高考物理总复习第4节万有引力与航天课件

第4节万有引力与航天根底过关考点研析素养提升根底过关紧扣教材·自主落实一、开普勒行星运动定律1.内容根底知识定律内容图示或公式开普勒第一定律(轨道定律)所有行星绕太阳运动的轨道都是

,太阳处在

的一个焦点上开普勒第二定律(面积定律)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

相等椭圆椭圆面积三次方二次方2.应用(1)行星绕太阳的运动通常按圆轨道处理.(2)开普勒行星运动定律也适用于其他天体,例如月球、卫星绕地球的运动等.二、万有引力定律及其应用1.内容: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,引力的大小与物体的质量m1和m2的乘积

,与它们之间距离r的二次方

.成正比成反比3.适用条件(1)公式适用于

间的相互作用.当两个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.质点两球心间自主探究停在路面上相距一段距离的两辆汽车.假设不受地面的摩擦力等阻力,它们还会一直停在原来位置吗?答案:不会,它们会在其间万有引力作用下而逐渐靠近直至靠在一起.三、宇宙速度1.三个宇宙速度第一宇宙速度(环绕速度)v1=

km/s,是人造卫星在地面附近绕地球做

运动的速度第二宇宙速度(脱离速度)v2=

km/s,使物体挣脱

引力束缚的最小发射速度第三宇宙速度(逃逸速度)v3=

km/s,使物体挣脱

引力束缚的最小发射速度匀速圆周地球太阳2.第一宇宙速度(1)意义:是人造地球卫星的

速度,也是人造地球卫星的

.

速度.最大环绕最小发射四、经典时空观和相对论时空观1.经典时空观空间、时间是独立于

及其

而存在.2.相对论时空观物体占有的空间以及物理过程、化学过程,甚至还有生命过程的持续时间,都与它们的

有关.物体运动运动状态过关巧练1.思考判断

(1)行星在椭圆轨道上的运行速率是变化的,离太阳越近,运行速率越小.(

)×√×√×2.(2021·上海黄浦区检测)关于万有引力定律,以下说法正确的选项是()A.牛顿提出了万有引力定律,并测定了引力常量的数值B.万有引力定律只适用于天体之间C.万有引力的发现,揭示了自然界一种根本相互作用的规律D.地球绕太阳在椭圆轨道上运行,在近日点和远日点受到太阳的万有引力大小是相同的C解析:牛顿提出了万有引力定律,卡文迪许测定了引力常量的数值,万有引力定律适用于任何有质量的物体之间,万有引力的发现,揭示了自然界一种根本相互作用的规律,选项A,B错误,C正确;地球绕太阳在椭圆轨道上运行,在近日点和远日点受到太阳的万有引力大小是不相同的,选项D错误.3.[人教版必修2·P43·T2改编](多项选择)不考虑地球自转,关于地球外表的自由落体加速度以下说法正确的选项是()A.不同物体在地球外表的自由落体加速度是不同的B.假设地球的质量为M,地球半径为R,不同物体在地球外表的自由落体加速度都是g=C.高山上的自由落体加速度比地面的大D.高山上的自由落体加速度比地面的小BD考点研析核心探究·重难突破考点一万有引力定律的理解与应用2.万有引力与重力的关系(3)其他天体的“重力加速度〞,可参考地球上的情况做相应分析.【典例1】(2021·海南卷,6)假设在某行星和地球上相对于各自的水平地面附近相同的高度处、以相同的速率平抛一物体,它们在水平方向运动的距离之比为2∶.该行星质量约为地球的7倍,地球的半径为R.由此可知,该行星的半径约为()C【针对训练】(2021·广东第二次大联考)一质量为m的物体分别静止在北极与赤道时对地面的压力差为ΔN,假设地球是质量分布均匀的球体,半径为R.那么地球的自转周期为()A考点二中心天体质量和密度的估算1.中心天体质量和密度的计算方法2.估算天体问题应注意三点(1)天体质量估算中常有隐含条件,如地球的自转周期为24h,公转周期为365天等.(2)假设地球外表重力加速度时,注意黄金代换式GM=gR2的应用.【典例2】(2021·北京卷,17)利用引力常量G和以下某一组数据,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D【针对训练】(2021·山东济南模拟)热爱天文科学的某同学从网上得到一些关于月球和地球的信息,如下表中所示.根据表格中数据,可以计算出地球和月球的密度之比为()AA.3∶2 B.2∶3 C.4∶1 D.6∶1考点三卫星的运行规律1.卫星运行的四个关系CAC考点四航天器的变轨问题【典例4】(2021·宁夏银川一模)“嫦娥五号〞探月卫星方案执行月面取样返回任务.“嫦娥五号〞从月球返回地球的过程可以简单分成四步,如下图第一步将“嫦娥五号〞发射至月球外表附近的环月圆轨道Ⅰ,第二步在环月轨道的A处进行变轨进入月地转移轨道Ⅱ,第三步当接近地球外表附近时,又一次变轨,从B点进入绕地圆轨道Ⅲ,第四步再次变轨后降落至地面,以下说法正确的选项是()A.将“嫦娥五号〞发射至轨道Ⅰ时所需的发射速度为7.9km/sB.“嫦娥五号〞从环月轨道Ⅰ进入月地转移轨道Ⅱ需要加速C.“嫦娥五号〞从A沿月地转移轨道Ⅱ到达B点的过程中其动能一直增加D.“嫦娥五号〞在第四步变轨时需要加速B解析:月球的第一宇宙速度比地球的要小,应选项A错误.“嫦娥五号〞从轨道Ⅰ进入月地转移轨道Ⅱ是离心运动,所以需要加速,应选项B正确.刚开始的时候月球对“嫦娥五号〞的引力大于地球对“嫦娥五号〞的引力,所以动能要减小,之后当地球的引力大于月球的引力时,动能开始增加,应选项C错误.“嫦娥五号〞降落至地面的运动为近心运动,需要减速,应选项D错误.1.(2021·天津卷,3)我国即将发射“天宫二号〞空间实验室,之后发射“神舟十一号〞飞船与“天宫二号〞对接.假设“天宫二号〞与“神舟十一号〞都围绕地球做匀速圆周运动,为了实现飞船与空间实验室的对接,以下措施可行的是()A.使飞船与空间实验室在同一轨道上运行,然后飞船加速追上空间实验室实现对接B.使飞船与空间实验室在同一轨道上运行,然后空间实验室减速等待飞船实现对接C.飞船先在比空间实验室半径小的轨道上加速,加速后飞船逐渐靠近空间实验室,两者速度接近时实现对接D.飞船先在比空间实验室半径小的轨道上减速,减速后飞船逐渐靠近空间实验室,两者速度接近时实现对接题组训练C解析:使飞船与空间实验室在同一轨道上运行,然后飞船加速,那么向心力变大,飞船将脱离原轨道而进入更高的轨道,不能实现对接;假设空间实验室减速,那么向心力变小,空间实验室将脱离原轨道而进入更低的轨道,不能实现对接,应选项A,B错误;要想实现对接,可使飞船在比空间实验室半径小的轨道上加速,然后飞船将进入较高的空间实验室轨道,逐渐靠近空间实验室后,两者速度接近时实现对接,选项C正确;假设飞船在比空间实验室半径小的轨道上减速,那么飞船将进入更低的轨道,不能实现对接,选项D错误.2.(2021·河南洛阳第一次统考)假设一艘飞船靠近火星时,经历如下图的变轨过程,那么以下说法正确的选项是()A.飞船在轨道Ⅱ上运动到P点的速度小于在轨道Ⅰ上运动到P点的速度B.假设轨道Ⅰ贴近火星外表,测出飞船在轨道Ⅰ上运动的周期,就可以推导出火星的密度C.飞船在轨道Ⅰ上运动到P点时的加速度大于飞船在轨道Ⅱ上运动到P点时的加速度D.飞船在轨道Ⅱ上运动的周期小于在轨道Ⅰ上运动的周期B考点五双星或多星模型1.宇宙双星问题(1)两星的角速度、周期都相同,即T1=T2,ω1=ω2.(3)两星之间的距离不变,且两星的轨道半径之和等于两星之间的距离,即r1+r2=L.2.宇宙三星、四星问题首先明确多星系统中各星体的位置及周期关系,再分析各星做匀速圆周运动的向心力的来源和轨道半径.3.分析思路【典例5】(2021·广州检测)(多项选择)太空中存在一些离其他恒星较远的、由质量相等的三颗星组成的三星系统,通常可忽略其他星体对它们的引力作用.已观测到稳定的三星系统存在两种根本的构成形式(如图):一种是三颗星位于同一直线上,两颗星围绕中央星在同一半径为R的圆轨道上运行;另一种形式是三颗星位于等边三角形的三个顶点上,并沿外接于等边三角形的圆形轨道运行.设这三颗星的质量均为M,并设两种系统的运动周期相同,引力常量为G,那么()BC方法技巧多星问题的分析要点(1)多星问题中,质量相同的各星处于同一圆轨道上,绕其某一点做匀速圆周运动,或处于同一直线上的三星绕其中一颗做匀速圆周运动,某一星体所需向心力是其他星体对它万有引力的矢量和.(2)双星系统中,各行星的向心力大小一定相等,等于它们之间的万有引力,向心力不会因为两行星质量、轨道半径不同而不同.万有引力定律表达式中的r表示双星间的距离,此处应该是L;而向心力表达式中的r表示它们各自做圆周运动的半径,此处为r1,r2,千万不可混淆.1.[双星模型](2021·四川春季诊断性测试)只受到彼此之间的万有引力作用而互相绕转的两颗恒星,称之为双星系统.在浩瀚的银河系中,多数恒星都是双星系统.设某双星系统两星A,B绕其连线上的O点做匀速圆周运动,如下图,假设AO>OB,以下说法正确的选项是()A.星球A的质量一定大于B的质量B.星球A的角速度一定大于B的角速度C.双星间距离一定,双星的总质量越大,其转动周期越大D.双星的总质量一定,双星间距离越大,其转动周期越大题组训练D2.[四星模型](多项选择)宇宙中存在一些质量相等且离其他恒星较远的四颗星组成的四星系统,通常可忽略其他星体对它们的引力作用.设四星系统中每个星体的质量均为m,半径均为R,四颗星稳定分布在边长为L的正方形的四个顶点上,其中L远大于R.万有引力常量为G.忽略星体的自转,那么关于四星系统,以下说法正确的选项是()CD素养提升学科素养·演练提升核心素养【思维拓展】天体运动与几何知识的结合人造卫星绕地球运动,太阳发出的光线沿直线传播,地球或卫星都会遮挡光线,从而使万有引力、天体运动与几何知识结合起来.求解此类问题时,要根据题中情景,由光线沿直线传播画出几何图形,通过几何图形找到边界光线,从而确定临界条件,并结合万有引力提供卫星做圆周运动所需的向心力,列式求解.BA高考模拟1.(2021·北京卷,17)假设想检验“使月球绕地球运动的力〞与“使苹果落地的力〞遵循同样的规律,在月地距离约为地球半径60倍的情况下,需要验证()B2.(2021·全国Ⅱ卷,16)2021年2月,我国500m口径射电望远镜(天眼)发现毫秒脉冲星“J0318+0253〞,其自转周期T=5.19ms.假设星体为质量均匀分布的球体,万有引力常量为6.67×10-11N·m2/kg2.以周期T稳定自转的星体的密度最小值约为()