高考物理总复习第四章曲线运动万有引力与航天基础课4万有引力与航天课件

基础课4万有引力(wànyǒuyǐnlì)与航天第一页，共49页。开普勒三定律(dìnglǜ)1.开普勒第一定律：所有的行星绕太阳运动的轨道(guǐdào)都是椭圆，太阳处在所有椭圆的一个 上。2.开普勒第二定律：对于每一个行星而言，太阳和行星的连线在相等的时间内扫过的 相等。3.开普勒第三定律：所有行星的轨道(guǐdào)的 的三次方跟它的 的二次方的比值都相等。知识(zhīshi)排查焦点面积半长轴公转周期第二页，共49页。万有引力(wànyǒuyǐnlì)定律及其应用1.内容：自然界中任何两个(liǎnɡɡè)物体都相互吸引，引力的方向在它们的连线上，引力的大小与物体的质量m1和m2的乘积 ，与它们之间距离r的平方。2.表达式：F＝ G为引力常量：G＝6.67×10－11N·m2/kg2。3.适用条件 (1)公式适用于 间的相互作用。当两个(liǎnɡɡè)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。 (2)质量分布均匀的球体可视为质点，r是 的距离。成正比成反比质点(zhìdiǎn)两球心间第三页，共49页。环绕速度(huánràosùdù)7.9km/s发射(fāshè)环绕(huánrào)第四页，共49页。1.第二宇宙速度：v2＝11.2km/s，是卫星挣脱地球引力束缚(shùfù)的 。2.第三宇宙速度：v3＝16.7km/s，是卫星挣脱太阳引力束缚(shùfù)的 。3.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。4.相对论时空观 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。第二(dìèr)、三宇宙速度时空观最小发射(fāshè)速度最小发射速度运动状态相同不同第五页，共49页。1.思考判断 (1)地面上的物体所受地球的引力方向一定指向地心。() (2)两物体间的距离趋近于零时，万有引力趋近于无穷大。() (3)第一宇宙速度与地球的质量有关。() (4)地球同步卫星的运行速度大于第一宇宙速度。() (5)发射(fāshè)探月卫星的速度必须大于第二宇宙速度。() 答案(1)√(2)×(3)√(4)×(5)×小题(xiǎotí)速练第六页，共49页。2.(2016·全国卷Ⅲ，14)关于(guānyú)行星运动的规律，下列说法符合史实的是() A.开普勒在牛顿定律的基础上，导出了行星运动的规律 B.开普勒在天文观测数据的基础上，总结出了行星运动的规律 C.开普勒总结出了行星运动的规律，找出了行星按照这些规律运动的原因 D.开普勒总结出了行星运动的规律，发现了万有引力定律 解析在天文观测数据的基础上总结出了开普勒天体运动三定律，找出了行星运动的规律，而牛顿发现了万有引力定律。 答案B第七页，共49页。第八页，共49页。答案(dáàn)C第九页，共49页。万有引力定律(dìnglǜ)的理解及应用1.万有引力与重力的关系 地球(dìqiú)对物体的万有引力F表现为两个效果：一是重力mg，二是提供物体随地球(dìqiú)自转的向心力F向，如图1所示。图1第十页，共49页。第十一页，共49页。答案(dáàn)D第十二页，共49页。第十三页，共49页。答案(dáàn)A第十四页，共49页。3.(多选)宇航员在地球表面以一定初速度竖直上抛一小球(xiǎoqiú)，经过时间t小球(xiǎoqiú)落回原地。若他在某星球表面以相同的初速度竖直上抛同一小球(xiǎoqiú)，需经过时间5t小球(xiǎoqiú)落回原处。已知该星球的半径与地球半径之比为R星∶R地＝1∶4，地球表面重力加速度为g，设该星球表面附近的重力加速度为g′，空气阻力不计。则() A.g′∶g＝1∶5 B.g′∶g＝5∶2 C.M星∶M地＝1∶20 D.M星∶M地＝1∶80第十五页，共49页。答案(dáàn)AD第十六页，共49页。中心(zhōngxīn)天体质量和密度的估算第十七页，共49页。第十八页，共49页。【典例】(2017·北京理综，17)利用(lìyòng)引力常量G和下列有关数据，不能计算出地球质量的是() A.地球的半径及重力加速度(不考虑地球自转) B.人造卫星在地面附近绕地球做圆周运动的速度及周期 C.月球绕地球做圆周运动的周期及月球与地球间的距离 D.地球绕太阳做圆周运动的周期及地球与太阳间的距离第十九页，共49页。答案(dáàn)D第二十页，共49页。计算中心天体的质量、密度时的两点区别(qūbié)(1)天体半径和卫星的轨道半径通常把天体看成一个球体，天体的半径指的是球体的半径。卫星的轨道半径指的是卫星围绕天体做圆周运动的圆的半径。卫星的轨道半径大于等于天体的半径。(2)自转周期和公转周期自转周期是指天体绕自身某轴线运动一周所用的时间，公转周期是指卫星绕中心天体做圆周运动一周所用的时间。自转周期与公转周期一般不相等。第二十一页，共49页。1.近年来，人类发射了多枚火星探测器，对火星进行科学探究，为将来人类登上火星、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(yùndòng)，并测得该探测器运动(yùndòng)的周期为T，则火星的平均密度ρ的表达式为(k是一个常数)()第二十二页，共49页。答案(dáàn)D第二十三页，共49页。2.(多选)一行星(xíngxīng)绕恒星做圆周运动，由天文观测可得，其运行周期为T，速度为v，引力常量为G，则()第二十四页，共49页。答案(dáàn)ACD第二十五页，共49页。3.(2016·海南单科，7)(多选)通过观测冥王星的卫星，可以推算出冥王星的质量。假设卫星绕冥王星做匀速圆周运动，除了引力常量外，至少还需要两个物理量才能计算出冥王星的质量。这两个物理量可以是() A.卫星的速度和角速度 B.卫星的质量和轨道半径 C.卫星的质量和角速度 D.卫星的运行(yùnxíng)周期和轨道半径第二十六页，共49页。答案(dáàn)AD第二十七页，共49页。1.物理量随轨道(guǐdào)半径变化的规律卫星运行参量(cānliàng)的比较与计算第二十八页，共49页。2.卫星的运行轨道 (1)赤道轨道 (2)极地轨道 (3)其他(qítā)轨道 注意：轨道平面一定通过地球的球心。第二十九页，共49页。【典例】(2017·全国卷Ⅲ，14)2017年4月，我国成功发射的天舟一号货运飞船与天宫二号空间实验室完成了首次交会对接，对接形成的组合体仍沿天宫二号原来的轨道(可视为圆轨道)运行。与天宫二号单独运行时相比(xiānɡbǐ)，组合体运行的() A.周期变大 B.速率变大 C.动能变大 D.向心加速度变大第三十页，共49页。答案(dáàn)C第三十一页，共49页。1.(2018·山东微山一中期末)(多选)如图2所示，a、b、c是地球大气层外圆形轨道上运行的三颗人造地球卫星(wèixīng)，a、b质量相同，且小于c的质量，则()A.b所需向心力最大B.b、c周期相等(xiāngděng)，且大于a的周期C.b、c向心加速度相等(xiāngděng)，且大于a的向心加速度D.b、c的线速度大小相等(xiāngděng)，且小于a的线速度图2第三十二页，共49页。答案(dáàn)BD第三十三页，共49页。2.(多选)如图3所示，两质量(zhìliàng)相等的卫星A、B绕地球做匀速圆周运动，用R、T、Ek、S分别表示卫星的轨道半径、周期、动能、与地心连线在单位时间内扫过的面积。下列关系式正确的有()图3第三十四页，共49页。答案(dáàn)AD第三十五页，共49页。3.(多选)据报道，中国将在2017年底发射全球(quánqiú)首颗专业夜光遥感卫星“珞珈一号”01星，在2019年发射“珞珈一号”02星。“珞珈一号”01星搭载了高灵敏度夜光相机，其精度将达到地面分辨率100m，夜间可看见长江上所有亮灯的大桥，获取精度高于当前美国卫星的夜景图片。如图4所示，设“珞珈一号”在半径为R的圆周轨道上运行，经过时间t，转过的角度为θ。已知引力常量为G。下列说法正确的是()图4第三十六页，共49页。答案(dáàn)BCD第三十七页，共49页。4.(多选)北京时间(shíjiān)2017年4月20日晚19时41分，“天舟一号”由长征七号遥二运载火箭发射升空，经过一天多的飞行，于4月22日12时23分，“天舟一号”货运飞船与“天宫二号”空间实验室顺利完成自动交会对接。这是“天宫二号”自2016年9月15日发射入轨以来，首次与货运飞船进行的交会对接。若“天舟一号”与“天宫二号”对接后，它们的组合体在与地心距离为r处做匀速圆周运动。已知匀速圆周运动的周期为T，地球的半径为R，引力常量为G，根据题中已知条件可知下列说法正确的是()图5第三十八页，共49页。第三十九页，共49页。答案(dáàn)AC第四十页，共49页。第四十一页，共49页。双星、三星模型——模型建构(jiànɡòu)能力的培养1.双星模型 (1)定义：绕公共圆心转动(zhuàndòng)的两个星体组成的系统，我们称之为双星系统。如图6所示。图6第四十二页，共49页。第四十三页，共49页。图7第四十四页，共49页。【例】宇宙中两颗相距较近的天体称为“双星”，它们(tāmen)以二者连线上的某一点为圆心做匀速圆周运动，而不至因为万有引力的作用而吸引到一起。如图8所示，某双星系统中A、B两颗天体绕O点做匀速圆周运动，它们(tāmen)的轨道半径之比rA∶rB＝1∶2，则两颗天体的()A.质量(zhìliàng)之比mA∶mB＝2∶1B.角速度之比ωA∶ωB＝1∶2C.线速度大小之比vA∶vB＝2∶1D.向心力大小之比FA∶FB＝2∶1图8第四十五页，共49页。解析(jiěxī)双星绕连线上的一点做匀速圆周运动，其角速度相同，周期相同，两者之间的万有引力提供向心力，F＝mAω2rA＝mBω2rB，所以mA∶mB＝2∶1，选项A正确，B、D错误；由v＝ωr可知，线速度大小之比vA∶vB＝1∶2，选项C错误。答案A第四十六页，共49页。【针对训练(xùnliàn)】(2017·广州执信中学检测)(多选)