、二、宇宙速度及同步卫星宇宙速度及同步

5、卫星在地面附近在地面附近mg7.9最大最大最小最小11.2地球地球第四章 曲线运动 万有引力与航天物理菜菜 单单主主干干知知识识整整合合高高频频考考点点突突破破知知能能达达标标训训练练16.7太阳太阳赤道赤道地球自转地球自转24 h地球自转地球自转 第四章 曲线运动 万有引力与航天物理菜菜 单单主主干干知知识识整整合合高高频频考考点点突突破破知知能能达达标标训训练练学有所悟学有所悟第四章 曲线运动 万有引力与航天物理菜菜 单单主主干干知知识识整整合合高高频频考考点点突突破破知知能能达达标标训训练练自主检测自主检测2(2012四川理综四川理综)今年今年4月月30日，西昌卫星发射中心日，西昌卫星发

6、射中心发射的中圆轨道卫星，其轨道半径为发射的中圆轨道卫星，其轨道半径为2.8107 m它与另一它与另一颗同质量的同步轨道卫星颗同质量的同步轨道卫星(轨道半径为轨道半径为4.2107 m)相比相比a向心力较小向心力较小b动能较大动能较大c发射速度都是第一宇宙速度发射速度都是第一宇宙速度d角速度较小角速度较小 第四章 曲线运动 万有引力与航天物理菜菜 单单主主干干知知识识整整合合高高频频考考点点突突破破知知能能达达标标训训练练第四章 曲线运动 万有引力与航天物理菜菜 单单主主干干知知识识整整合合高高频频考考点点突突破破知知能能达达标标训训练练三、三、经典时空观和相对论时空观经典时空观和相对论时空观

7、1经典时空观经典时空观(1)在经典力学中，物体的质量是不随在经典力学中，物体的质量是不随 而改变而改变的的(2)在经典力学中，同一物理过程发生的位移和对应时在经典力学中，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间的测量结果在不同的参考系中是 2相对论时空观相对论时空观(1)在狭义相对论中，物体的质量随物体的运动速度的在狭义相对论中，物体的质量随物体的运动速度的增大而增大而 ，用公式表示为，用公式表示为m .(2)在狭义相对论中，同一物理过程发生的位移和对应在狭义相对论中，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时间的测量结果在不同的参考系中是 运动状态运

8、动状态相同的相同的不同的不同的增大增大第四章 曲线运动 万有引力与航天物理菜菜 单单主主干干知知识识整整合合高高频频考考点点突突破破知知能能达达标标训训练练自主检测自主检测3下列说法中正确的是下列说法中正确的是a经典力学适用于任何情况下的任何物体经典力学适用于任何情况下的任何物体b狭义相对论否定了经典力学狭义相对论否定了经典力学c量子力学能够描述微观粒子运动的规律性量子力学能够描述微观粒子运动的规律性d万有引力定律也适用于强相互作用力万有引力定律也适用于强相互作用力第四章 曲线运动 万有引力与航天物理菜菜 单单主主干干知知识识整整合合高高频频考考点点突突破破知知能能达达标标训训练练解析解析经典

9、力学只适用于宏观、低速、弱引力的情况，经典力学只适用于宏观、低速、弱引力的情况，a错误狭义相对论没有否定经典力学，在宏观低速情况下，错误狭义相对论没有否定经典力学，在宏观低速情况下，相对论的结论与经典力学没有区别，相对论的结论与经典力学没有区别，b错误量子力学更正错误量子力学更正确地描述了微观粒子运动的规律性，确地描述了微观粒子运动的规律性，c正确万有引力定律正确万有引力定律只适用于弱相互作用力，而对于强相互作用力是不适用的，只适用于弱相互作用力，而对于强相互作用力是不适用的，d错误错误答案答案c 第四章 曲线运动 万有引力与航天物理菜菜 单单主主干干知知识识整整合合高高频频考考点点突突破破知

10、知能能达达标标训训练练考点解读考点解读高频考点突破高频考点突破考点一：考点一：应用万有引力定律分析天体的运动应用万有引力定律分析天体的运动第四章 曲线运动 万有引力与航天物理菜菜 单单主主干干知知识识整整合合高高频频考考点点突突破破知知能能达达标标训训练练第四章 曲线运动 万有引力与航天物理菜菜 单单主主干干知知识识整整合合高高频频考考点点突突破破知知能能达达标标训训练练第四章 曲线运动 万有引力与航天物理菜菜 单单主主干干知知识识整整合合高高频频考考点点突突破破知知能能达达标标训训练练例例1 第四章 曲线运动 万有引力与航天物理菜菜 单单主主干干知知识识整整合合高高频频考考点点突突破破知知能

11、能达达标标训训练练第四章 曲线运动 万有引力与航天物理菜菜 单单主主干干知知识识整整合合高高频频考考点点突突破破知知能能达达标标训训练练特别提醒特别提醒天体运动中相关量的联系天体运动中相关量的联系(1)卫星的卫星的a、v、t是相互联系的，如果一个量发是相互联系的，如果一个量发生变化，其他量也随之发生变化；这些量与卫星的质量无生变化，其他量也随之发生变化；这些量与卫星的质量无关，它们由轨道半径和中心天体的质量共同决定关，它们由轨道半径和中心天体的质量共同决定(2)卫星的轨道半径与中心天体的半径不要混淆，只有卫星的轨道半径与中心天体的半径不要混淆，只有近地卫星的轨道半径才等于天体的半径近地卫星的轨

12、道半径才等于天体的半径 第四章 曲线运动 万有引力与航天物理菜菜 单单主主干干知知识识整整合合高高频频考考点点突突破破知知能能达达标标训训练练跟踪训练跟踪训练第四章 曲线运动 万有引力与航天物理菜菜 单单主主干干知知识识整整合合高高频频考考点点突突破破知知能能达达标标训训练练考点解读考点解读1卫星的轨道卫星的轨道卫星绕地球做匀速圆周运动时靠地球对它的万有引力卫星绕地球做匀速圆周运动时靠地球对它的万有引力充当向心力，地球对卫星的万有引力指向地心，因此卫星充当向心力，地球对卫星的万有引力指向地心，因此卫星绕地球做匀速圆周运动的圆心必与地心重合，而这样的轨绕地球做匀速圆周运动的圆心必与地心重合，而这

13、样的轨道有多种，其中比较特殊的有与赤道共面的赤道轨道道有多种，其中比较特殊的有与赤道共面的赤道轨道(赤道赤道卫星卫星)和通过两极点上空的极地轨道和通过两极点上空的极地轨道(极地卫星极地卫星)，当然也应，当然也应存在着轨道平面与赤道平面成某一角度的轨道，只要圆周存在着轨道平面与赤道平面成某一角度的轨道，只要圆周的圆心在地心，就可能为卫星绕地球运行的圆轨道的圆心在地心，就可能为卫星绕地球运行的圆轨道 考点二：考点二：人造卫星的在轨运行和变轨问题人造卫星的在轨运行和变轨问题第四章 曲线运动 万有引力与航天物理菜菜 单单主主干干知知识识整整合合高高频频考考点点突突破破知知能能达达标标训训练练第四章 曲

14、线运动 万有引力与航天物理菜菜 单单主主干干知知识识整整合合高高频频考考点点突突破破知知能能达达标标训训练练第四章 曲线运动 万有引力与航天物理菜菜 单单主主干干知知识识整整合合高高频频考考点点突突破破知知能能达达标标训训练练例例2 (2012皖南八校联皖南八校联考考)2010年年10月月26日日21时时27分，分，北京航天飞行控制中心对北京航天飞行控制中心对“嫦嫦娥娥”二号卫星实施了降轨控制，二号卫星实施了降轨控制，卫星成功的在卫星成功的在a点从圆形轨道点从圆形轨道进入椭圆轨道进入椭圆轨道，b为轨道为轨道上的一点，如图上的一点，如图441所所示关于示关于“嫦娥嫦娥”二号的运动，二号的运动，下

15、列说法中正确的有下列说法中正确的有 第四章 曲线运动 万有引力与航天物理菜菜 单单主主干干知知识识整整合合高高频频考考点点突突破破知知能能达达标标训训练练a在轨道在轨道上经过上经过a点的速度大于经过点的速度大于经过b点的速度点的速度b在轨道在轨道上经过上经过a点的加速度小于经过点的加速度小于经过b点的加速点的加速度度c在轨道在轨道上经过上经过a点的速度大于在轨道点的速度大于在轨道上经过上经过a点的速度点的速度d在轨道在轨道上经过上经过a点的加速度小于在轨道点的加速度小于在轨道上经过上经过a点的加速度点的加速度 第四章 曲线运动 万有引力与航天物理菜菜 单单主主干干知知识识整整合合高高频频考考点

16、点突突破破知知能能达达标标训训练练第四章 曲线运动 万有引力与航天物理菜菜 单单主主干干知知识识整整合合高高频频考考点点突突破破知知能能达达标标训训练练方法技巧方法技巧第四章 曲线运动 万有引力与航天物理菜菜 单单主主干干知知识识整整合合高高频频考考点点突突破破知知能能达达标标训训练练跟踪训练跟踪训练2(2012广东理综广东理综)如图如图442所示，飞船从轨道所示，飞船从轨道1变轨至轨道变轨至轨道2.若飞船在两轨道上都做匀速圆周运动，不考虑若飞船在两轨道上都做匀速圆周运动，不考虑质量变化，相对于在轨道质量变化，相对于在轨道1上，飞船在轨道上，飞船在轨道2上的上的 第四章 曲线运动 万有引力与航

17、天物理菜菜 单单主主干干知知识识整整合合高高频频考考点点突突破破知知能能达达标标训训练练第四章 曲线运动 万有引力与航天物理菜菜 单单主主干干知知识识整整合合高高频频考考点点突突破破知知能能达达标标训训练练考点解读考点解读在天体运动中，将两颗彼此相在天体运动中，将两颗彼此相距较近的行星称为双星星体距较近的行星称为双星星体在万有引力提供向心力的情况在万有引力提供向心力的情况下做匀速圆周运动，具有以下下做匀速圆周运动，具有以下三个特点：三个特点： 考点三：考点三：天体运动中的天体运动中的“双星双星”模型模型第四章 曲线运动 万有引力与航天物理菜菜 单单主主干干知知识识整整合合高高频频考考点点突突破

18、破知知能能达达标标训训练练1两颗行星做圆周运动所需的向心力由它们之间的万两颗行星做圆周运动所需的向心力由它们之间的万有引力提供，故有引力提供，故f1f2，且方向相反，分别作用在，且方向相反，分别作用在m1、m2两颗行星上两颗行星上2由于两颗行星之间的距离总是恒定不变的，所以两由于两颗行星之间的距离总是恒定不变的，所以两颗行星的运行周期就必须相等，即颗行星的运行周期就必须相等，即t1t2.3由于圆心在两颗行星的连线上，所以由于圆心在两颗行星的连线上，所以r1r2l. 第四章 曲线运动 万有引力与航天物理菜菜 单单主主干干知知识识整整合合高高频频考考点点突突破破知知能能达达标标训训练练例例3 (1

19、8分分)(2010全国全国)如图如图444所示，质量分所示，质量分别为别为m和和m的两个星球的两个星球a和和b在引力作用下都绕在引力作用下都绕o点做匀速圆点做匀速圆周运动，星球周运动，星球a和和b两者中心之间的距离为两者中心之间的距离为l.已知已知a、b的中的中心和心和o三点始终共线，三点始终共线，a和和b分别在分别在o的两侧引力常数为的两侧引力常数为g. 第四章 曲线运动 万有引力与航天物理菜菜 单单主主干干知知识识整整合合高高频频考考点点突突破破知知能能达达标标训训练练(1)求两星球做圆周运动的周期；求两星球做圆周运动的周期；(2)在地月系统中，若忽略其他星球的影响，可以将月在地月系统中，

20、若忽略其他星球的影响，可以将月球和地球看成上述星球球和地球看成上述星球a和和b，月球绕其轨道中心运行的周，月球绕其轨道中心运行的周期记为期记为t1.但在近似处理问题时，常常认为月球是绕地心做但在近似处理问题时，常常认为月球是绕地心做圆周运动的，这样算得的运行周期记为圆周运动的，这样算得的运行周期记为t2.已知地球和月球已知地球和月球的质量分别为的质量分别为5.981024 kg和和7.351022 kg.求求t2与与t1两者平两者平方之比方之比(结果保留结果保留3位小数位小数) 【标准解答标准解答】(1)设两个星球设两个星球a和和b做匀速圆周运动做匀速圆周运动的轨道半径分别为的轨道半径分别为r

21、和和r，相互作用的引力大小为，相互作用的引力大小为f，运行周，运行周期为期为t.根据万有引力定律有根据万有引力定律有 第四章 曲线运动 万有引力与航天物理菜菜 单单主主干干知知识识整整合合高高频频考考点点突突破破知知能能达达标标训训练练第四章 曲线运动 万有引力与航天物理菜菜 单单主主干干知知识识整整合合高高频频考考点点突突破破知知能能达达标标训训练练第四章 曲线运动 万有引力与航天物理菜菜 单单主主干干知知识识整整合合高高频频考考点点突突破破知知能能达达标标训训练练感悟建模感悟建模1要明确双星中两颗子星做匀速圆周运动的向心力要明确双星中两颗子星做匀速圆周运动的向心力来源来源双星中两颗子星相互

22、绕着旋转可看作匀速圆周运动，双星中两颗子星相互绕着旋转可看作匀速圆周运动，其向心力由两恒星间的万有引力提供由于力的作用是相其向心力由两恒星间的万有引力提供由于力的作用是相互的，所以两子星做圆周运动的向心力大小是相等的，利互的，所以两子星做圆周运动的向心力大小是相等的，利用万有引力定律可以求得其大小用万有引力定律可以求得其大小2要明确双星中两颗子星做匀速圆周运动的运动参要明确双星中两颗子星做匀速圆周运动的运动参量的关系量的关系两子星绕着连线上的一点做匀速圆周运动，所以它们两子星绕着连线上的一点做匀速圆周运动，所以它们的运动周期是相等的，角速度也是相等的，所以线速度与的运动周期是相等的，角速度也是

23、相等的，所以线速度与两子星的轨道半径成正比两子星的轨道半径成正比 第四章 曲线运动 万有引力与航天物理菜菜 单单主主干干知知识识整整合合高高频频考考点点突突破破知知能能达达标标训训练练第四章 曲线运动 万有引力与航天物理菜菜 单单主主干干知知识识整整合合高高频频考考点点突突破破知知能能达达标标训训练练第四章 曲线运动 万有引力与航天物理菜菜 单单主主干干知知识识整整合合高高频频考考点点突突破破知知能能达达标标训训练练第四章 曲线运动 万有引力与航天物理菜菜 单单主主干干知知识识整整合合高高频频考考点点突突破破知知能能达达标标训训练练典例典例 如图如图445所示，所示，同步卫星与地心的距离为同步

24、卫星与地心的距离为r，运行速率为运行速率为v1，向心加速度为，向心加速度为a1；地球赤道上的物体随地球；地球赤道上的物体随地球自转的向心加速度为自转的向心加速度为a2，第一，第一宇宙速度为宇宙速度为v2，地球半径为，地球半径为r，则下列比值正确的是则下列比值正确的是 易错剖析易错剖析 误区警示误区警示错误案例错误案例混淆同步卫星、近地卫星、地球赤道上混淆同步卫星、近地卫星、地球赤道上物体的运动特点物体的运动特点第四章 曲线运动 万有引力与航天物理菜菜 单单主主干干知知识识整整合合高高频频考考点点突突破破知知能能达达标标训训练练第四章 曲线运动 万有引力与航天物理菜菜 单单主主干干知知识识整整合

25、合高高频频考考点点突突破破知知能能达达标标训训练练第四章 曲线运动 万有引力与航天物理菜菜 单单主主干干知知识识整整合合高高频频考考点点突突破破知知能能达达标标训训练练(2013(2013西安名校联考西安名校联考)“)“天宫一号天宫一号”空间实验室与空间实验室与“神舟九号神舟九号”飞船成功实现交会对接如图飞船成功实现交会对接如图4 44 46 6为为“神神舟九号舟九号”飞船飞船a a和和“天宫一号天宫一号”b b在轨道上的运行图，若已在轨道上的运行图，若已知知“神舟九号神舟九号”飞船距地面的高度为飞船距地面的高度为h h1 1，“天宫一号天宫一号”距距地面的高度为地面的高度为h h2 2，地球

26、半径为，地球半径为r r，“天宫一号天宫一号”的运行周期的运行周期为为t t，以下说法正确的是，以下说法正确的是 知能达标训练知能达标训练【名师押题名师押题】押题点押题点1 1：天体质量的计算天体质量的计算第四章 曲线运动 万有引力与航天物理菜菜 单单主主干干知知识识整整合合高高频频考考点点突突破破知知能能达达标标训训练练a可求得可求得“神舟九号神舟九号”的的运行速度和运行速度和“天宫一号天宫一号”的质量的质量b可求得可求得“神舟九号神舟九号”轨轨道处的重力加速度和其所受地球道处的重力加速度和其所受地球的万有引力的万有引力c增大增大“神舟九号神舟九号”的动的动能才能与能才能与“天宫一号天宫一号

27、”对接对接d减小减小“神舟九号神舟九号”的动的动能才能与能才能与“天宫一号天宫一号”对接对接 第四章 曲线运动 万有引力与航天物理菜菜 单单主主干干知知识识整整合合高高频频考考点点突突破破知知能能达达标标训训练练第四章 曲线运动 万有引力与航天物理菜菜 单单主主干干知知识识整整合合高高频频考考点点突突破破知知能能达达标标训训练练押题依据押题依据本题考查万有引力定律在天体运动中的本题考查万有引力定律在天体运动中的应用及卫星的变轨对接问题是历年高考的热点，题型多应用及卫星的变轨对接问题是历年高考的热点，题型多为选择题为选择题 第四章 曲线运动 万有引力与航天物理菜菜 单单主主干干知知识识整整合合高高频频考考点点突突破破知知能能达达标标训训练练(2013(2013宝鸡二模宝鸡二模)2011)2011年年1212月