高考物理一轮复习万有引力与航天课件

第四章曲线运动万有引力第四章曲线运动万有引力所有的行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在椭圆的一个焦点上．开普勒第一定律（轨道定律）：一、开普勒三大定律对任意一个行星来说，它与太阳的连线在相等的时间内扫过的面积相等．开普勒第二定律（面积定律）：所有行星的轨道的半长轴的三次方跟它的公转周期的二次方的比值都相等．开普勒第三定律（周期定律）：所有的行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在椭圆的一个焦点说明：（1）开普勒定律不仅适用于行星绕大阳的运动，也适用于其他天体的运动．（2）开普勒定律是在行星运动的观察结果上总结归纳出来的，是经验定律。（3）实际上，由于行星的椭圆轨道都跟圆近似在中学阶段的研究中按圆处理（1）行星绕太阳运动的轨道十分接近圆，太阳处在圆心。（2）对某一行星来说，它绕太阳做圆周运动的角速度（或线速度）不变，即行星做匀速圆周运动。（3）所有行星轨道半径的三次方跟它的公转周期的二次方比值都相等。说明：在中学阶段的研究中按圆处理（1）行星绕太阳运动的轨道设行星的质量为m，运动周期为T，行星到太阳的距离为r，则行星所需要的向心力为：二、太阳与行星的之间的引力表明：太阳对不同行星的引力，与行星质量成正比，与二者距离的二次方成反比设行星的质量为m，运动周期为T，行星到太阳的距离为r，则行星根据牛顿第三定律，行星对太阳引力Fˊ应满足由于F=Fˊ所以则太阳与行星间的引力表达式为：G是比例系数，与太阳、行星的质量无关方向：沿着太阳和行星的连线2021届高考物理一轮复习-万有引力与航天课件2021届高考物理一轮复习-万有引力与航天课件根据牛顿第三定律，行星对太阳引力Fˊ应满足由于F=Fˊ所以则由于r=60R,假定这两种力是同一种力，同样遵从“平方反比”的规律。所以根据牛二定律知，=2.722×10-3m/s2三、月—地检验1、理论推导2021届高考物理一轮复习-万有引力与航天课件2021届高考物理一轮复习-万有引力与航天课件由于r=60R,假定这两种力是同一种力，同样遵从“平方反比已知，g=9.8m/s2，T=27.3dr=60R=60×6.4×106m=3.84×108m2、实际测量2021届高考物理一轮复习-万有引力与航天课件2021届高考物理一轮复习-万有引力与航天课件已知，g=9.8m/s2，T=27.3dr=60R=60×第4课时万有引力与航天1．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m1和m2的乘积成

，与它们之间的距离r的

成反比．2．公式：F＝

，其中G＝

N·m2/kg2叫引力常量．3．适用条件：公式适用于

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．6.67×10－11平方正比质点两球心质点四、万有引力定律2021届高考物理一轮复习-万有引力与航天课件2021届高考物理一轮复习-万有引力与航天课件第4课时万有引力与航天1．内容：自然界中任何两个物体都相补充1：万有引力定律的两个重要推论推论一：在匀质球层的空腔内任意位置处，质点受到地壳万有引力合力为0推论二：在匀质球体内部距离球心r处，质点受到的万有引力就等于半径为r的球体的引力2021届高考物理一轮复习-万有引力与航天课件2021届高考物理一轮复习-万有引力与航天课件补充1：万有引力定律的两个重要推论推论一：在匀质球层的空腔内1．万有引力和重力的关系万有引力对物体的作用效果可以等效为两个力的作用，一个是重力mg，另一个是物体随地球自转需要的向心力F向，如图4－4－1所示，可知：(1)地面上的物体的重力随纬度的增大而增大．故重力加速度g从赤道到两极逐渐增加．(2)在两极：重力等于万有引力，重力加速度最大．图4－4－12021届高考物理一轮复习-万有引力与航天课件2021届高考物理一轮复习-万有引力与航天课件1．万有引力和重力的关系图4－4－12021届高考物理一轮复(3)在赤道：F万＝F向＋mg故mg＝

－mRω2(4)由于地球的自转角速度很小，地球的自转带来的影响很小，一般情况下认为

＝mg，故GM＝gR2，这是万有引力定律应用中经常用到的“黄金代换”．(5)距地面越高，物体的重力加速度越小，距地面高度为h处的重力加速度为g′＝，其中R为地球半径，g为地球表面的重力加速度．2021届高考物理一轮复习-万有引力与航天课件2021届高考物理一轮复习-万有引力与航天课件(3)在赤道：F万＝F向＋mg2021届高考物理一轮复习-万考点一天体质量和密度的计算2021届高考物理一轮复习-万有引力与航天课件2021届高考物理一轮复习-万有引力与航天课件考点一天体质量和密度的计算2021届高考物理一轮复习-万有2021届高考物理一轮复习-万有引力与航天课件2021届高考物理一轮复习-万有引力与航天课件2021届高考物理一轮复习-万有引力与航天课件2021届高C2021届高考物理一轮复习-万有引力与航天课件2021届高考物理一轮复习-万有引力与航天课件C2021届高考物理一轮复习-万有引力与航天课件2021届B解析指导考点定位天体质量的计算表面附近→轨道半径=星球半径卫星绕行星运动：在行星表面的物体：2021届高考物理一轮复习-万有引力与航天课件2021届高考物理一轮复习-万有引力与航天课件B解析指导考点定位天体质量的计算表面附近→轨道半径=星球半径考点二人造地球卫星1．应用万有引力定律分析天体运动的方法把天体运动看成是

运动，其所需的向心力由天体间的万有引力提供应用时可根据实际情况选用适当的公式进行分析和计算．匀速圆周三个近似：近地卫星贴近地球表面运行，可近似认为做匀速圆周运动的半径等于地球半径；在地球表面随地球一起自转的物体可近似认为其重力等于地球对它的万有引力；天体的运动轨道可近似看作圆轨道．考点二人造地球卫星1．应用万有引力定律分析天体运动的方法匀2．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＝24h.(3)角速度一定：与地球自转的角速度

．(4)高度一定：由

(R＋h)得同步卫星离地面的高度＝≈3.6×107m.(5)速度一定：v＝＝3.1×103m/s.赤道平面相同相同2．关于同步卫星的五个“一定”赤道平面相同相同3．两种加速度——卫星的向心加速度和随地球自转的向心加速度的比较卫星的向心加速度物体随地球自转的向心加速度产生万有引力万有引力的一个分力(另一分力为重力)方向指向地心垂直指向地轴大小a＝g′＝(地面附近a近似为g)a＝

，其中r为地面上某点到地轴的距离变化随物体到地心距离r的增大而减小从赤道到两极逐渐减小3．两种加速度——卫星的向心加速度和随地球自转的向心加速度的4.两个半径——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．5．两种周期——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．4.两个半径——天体半径R和卫星轨道半径r的比较6.卫星运行参量的比较与运算1．卫星的各物理量随轨道半径变化的规律6.卫星运行参量的比较与运算1．卫星的各物理量随轨道半径变化数值(km/s）意义第一宇宙速度7.9这是发射绕地球做圆周运动卫星的最小发射速度，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)地球太阳太阳系考点三宇宙速度数值(km/s）意义第一宇7.9这是发射绕地球做圆周运动卫(1)三种宇宙速度均指的是发射速度，不能理解为环绕速度．(2)第一宇宙速度既是最小发射速度，又是卫星绕地球做匀速圆周运动的最大速度．(1)三种宇宙速度均指的是发射速度，不能理解为环绕速度．1．如何推导出第一宇宙速度？由于在人造卫星的发射过程中，火箭要克服地球的引力做功，所以将卫星发射到离地球越远的轨道，在地面上所需的发射速度就越大，故人造卫星的最小发射速度对应将卫星发射到近地表面运行，此时发射时的动能全部转化为绕行的动能而不需要转化为重力势能．根据论述可推导如下：

km/s或mg＝

，v1＝＝7.9km/s.1．如何推导出第一宇宙速度？2．两种速度——环绕速度与发射速度的比较(1)不同高度处的人造卫星在圆轨道上运行速度即环绕速度v环绕＝，其大小随半径的增大而减小．但是，由于在人造地球卫星发射过程中火箭要克服地球引力做功，增大势能，所以将卫星发射到离地球越远的轨道，在地面上所需的发射速度就越大，此时v发射>v环绕．(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．2．两种速度——环绕速度与发射速度的比较2021届高考物理一轮复习-万有引力与航天课件2021届高考物理一轮复习-万有引力与航天课件2021届高考物理一轮复习-万有引力与航天课件2021届高2．极地卫星和近地卫星深化拓展2021届高考物理一轮复习-万有引力与航天课件2021届高考物理一轮复习-万有引力与航天课件2．极地卫星和近地卫星深化拓展2021届高考物理一轮复习-万2021届高考物理一轮复习-万有引力与航天课件2021届高考物理一轮复习-万有引力与航天课件2021届高考物理一轮复习-万有引力与航天课件2021届高C2021届高考物理一轮复习-万有引力与航天课件2021届高考物理一轮复习-万有引力与航天课件C2021届高考物理一轮复习-万有引力与航天课件2021届A2021届高考物理一轮复习-万有引力与航天课件2021届高考物理一轮复习-万有引力与航天课件A2021届高考物理一轮复习-万有引力与航天课件2021届【例3】如图2所示，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（）A.B.C.D.D图22021届高考物理一轮复习-万有引力与航天课件2021届高考物理一轮复习-万有引力与航天课件【例3】如图2所示，同步卫星与地心的距离为r，运行速率为v1解析指导考点定位卫星运行参量的比较和运算求比值→找到物理量的联系点同步卫星和赤道上的物体联系：角速度相等误区警示：不要用万有引力提供向心力去求解加速度第一宇宙速度是卫星绕行速度的最大速度（即贴着地表飞行的速度）同步卫星和第一宇宙速度的联系：都有万有引力提供向心力2021届高考物理一轮复习-万有引力与航天课件2021届高考物理一轮复习-万有引力与航天课件解析指导考点定位卫星运行参量的比较和运算求比值→找到物理量的思路点拨′2021届高考物理一轮复习-万有引力与航天课件2021届高考物理一轮复习-万有引力与航天课件思路点拨′2021届高考物理一轮复习-万有引力与航天课件2B2021届高考物理一轮复习-万有引力与航天课件2021届高考物理一轮复习-万有引力与航天课件B2021届高考物理一轮复习-万有引力与航天课件2021届考点三卫星变轨问题分析2021届高考物理一轮复习-万有引力与航天课件2021届高考物理一轮复习-万有引力与航天课件考点三卫星变轨问题分析2021届高考物理一轮复习-万有引力2021届高考物理一轮复习-万有引力与航天课件2021届高考物理一轮复习-万有引力与航天课件2021届高考物理一轮复习-万有引力与航天课件2021届高【例4】“嫦娥一号”探月卫星绕地运行一段时间后，离开地球飞向月球．图3是绕地飞行的三条轨道，1轨道是近地圆形轨道，2和3是变轨后的椭圆轨道．A点是2轨道的近地点，B点是2轨道的远地点，卫星在轨道1的运行速率为7.7km/s，则下列说法中正确的是()A．卫星在2轨道经过A点时的速率一定等于7.7km/sB．卫星在2轨道经过B点时的速率一定小于7.7km/sC．卫星在3轨道所具有的机械能小于在2轨道所具有