高考物理 万有引力与航天课件 新人教版

1、一、开普勒运动定律一、开普勒运动定律1开普勒第一定律：开普勒第一定律：所有行星绕太阳运动的轨道都是所有行星绕太阳运动的轨道都是 ，太阳处在椭圆的一个太阳处在椭圆的一个 上上焦点焦点2开普勒第二定律：开普勒第二定律：对任意一个行星来说，它和太阳的对任意一个行星来说，它和太阳的 在相等的时间内扫过相等的在相等的时间内扫过相等的 面积面积连线连线椭圆椭圆3开普勒第三定律：开普勒第三定律：所有行星的轨道的所有行星的轨道的 的三次方跟它的三次方跟它 的的 的二次方的比值都相等，表达式：的二次方的比值都相等，表达式： .公转周期公转周期半长轴半长轴二、万有引力定律二、万有引力定律1内容：内容：自然界中任何

2、两个物体都相互吸引，引力的方自然界中任何两个物体都相互吸引，引力的方 向在它们的连线上，引力的大小跟物体的质量向在它们的连线上，引力的大小跟物体的质量m1和和m2 的的 成正比，与它们之间距离成正比，与它们之间距离r的的 成反比成反比2公式：公式：FG 其中其中G ， 叫引力常数叫引力常数6.671011 Nm2/kg2乘积乘积二次方二次方3特殊情况特殊情况(1)两质量分布均匀的球体间的相互作用，也可用本定律两质量分布均匀的球体间的相互作用，也可用本定律 来计算，其中来计算，其中r为为 (2)一个质量分布均匀的球体和球外一个质点间的万有引一个质量分布均匀的球体和球外一个质点间的万有引力也适用，

3、其中力也适用，其中r为为 两球心间的距离两球心间的距离质点到球心间的距离质点到球心间的距离三、三种宇宙速度三、三种宇宙速度1第一宇宙速度第一宇宙速度(环绕速度环绕速度)：v1 ，是人造地球卫，是人造地球卫星的最小星的最小 速度，也是人造地球卫星绕地球做圆速度，也是人造地球卫星绕地球做圆 周运动的周运动的 速度速度7.9 km/s发射发射最大最大2第二宇宙速度第二宇宙速度(脱离速度脱离速度)：v2 ，是使物体，是使物体 挣脱挣脱 引力束缚的最小发射速度引力束缚的最小发射速度11.2 km/s地球地球3第三宇宙速度第三宇宙速度(逃逸速度逃逸速度)：v3 ，是使物体，是使物体 挣脱挣脱 引力束缚的最

4、小发射速度引力束缚的最小发射速度太阳太阳16.7 km/s (1)三种宇宙速度均指发射速度，不要三种宇宙速度均指发射速度，不要误以为是环绕速度误以为是环绕速度(2)任何星体都有对应的宇宙速度，以上三种宇宙速度是对任何星体都有对应的宇宙速度，以上三种宇宙速度是对地球而言的地球而言的四、万有引力定律的应用四、万有引力定律的应用1天体质量和密度的计算天体质量和密度的计算(1)利用天体表面的重力加速度利用天体表面的重力加速度g和天体半径和天体半径R. 由于由于G mg，故天体质量，故天体质量M 天体密度天体密度(2)利用卫星绕天体做匀速圆周运动的周期利用卫星绕天体做匀速圆周运动的周期T和轨道半径和轨道

5、半径r. 由万有引力等于向心力，即由万有引力等于向心力，即G m r，得出，得出 中心天体中心天体 质量质量M 若已知天体的半径若已知天体的半径R，则天体的密度，则天体的密度 若天体的卫星在天体表面附近环绕天体运动，可认为若天体的卫星在天体表面附近环绕天体运动，可认为其轨道半径其轨道半径r等于天体半径等于天体半径R，则天体密度，则天体密度 不考虑天体自转，对任何天体表面都可以认为不考虑天体自转，对任何天体表面都可以认为mgG 从而得出从而得出GMgR2(通常称为通常称为黄金代换黄金代换)，其中，其中M为为该天体的质量，该天体的质量，R为该天体的半径，为该天体的半径，g为相应天体表面的重为相应天

6、体表面的重力加速度力加速度2讨论人造卫星的参量讨论人造卫星的参量(1)向心力和向心加速度：向心力和向心加速度：F 随着轨道半径的增随着轨道半径的增 加，加，卫星的向心力和向心加速度都减小卫星的向心力和向心加速度都减小(2)线速度线速度v：由：由 得得v 随着轨道半径的随着轨道半径的增加，卫星的线速度减小增加，卫星的线速度减小(3)角速度角速度：由：由 m2r 得得 随着轨道半随着轨道半 径的增加，做匀速圆周运动的卫星的角速度减小径的增加，做匀速圆周运动的卫星的角速度减小(4)周期：由周期：由 得得T2 随着轨道半随着轨道半 径的增加，卫星的周期增大径的增加，卫星的周期增大五五.卫星的超重与失重

7、卫星的超重与失重 卫星发射过程中，卫星上的物体处于超重状态。卫星发射过程中，卫星上的物体处于超重状态。卫星进入轨道后正常运转时，卫星具有的加速度等于轨道卫星进入轨道后正常运转时，卫星具有的加速度等于轨道 处的重力加速度处的重力加速度g轨，卫星上的物体完全失重轨，卫星上的物体完全失重返回时，由于空气、降落伞或沿向地面方向喷气，卫星上返回时，由于空气、降落伞或沿向地面方向喷气，卫星上的物的物 体处于超重状态体处于超重状态六卫星的能量六卫星的能量 轨道半径越大，速度越小，动能越小，但重力势能越轨道半径越大，速度越小，动能越小，但重力势能越 大，且总机械能也越大，也就是轨道半径越大的卫星，大，且总机械

8、能也越大，也就是轨道半径越大的卫星，运行速度虽小，但发射速度越大运行速度虽小，但发射速度越大七同步卫星七同步卫星 同步卫星就是与地球同步运转，相对地球静止的卫星，同步卫星就是与地球同步运转，相对地球静止的卫星， 因此可用来作为通讯卫星同步卫星有以下几个特点：因此可用来作为通讯卫星同步卫星有以下几个特点：(1)周期一定：周期一定：T24 h.(2)角速度一定：同步卫星绕地球运动的角速度等于地球角速度一定：同步卫星绕地球运动的角速度等于地球 自转的角速度自转的角速度(3)轨道一定：轨道一定：所有同步卫星的所有同步卫星的 轨道必在赤道平面内轨道必在赤道平面内 确定的高度约为确定的高度约为3.6104

9、 km.(4)运行速度大小一定：都是运行速度大小一定：都是3.08 km/s，运行方向与地球自，运行方向与地球自转转 相同相同例例1(2009广东高考广东高考)关于地球的第一宇宙速度，下列表关于地球的第一宇宙速度，下列表述正确的是述正确的是 A第一宇宙速度又叫环绕速度第一宇宙速度又叫环绕速度 B第一宇宙速度又叫脱离速度第一宇宙速度又叫脱离速度 C第一宇宙速度跟地球的质量无关第一宇宙速度跟地球的质量无关 D第一宇宙速度跟地球的半径无关第一宇宙速度跟地球的半径无关例例2关于行星绕太阳运动的下列说法中正确的是关于行星绕太阳运动的下列说法中正确的是 () A所有行星都在同一椭圆轨道上绕太阳运动所有行星

10、都在同一椭圆轨道上绕太阳运动 B所有行星的轨道的半长轴的三次方跟公转周期的二次所有行星的轨道的半长轴的三次方跟公转周期的二次 方的比值都相等方的比值都相等 C离太阳越近的行星运动周期越大离太阳越近的行星运动周期越大 D行星绕太阳运动时太阳位于行星轨道的中心处行星绕太阳运动时太阳位于行星轨道的中心处例例3(2010深圳模拟深圳模拟)近年来，人类发射的多枚火星探测器已近年来，人类发射的多枚火星探测器已 经相继在火星上着陆，正在进行着激动人心的科学探究，经相继在火星上着陆，正在进行着激动人心的科学探究， 为我们将来登上火星、开发和利用火星资源奠定了坚实为我们将来登上火星、开发和利用火星资源奠定了坚实

11、 的基础如果火星探测器环绕火星做的基础如果火星探测器环绕火星做“近地近地”匀速圆周匀速圆周 运动，并测得该运动的周期为运动，并测得该运动的周期为T，则火星的平均密度，则火星的平均密度的的 表达式为表达式为(k为某个常数为某个常数) () AkT B CkT2 D例例4(2009安徽高考安徽高考)2009年年2月月11日，俄罗斯的日，俄罗斯的“宇宙宇宙2251”卫卫星和美国的星和美国的“铱铱33”卫星在西伯利亚上空约卫星在西伯利亚上空约805 km处发生碰处发生碰撞这是历史上首次发生的完整在轨卫撞这是历史上首次发生的完整在轨卫 星碰撞事件碰撞过程中星碰撞事件碰撞过程中产生的大量碎片可能会影响太产

12、生的大量碎片可能会影响太 空环境假定有甲、乙两块碎片，空环境假定有甲、乙两块碎片，绕地球运动的轨道都是圆，甲的运行速率比乙的大，则下列说法中绕地球运动的轨道都是圆，甲的运行速率比乙的大，则下列说法中正确的是正确的是 ()A甲的运行周期一定比乙的长甲的运行周期一定比乙的长B甲距地面的高度一定比乙的甲距地面的高度一定比乙的高高C甲的向心力一定比乙的小甲的向心力一定比乙的小D甲的加速度一定比乙的大甲的加速度一定比乙的大 例例5。据报道，我国数据中继卫星。据报道，我国数据中继卫星“天链一号于天链一号于2008年年4月月25日在日在西昌卫星发射中心发射升空，经过西昌卫星发射中心发射升空，经过4次变轨控制

13、后，于次变轨控制后，于5月月1日成功日成功定点在东经定点在东经77赤道上空的同步轨道关于成功定点后的赤道上空的同步轨道关于成功定点后的“天链一天链一号号01星星”，下列说法正确的是，下列说法正确的是 A运行速度大于运行速度大于7.9 km/s B离地面高度一定，相对地面静止离地面高度一定，相对地面静止 C绕地球运行的角速度比月球绕地球运行的角速度大绕地球运行的角速度比月球绕地球运行的角速度大 D向心加速度与静止在赤道上物体的向心加速度大小相等向心加速度与静止在赤道上物体的向心加速度大小相等例例6宇航员在地球表面以一定初速度竖直上抛一小球，经宇航员在地球表面以一定初速度竖直上抛一小球，经 过时间

14、过时间t小球落回原处；若他在某星球表面以相同的小球落回原处；若他在某星球表面以相同的 初速度竖直上抛同一小球，需经过时间初速度竖直上抛同一小球，需经过时间5t小球落回原小球落回原 处处(取地球表面重力加速度取地球表面重力加速度g10 m/s2，空气阻力不计，空气阻力不计) (1)求该星球表面附近的重力加速度求该星球表面附近的重力加速度g； (2)已知该星球的半径与地球半径之比为已知该星球的半径与地球半径之比为R星星 R地地1 4， 求该星球的质量与地球质量之比求该星球的质量与地球质量之比M星星 M地地例例7、 (2009全国卷全国卷)天文学家新发现了太阳系外的一颗行天文学家新发现了太阳系外的一

15、颗行星这颗行星的体积是地球的星这颗行星的体积是地球的4.7倍，质量是地球的倍，质量是地球的25倍已知某一近地卫星绕地球运动的周期约为倍已知某一近地卫星绕地球运动的周期约为1.4小时，引小时，引力常量力常量G6.671011 Nm2/kg2，由此估算该行星的平均密，由此估算该行星的平均密度为度为 () A1.8103 kg/m3B5.6103 kg/m3 C1.1104 kg/m3 D2.9104 kg/m3例例8、土星周围有许多大小不等的岩石颗粒，其绕土星的运动、土星周围有许多大小不等的岩石颗粒，其绕土星的运动可视为圆周运动其中有两个岩石颗粒可视为圆周运动其中有两个岩石颗粒A和和B与土星中心的

16、距离与土星中心的距离分别为分别为rA8.0104 km和和rB1.2105 km.忽略所有岩石颗粒间忽略所有岩石颗粒间的相互作用的相互作用(结果可用根式表示结果可用根式表示) (1)求岩石颗粒求岩石颗粒A和和B的线速度之比的线速度之比 (2)求岩石颗粒求岩石颗粒A和和B的周期的周期之比之比3)土星探测器上有一物体，在地球上重为土星探测器上有一物体，在地球上重为10 N，推算出它在，推算出它在距土星中心距土星中心3.2105 km处受到土星的引力为处受到土星的引力为0.38 N已知地球半径已知地球半径为为6.4103 km，请估算土星质量是地球质量的多少倍？，请估算土星质量是地球质量的多少倍？例

17、例9、2009年年5月，航天飞机在完成对哈勃空间望远镜的维修任月，航天飞机在完成对哈勃空间望远镜的维修任务后，在务后，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）在轨道上经过上经过A的速度小于经过的速度小于经过B的速度的速度（B）在轨道）在轨道上经过上经过A的动能小于在轨道的动能小于在轨道上经过上经过A 的动能的动能（C）在轨道）在轨道上运动的周期小于在轨道上运动的周期小于在轨道上运动的周期上运动的周期（D）在轨道）在轨道上经过上经过A的加速度小于在轨道的加速度小于在轨道上经过上经过A的加速度的加速度例例102007年年10月月24日日18时时05分，我国成功发射了分，我国成功发射了“嫦娥一嫦娥一号号”探月卫星，探月卫星，11月月5日进入月球轨道后，经历日进入月球轨道后，经历3次轨道调整，次轨道调整，进入工作轨道。若该卫星在地球表面的重力为进入工作轨道。若该卫星在地球表面的重力为G1，在月球表，在月球表面的重力为面的重力