第四章第四讲万有引力及航天课件

第四章第四讲万有引力及航天课件第四章第四讲万有引力及航天课件一、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

，太阳处在椭圆的一个

上．2．开普勒第二定律：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

．椭圆焦点连线面积3．开普勒第三定律：所有行星的轨道的

的三次方跟它的

的二次方的比值都相等，表达式：

.半长轴公转周期一、开普勒行星运动定律2．开普勒第二定律：对任意一个行星来说6.67×10－11N·m2/kg22.公式适用条件：此公式适用于

间的相互作用．当两物体间的距离远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间的万有引力也适用，其中r为球心到

间的距离．质点两球心质点6.67×10－11N·m2/kg22.公式适用条件：此公式万有引力万有引力三、同步卫星及三种宇宙速度1．关于同步卫星的五个“一定”(1)轨道平面一定：轨道平面与

共面．(2)周期一定：与地球自转周期

，即T＝

.(3)角速度一定：与地球自转的角速度

．赤道平面相同24h相同三、同步卫星及三种宇宙速度赤道平面相同24h相同第四章第四讲万有引力及航天课件2．三种宇宙速度比较宇宙速度数值(km/s)意义第一宇宙速度7.9这是卫星绕地球做圆周运动的最小发射速度，若7.9km/s≤v＜

11.2km/s，物体绕

运行(环绕速度)第二宇宙速度11.2这是物体挣脱地球引力束缚的最小发射速度，若11.2km/s≤v＜16.7km/s，物体绕

运行(脱离速度)第三宇宙速度16.7这是物体挣脱太阳引力束缚的最小发射速度，若v≥16.7km/s，物体将脱离

在宇宙空间运行(逃逸速度)地球太阳太阳引力束缚2．三种宇宙速度比较宇宙数值(km/s)意义第一宇宙速度7.第四章第四讲万有引力及航天课件四、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

．速度的改变相同的四、经典时空观和相对论时空观速度的改变相同的2．相对论时空观(1)在狭义相对论中，物体的质量要随物体运动速度的增大而

，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时间的测量结果在不同的参考系中是

．增大不同的2．相对论时空观增大不同的1.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B．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C．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1.关于行星绕太阳运动的下列说法中正确的是解析：所有行星都沿不同的椭圆轨道绕太阳运动，太阳位于椭圆轨道的一个公共焦点上，故A、D均错误；由开普勒第三定律知，所有行星的轨道半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等，而且半长轴越大，行星运动周期越大，B正确，C错误．答案：B解析：所有行星都沿不同的椭圆轨道绕太阳运动，太阳位于椭圆轨道第四章第四讲万有引力及航天课件解析：公式中的G值是测定的，A错误；当r趋近零时，物体不能视为质点，万有引力定律将不再适用，B错误；万有引力是物体间的相互作用力，总是大小相等，方向相反，作用在两个物体上，不可能是一对平衡力，D错误．答案：C解析：公式中的G值是测定的，A错误；当r趋近零时，物体不能视3．如图4－4－1所示，圆a的圆心在地球自转的轴线上，圆b、c、d的圆心均在地球的地心上，对绕地球做匀速圆周运动的人造地球卫星而言，下列说法错误的是

(

)图4－4－13．如图4－4－1所示，圆a的圆心在地球自转的轴线上，A．卫星的轨道可能为aB．同步卫星的轨道只能为bC．卫星的轨道可能为cD．卫星的轨道可能为dA．卫星的轨道可能为a解析：卫星绕地球做匀速圆周运动，万有引力提供向心力，其轨道的圆心必在地心，故只有a轨道不可能．答案：A解析：卫星绕地球做匀速圆周运动，万有引力提供向心力，其轨道的4．同步卫星相对地面静止，犹如悬在高空中，下列说法中不正确的是 (

)A．同步卫星处于平衡状态B．同步卫星的速率是唯一的C．同步卫星加速度大小是唯一的D．各国的同步卫星都在同一圆周上运行.4．同步卫星相对地面静止，犹如悬在高空中，下列说法.答案：A答案：A5．我国正在自主研发“北斗二号”地球卫星导航系统，此系统由中轨道、高轨道和同步卫星等组成，可将定位精度提高到“厘米”级，会在交通、气象、军事等方面发挥重要作用．已知三种卫星中，中轨道卫星离地最近，同步卫星离地最远，则下列说法中正确的是(

)A．中轨道卫星的线速度小于高轨道卫星的线速度B．中轨道卫星的角速度小于同步卫星的角速度C．若一周期为8h的中轨道卫星，某时刻在同步卫星的正下方，则经过24h仍在该同步卫星的正下方D．高轨道卫星的向心加速度小于同步卫星的向心加速度5．我国正在自主研发“北斗二号”地球卫星导航系统，此答案：C答案：C6．在日常生活中我们并没有发现物体的质量随物体的运动的变化而变化，其原因是 (

)A．运动物体无法称质量B．物体的速度远小于光速，质量变化极小C．物体质量太大D．物体质量不随速度变化而变化6．在日常生活中我们并没有发现物体的质量随物体的运答案：B答案：B7．载人航天宇宙飞船“神舟”七号发射成功，且中国人成功实现了太空行走，并顺利返回地面．(1)设飞船在太空环绕时轨道高度为h，地球半径为R，地面重力加速度为g，飞船绕地球遨游太空的总时间为t，则“神舟”七号飞船绕地球运转了多少圈？(用给定字母表示)(2)若t＝3天，h＝343km，R＝6400km，g＝10m/s2，则飞船绕地球运转的圈数为多少？7．载人航天宇宙飞船“神舟”七号发射成功，且中国人成第四章第四讲万有引力及航天课件第四章第四讲万有引力及航天课件第四章第四讲万有引力及航天课件[典例启迪][例1]

(2010·安徽高考)为了对火星及其周围的空间环境进行探测，我国预计于2011年10月发射第一颗火星探测器“萤火一号”．假设探测器在离火星表面高度分别为h1和h2的圆轨道上运动时，周期分别为T1和T2.火星可视为质量分布均匀的球体，且忽略火星的自转影响，引力常量为G.仅利用以上数据，可以计算出(

)[典例启迪]A．火星的密度和火星表面的重力加速度B．火星的质量和火星对“萤火一号”的引力C．火星的半径和“萤火一号”的质量D．火星表面的重力加速度和火星对“萤火一号”的引力A．火星的密度和火星表面的重力加速度第四章第四讲万有引力及航天课件[答案]

A[答案]A[归纳领悟]天体质量和密度的估算方法(1)利用天体表面的重力加速度g和天体半径R.[归纳领悟]第四章第四讲万有引力及航天课件[题组突破]1．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，为我们将来登上火星、开发和利用火星资源奠定了坚实的基础．如果火星探测器环绕火星做“近地”匀速圆周运动，并测得该运动的周期为T，则火星的平均密度ρ的表达式为(k为某个常数) (

)[题组突破]答案：D答案：D第四章第四讲万有引力及航天课件答案：

C答案：C3．正在研制中的“嫦娥三号”，将要携带探测器在月球着陆，实现月面巡视、月夜生存等科学探索的重大突破，开展月表地形地貌与地质构造、矿物组成和化学成分等探测活动．若“嫦娥三号”在月球着陆前绕月球做匀速圆周运动的周期为T，轨道半径为R，已知万有引力常量为G.由以上物理量可以求出(

)A．月球的质量B．月球的密度C．月球的“第一宇宙速度”D．月球表面的重力加速度3．正在研制中的“嫦娥三号”，将要携带探测器在月球着答案：A答案：A[典例启迪][例2]

(2010·江苏高考)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Ⅰ进入椭圆轨道Ⅱ，B为轨道Ⅱ上的一点，如图4－4－2所示．关于航天飞机的运动，下列说法中图4－4－2错误的有(

)[典例启迪]A．在轨道Ⅱ上经过A的速度小于经过B的速度B．在轨道Ⅱ上经过A的动能小于在轨道Ⅰ上经过A的动能C．在轨道Ⅱ上运动的周期小于在轨道Ⅰ上运动的周期D．在轨道Ⅱ上经过A的加速度小于在轨道Ⅰ上经过A的加速度A．在轨道Ⅱ上经过A的速度小于经过B的速度[思路点拨]同一中心天体的不同轨道的周期关系满足开普勒第三定律，不同轨道的交叉点的线速度大小可用离心运动或近心运动规律分析．[思路点拨]同一中心天体的不同轨道的周期关系满足开普勒第三第四章第四讲万有引力及航天课件因航天飞机在轨道Ⅱ和轨道Ⅰ上A点的万有引力相等，所以在轨道Ⅱ上经过A点的加速度等于在轨道Ⅰ上经过A点的加速度，选项D错误．[答案]D

因航天飞机在轨道Ⅱ和轨道Ⅰ上A点的万有引力相等，所以在轨道Ⅱ[归纳领悟](1)卫星的轨道①赤道轨道：卫星的轨道在赤道平面内．同步卫星就是其中的一种．②极地轨道：卫星的轨道过南北两极，即在垂直于赤道的平面内．如定位卫星系统中的卫星轨道．③其他轨道：除以上两种轨道外的卫星轨道．[归纳领悟]第四章第四讲万有引力及航天课件第四章第四讲万有引力及航天课件[题组突破]4．如图4－4－3所示，地球赤道上的山丘e、近地资源卫星p和同步通信卫星q均在赤道平面上绕地心做匀速圆周运动．设e、p、q做圆周运动的速率分别为v1、v2、v3，向心加速度分别图4－4－3为a1、a2、a3，则下列判断正确的是(

)A．v1＞v2＞v3

B．v1＜v2＜v3C．a1＞a2＞a3 D．a1＜a3＜a2[题组突破]答案：D答案：D5．(2010·新课标全国卷)太阳系中的8大行星的轨道均可以近似看成圆轨道．下列4幅图是用来描述这些行星运动所遵从的某一规律的图象．图中坐标系的横轴是lg(T/T0)，纵轴是lg(R/R0)；这里T和R分别是行星绕太阳运行的周期和相应的圆轨道半径，T0和R0分别是水星绕太阳运行的周期和相应的圆轨道半径．下列4幅图中正确的是(

)图4－4－45．(2010·新课标全国卷)太阳系中的8大行星的轨道均可以答案：B答案：B6．美国太空总署(NASA)为探测月球是否存在水分，于2009年10月9日利用一支火箭和一颗卫星连续撞击月球．据天文学家测量，月球的半径约为1800km，月球表面的重力加速度约为地球表面重力加速度的1/6，月图4－4－5球表面在阳光照射下的温度可达127℃，而此时水蒸气分子的平均速率达2km/s，下列说法正确的是(

)6．美国太空总署(NASA)为探测月①卫星撞月前应先在原绕月轨道上减速②卫星撞月前应先在原绕月轨道上加速③由于月球的第一宇宙速度大于2km/s，所以月球表面可能有水④由于月球的第一宇宙速度小于2km/s，所以月球表面在阳光照射下不可能有水A．①③

B．②④C．①④

D．②③①卫星撞月前应先在原绕月轨道上减速答案：

C答案：C[典例启迪][典例启迪][思路点拨]

解答本题时应注意以下两个方面：(1)火箭启动前的压力与重力的关系．(2)重力加速度随高度的变化规律．[思路点拨]解答本题时应注意以下两个方面：第四章第四讲万有引力及航天课件第四章第四讲万有引力及航天课件[归纳领悟]本题属于万有引力与匀变速直线运动相结合的题目，解答此类问题应抓住切入点：物体所受万有引力产生重力加速，高度明显变化时，重力加速度也随之改变．类似问题还可以结合：自由落体，竖直上抛，平抛运动等．[归纳领悟][题组突破]7．某星球的质量约为地球质量的9倍，半径约为地球半径的一半，若从地球表面高h处平抛一物体，射程为60m，则在该星球上，从同样高度以同样的初速度平抛同一物体，射程应为 (

)A．10m

B．15mC．90m D．360m[题组突破]答案：A答案：A第四章第四讲万有引力及航天课件第四章第四讲万有引力及航天课件答案：B答案：B第四章第四讲万有引力及航天课件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，图5－4－7地球半径为R，则下列比值正确的是(

)同步卫星与地心的距离第四章第四讲万有引力及航天课件[自主尝试]

(试一试，能否做到正确解答)[自主尝试](试一试，能否做到正确解答)第四章第四讲万有引力及航天课件第四章第四讲万有引力及航天课件[答案]

D[答案]D点击下图进入“创新演练·大冲关”点击下图进入“创新演练·大冲关”第四章第四讲万有引力及航天课件第四章第四讲万有引力及航天课件一、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

，太阳处在椭圆的一个

上．2．开普勒第二定律：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

．椭圆焦点连线面积3．开普勒第三定律：所有行星的轨道的

的三次方跟它的

的二次方的比值都相等，表达式：

.半长轴公转周期一、开普勒行星运动定律2．开普勒第二定律：对任意一个行星来说6.67×10－11N·m2/kg22.公式适用条件：此公式适用于

间的相互作用．当两物体间的距离远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间的万有引力也适用，其中r为球心到

间的距离．质点两球心质点6.67×10－11N·m2/kg22.公式适用条件：此公式万有引力万有引力三、同步卫星及三种宇宙速度1．关于同步卫星的五个“一定”(1)轨道平面一定：轨道平面与

共面．(2)周期一定：与地球自转周期

，即T＝

.(3)角速度一定：与地球自转的角速度

．赤道平面相同24h相同三、同步卫星及三种宇宙速度赤道平面相同24h相同第四章第四讲万有引力及航天课件2．三种宇宙速度比较宇宙速度数值(km/s)意义第一宇宙速度7.9这是卫星绕地球做圆周运动的最小发射速度，若7.9km/s≤v＜

11.2km/s，物体绕

运行(环绕速度)第二宇宙速度11.2这是物体挣脱地球引力束缚的最小发射速度，若11.2km/s≤v＜16.7km/s，物体绕

运行(脱离速度)第三宇宙速度16.7这是物体挣脱太阳引力束缚的最小发射速度，若v≥16.7km/s，物体将脱离

在宇宙空间运行(逃逸速度)地球太阳太阳引力束缚2．三种宇宙速度比较宇宙数值(km/s)意义第一宇宙速度7.第四章第四讲万有引力及航天课件四、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

．速度的改变相同的四、经典时空观和相对论时空观速度的改变相同的2．相对论时空观(1)在狭义相对论中，物体的质量要随物体运动速度的增大而

，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时间的测量结果在不同的参考系中是

．增大不同的2．相对论时空观增大不同的1.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B．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C．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1.关于行星绕太阳运动的下列说法中正确的是解析：所有行星都沿不同的椭圆轨道绕太阳运动，太阳位于椭圆轨道的一个公共焦点上，故A、D均错误；由开普勒第三定律知，所有行星的轨道半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等，而且半长轴越大，行星运动周期越大，B正确，C错误．答案：B解析：所有行星都沿不同的椭圆轨道绕太阳运动，太阳位于椭圆轨道第四章第四讲万有引力及航天课件解析：公式中的G值是测定的，A错误；当r趋近零时，物体不能视为质点，万有引力定律将不再适用，B错误；万有引力是物体间的相互作用力，总是大小相等，方向相反，作用在两个物体上，不可能是一对平衡力，D错误．答案：C解析：公式中的G值是测定的，A错误；当r趋近零时，物体不能视3．如图4－4－1所示，圆a的圆心在地球自转的轴线上，圆b、c、d的圆心均在地球的地心上，对绕地球做匀速圆周运动的人造地球卫星而言，下列说法错误的是

(

)图4－4－13．如图4－4－1所示，圆a的圆心在地球自转的轴线上，A．卫星的轨道可能为aB．同步卫星的轨道只能为bC．卫星的轨道可能为cD．卫星的轨道可能为dA．卫星的轨道可能为a解析：卫星绕地球做匀速圆周运动，万有引力提供向心力，其轨道的圆心必在地心，故只有a轨道不可能．答案：A解析：卫星绕地球做匀速圆周运动，万有引力提供向心力，其轨道的4．同步卫星相对地面静止，犹如悬在高空中，下列说法中不正确的是 (

)A．同步卫星处于平衡状态B．同步卫星的速率是唯一的C．同步卫星加速度大小是唯一的D．各国的同步卫星都在同一圆周上运行.4．同步卫星相对地面静止，犹如悬在高空中，下列说法.答案：A答案：A5．我国正在自主研发“北斗二号”地球卫星导航系统，此系统由中轨道、高轨道和同步卫星等组成，可将定位精度提高到“厘米”级，会在交通、气象、军事等方面发挥重要作用．已知三种卫星中，中轨道卫星离地最近，同步卫星离地最远，则下列说法中正确的是(

)A．中轨道卫星的线速度小于高轨道卫星的线速度B．中轨道卫星的角速度小于同步卫星的角速度C．若一周期为8h的中轨道卫星，某时刻在同步卫星的正下方，则经过24h仍在该同步卫星的正下方D．高轨道卫星的向心加速度小于同步卫星的向心加速度5．我国正在自主研发“北斗二号”地球卫星导航系统，此答案：C答案：C6．在日常生活中我们并没有发现物体的质量随物体的运动的变化而变化，其原因是 (

)A．运动物体无法称质量B．物体的速度远小于光速，质量变化极小C．物体质量太大D．物体质量不随速度变化而变化6．在日常生活中我们并没有发现物体的质量随物体的运答案：B答案：B7．载人航天宇宙飞船“神舟”七号发射成功，且中国人成功实现了太空行走，并顺利返回地面．(1)设飞船在太空环绕时轨道高度为h，地球半径为R，地面重力加速度为g，飞船绕地球遨游太空的总时间为t，则“神舟”七号飞船绕地球运转了多少圈？(用给定字母表示)(2)若t＝3天，h＝343km，R＝6400km，g＝10m/s2，则飞船绕地球运转的圈数为多少？7．载人航天宇宙飞船“神舟”七号发射成功，且中国人成第四章第四讲万有引力及航天课件第四章第四讲万有引力及航天课件第四章第四讲万有引力及航天课件[典例启迪][例1]

(2010·安徽高考)为了对火星及其周围的空间环境进行探测，我国预计于2011年10月发射第一颗火星探测器“萤火一号”．假设探测器在离火星表面高度分别为h1和h2的圆轨道上运动时，周期分别为T1和T2.火星可视为质量分布均匀的球体，且忽略火星的自转影响，引力常量为G.仅利用以上数据，可以计算出(

)[典例启迪]A．火星的密度和火星表面的重力加速度B．火星的质量和火星对“萤火一号”的引力C．火星的半径和“萤火一号”的质量D．火星表面的重力加速度和火星对“萤火一号”的引力A．火星的密度和火星表面的重力加速度第四章第四讲万有引力及航天课件[答案]

A[答案]A[归纳领悟]天体质量和密度的估算方法(1)利用天体表面的重力加速度g和天体半径R.[归纳领悟]第四章第四讲万有引力及航天课件[题组突破]1．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，为我们将来登上火星、开发和利用火星资源奠定了坚实的基础．如果火星探测器环绕火星做“近地”匀速圆周运动，并测得该运动的周期为T，则火星的平均密度ρ的表达式为(k为某个常数) (

)[题组突破]答案：D答案：D第四章第四讲万有引力及航天课件答案：

C答案：C3．正在研制中的“嫦娥三号”，将要携带探测器在月球着陆，实现月面巡视、月夜生存等科学探索的重大突破，开展月表地形地貌与地质构造、矿物组成和化学成分等探测活动．若“嫦娥三号”在月球着陆前绕月球做匀速圆周运动的周期为T，轨道半径为R，已知万有引力常量为G.由以上物理量可以求出(

)A．月球的质量B．月球的密度C．月球的“第一宇宙速度”D．月球表面的重力加速度3．正在研制中的“嫦娥三号”，将要携带探测器在月球着答案：A答案：A[典例启迪][例2]

(2010·江苏高考)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Ⅰ进入椭圆轨道Ⅱ，B为轨道Ⅱ上的一点，如图4－4－2所示．关于航天飞机的运动，下列说法中图4－4－2错误的有(

)[典例启迪]A．在轨道Ⅱ上经过A的速度小于经过B的速度B．在轨道Ⅱ上经过A的动能小于在轨道Ⅰ上经过A的动能C．在轨道Ⅱ上运动的周期小于在轨道Ⅰ上运动的周期D．在轨道Ⅱ上经过A的加速度小于在轨道Ⅰ上经过A的加速度A．在轨道Ⅱ上经过A的速度小于经过B的速度[思路点拨]同一中心天体的不同轨道的周期关系满足开普勒第三定律，不同轨道的交叉点的线速度大小可用离心运动或近心运动规律分析．[思路点拨]同一中心天体的不同轨道的周期关系满足开普勒第三第四章第四讲万有引力及航天课件因航天飞机在轨道Ⅱ和轨道Ⅰ上A点的万有引力相等，所以在轨道Ⅱ上经过A点的加速度等于在轨道Ⅰ上经过A点的加速度，选项D错误．[答案]D

因航天飞机在轨道Ⅱ和轨道Ⅰ上A点的万有引力相等，所以在轨道Ⅱ[归纳领悟](1)卫星的轨道①赤道轨道：卫星的轨道在赤道平面内．同步卫星就是其中的一种．②极地轨道：卫星的轨道过南北两极，即在垂直于赤道的平面内．如定位卫星系统中的卫星轨道．③其他轨道：除以上两种轨道外的卫星轨道．[归纳领悟]第四章第四讲万有引力及航天课件第四章第四讲万有引力及航天课件[题组突破]4．如图4－4－3所示，地球赤道上的山丘e、近地资源卫星p和同步通信卫星q均在赤道平面上绕地心做匀速圆周运动．设e、p、q做圆周运动的速率分别为v1、v2、v3，向心加速度分别图4－4－3为a1、a2、a3，则下列判断正确的是(

)A．v1＞v2＞v3

B．v1＜v2＜v3C．a1＞a2＞a3 D．a1＜a3＜a2[题组突破]答案：D答案：D5．(2010·新课标全国卷)太阳系中的8大行星的轨道均可以近似看成圆轨道．下列4幅图是用来描述这些行星运动所遵从的某一规律的图象．图中坐标系的横轴是lg(T/T0)，纵轴是lg(R/R0)；这里T和R分别是行星绕太阳运行的周期和相应的圆轨道半径，T0和R0分别是水星绕太阳运行的周期和相应的圆轨道半径．下列4幅图中正确的是(

)