物理高考人教版一轮复习课件与测评份万有引力航天

[想一想](1)开普勒行星运动定律不仅适用于行星绕太阳运动，也适用于卫星绕地球运动，若一颗卫星绕地球做椭圆轨道运动，则它在近地点和远地点的速度大小关系如何？

(2)请根据万有引力定律和牛顿第二定律分析地球表面上不同质量的物体的重力加速度大小关系。万有引力定律[记一记]1．开普勒行星运动定律椭圆焦点半长轴公转周期2．万有引力定律6.67×10－11N·m2/kg2质点两球心质点[试一试]1．一名宇航员来到一个星球上，如果该星球的质量是地球质量的一半，它的直径也是地球直径的一半，那么这名宇航员在该星球上所受的万有引力大小是它在地球上所受万有引力的(

)A．0.25倍 B．0.5倍C．2.0倍 D．4.0倍答案：C

卫星运行规律及宇宙速度[想一想]

在地球周围飞行着许多人造地球卫星，由于用途不同，它们的运行轨道也不相同，请思考以下问题：

(1)若各卫星的轨道均为圆形轨道，这些轨道有什么共同点。

(2)各圆形轨道卫星的飞行速度是不同的，卫星离地面越近，其飞行速度越大还是越小，它们的最大速度是多少？超链接

提示：(1)各圆形轨道的圆心均为地球的球心。

(2)离地面越近的卫星，飞行速度越大，卫星沿圆形轨道运行的最大速度为7.9km/s，也就是第一宇宙速度。[记一记]1．地球同步卫星的特点

(1)轨道平面一定：轨道平面和

平面重合。

(2)周期一定：与地球

周期相同，即T＝24h＝86400s。

(3)角速度一定：与地球自转的角速度相同。赤道自转一致2．极地卫星和近地卫星

(1)极地卫星运行时每圈都经过

，由于地球自转，极地卫星可以实现全球覆盖。

(2)近地卫星是在地球表面附近环绕地球做匀速圆周运动的卫星，其运行的轨道半径可近似认为等于

，其运行线速度约为

km/s。

(3)两种卫星的轨道平面一定通过

。南北两极地球的半径7.9地球的球心3．三种宇宙速度比较宇宙速度数值(km/s)意义第一宇宙速度___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____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_____这是物体挣脱太阳引力束缚的最小发射速度，若v≥16.7km/s，物体将脱离太阳引力束缚在

运行(逃逸速度)7.911.216.7地球太阳宇宙空间[试一试]2．由于通讯和广播等方面的需要，许多国家发射了地球同步轨道卫星，这些卫星的(

)A．质量可以不同 B．轨道半径可以不同C．轨道平面可以不同D．速率可以不同解析：同步卫星轨道只能在赤道平面内，高度一定，轨道半径一定，速率一定，但质量可以不同，A项正确。答案：A

经典时空观和相对论时空观[记一记]

1．经典时空观

(1)在经典力学中，物体的质量是不随速度的改变而改变的。

(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相同的。

2．相对论时空观同一过程的位移和时间的测量与参考系有关，在不同的参考系中不同。

3．经典力学有它的适用范围只适用于低速运动，不适用于高速运动；只适用于宏观世界，不适用于微观世界。[试一试]3．下列说法正确的是(

)A．牛顿运动定律就是经典力学B．经典力学的基础是牛顿运动定律C．牛顿运动定律可以解决自然界中所有的问题D．经典力学可以解决自然界中所有的问题解析：经典力学并不等于牛顿运动定律，牛顿运动定律只是经典力学的基础，经典力学并非万能，也有其适用范围，并不能解决自然界中所有的问题，没有哪个理论可以解决自然界中所有的问题。因此只有搞清牛顿运动定律和经典力学的隶属关系，明确经典力学的适用范围，才能正确解决此类问题。答案：B

人造卫星的运行问题

1.一种模型无论自然天体(如地球、月亮)还是人造天体(如宇宙飞船、人造卫星)都可以看做质点，围绕中心天体(视为静止)做匀速圆周运动。

2．两条思路3．三个物体求解卫星运行问题时，一定要认清三个物体(赤道上的物体、近地卫星、同步卫星)之间的关系。比较内容赤道表面的物体近地卫星同步卫星向心力来源万有引力的分力万有引力向心力方向指向地心重力与万有引力的关系重力略小于万有引力重力等于万有引力线速度v1＝ω1R比较内容赤道表面的物体近地卫星同步卫星线速度v1<v3<v2(v2为第一宇宙速度)角速度ω1＝ω自ω1＝ω3<ω2向心加速度a1＝ω12Ra1<a3<a2

4.四个关系“四个关系”是指人造卫星的加速度、线速度、角速度、周期与轨道半径的关系。[例1]

如图4－4－1所示，在火星与木星轨道之间有一小行星带。假设该带中的小行星只受到太阳的引力，并绕太阳做匀速圆周运动。下列说法正确的是(

)图4－4－1A．太阳对各小行星的引力相同

B．各小行星绕太阳运动的周期均小于一年

C．小行星带内侧小行星的向心加速度值大于外侧小行星的向心加速度值

D．小行星带内各小行星圆周运动的线速度值大于地球公转的线速度值[答案]

C(1)不同轨道上运行的卫星的加速度、线速度、角速度、周期可以比较大小，但不同轨道上卫星的质量及所受的万有引力大小无法比较。

(2)要熟记经常用到的常数，如地球自转一周为一天，绕太阳公转一周为一年，月球绕地球公转一周为一月(27.3天)等。天体质量和密度的估算[例2]

一卫星绕某一行星表面附近做匀速圆周运动，其线速度大小为v。假设宇航员在该行星表面上用弹簧测力计测量一质量为m的物体重力，物体静止时，弹簧测力计的示数为N。已知引力常量为G，则这颗行星的质量为(

)

[审题指导](1)明确行星表面附近的绕行卫星的轨道半径与行星半径的大小关系。

(2)弹簧测力计的示数、物体的重力与其所受万有引力的大小关系。[答案]

B估算天体质量和密度时应注意的问题卫星的变轨问题1.圆轨道上的稳定运行2．变轨运行分析[例3]

2012年6月16日18时37分，执行我国首次载人交会对接任务的“神舟九号”载人飞船发射升空，在距地面343公里的近圆轨道上，与等待已久的“天宫一号”实现多次交会对接、分离，于6月29日10时许成功返回地面，下列关于“神舟九号”与“天宫一号”的说法正确的是(

)A．若知道“天宫一号”的绕行周期，再利用引力常量，就可算出地球的质量

B．在对接前，“神舟九号”轨道应稍低于“天宫一号”的轨道，然后让“神舟九号”加速追上“天宫一号”并与之对接C．在对接前，应让“神舟九号”和“天宫一号”在同一轨道上绕地球做圆周运动，然后让“神舟九号”加速追上“天宫一号”并与之对接

D．“神舟九号”返回地面时应在绕行轨道上先减速

[审题指导](1)航天器在圆形轨道上运行时，地球对航天器的万有引力恰好提供向心力。

(2)航天器要实现变轨，应增大或减小其运行速率。[尝试解题]

[答案]

BD万有引力定律与其他知识的综合应用[例4]我国探月的“嫦娥”工程已启动，在不久的将来，我国宇航员将登上月球。假设探月宇航员站在月球表面一斜坡上的M点，并沿水平方向以初速度v0抛出一个小球，测得小球经时间t落到斜坡上另一点N，斜面的倾角为θ，如图4－4－2所示。将月球视为密度均匀、半径为r的球体，引力恒量为G，则月球的密度为(

)图4－4－2[审题指导]第一步：抓关键点关键点获取信息从M点平抛落到N点宇航员在月球表面平抛小球小球运动的加速度为月球表面的重力加速度第二步：找突破口[尝试解题]

[答案]

C

[模型概述]

在天体运动中，将两颗彼此相距较近且在相互之间万有引力作用下，绕两者连线上的某点做周期相同的匀速圆周运动的行星称为双星。

超链接[答案]

A

[题后悟道]

我们通常研究卫星绕地球或行星绕太阳运行问题时，卫星到地球中心或行星到太阳中心间距与它们的轨道半径大小是相等的，但在宇宙双星问题中，行星间距与轨道半径是不同的，这点要引起重视。

银河系的恒星中大约四分之一是双星，某双星由质量不等的星体S1和S2构成，两星在相互之间的万有引力作用下绕两者连线上某一定点C做匀速圆周运动。由天文观察测得其运动周期为T，S1到C点的距离为r1，S1和S2的距离为r，已知引力常量为G。由此可求出S2的质量为(

)答案：D

[随堂巩固落实]答案：B

2．

如图4－4－3所示，飞船从轨道1变轨至轨道2。若飞船在两轨道上都做匀速圆周运动，不考虑质量变化，相对于在轨道1上，飞船在轨道2上的(

)A．动能大 B．向心加速度大C．运行周期长 D．角速度小图4－4－3答案：CD

3．一行星绕恒星做圆周运动。由天文观测可得，其运行周期为T，速度为v。引力常量为G，则下列说法正确的是(

)答案：ACD

4．(2013·唐山模拟)宇宙中，两颗靠得比较近的恒星，只受到彼此之间的万有引力作用互相绕转，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A、B绕其连线上的O点做匀速圆周运动，如图4－4－4所示。若AO>OB，则(

)A．星球A的质量一定大于B的质量B．星球A的线速度一定大于B的线速度图4－4－4C．双星间距离一定，双星的质量越大，其转动周期越大D．双星的质量一定，双星之间的距离越大，其转动周期越大答案：BD

5．

在地球的圆形同步轨道上有某一卫星正在运行，则下列说法正确的是(

)A．卫星的重力小于在地球表面时受到的重力B．卫星处于完全失重状态，所受重力为零C．卫星离地面的高度是一个定值D．卫星相对地面静止，处于平衡状态解析：在地球的圆形同步轨道上正在运行的卫星，卫星的重力小于在地球表面时受到的重力，卫星处于完全失重状态，所受重力不为零，选项A正确B错误；卫星离地面的高度是一个定值，卫星相对地面静止，处于匀速圆周运动状态，选项C正确D错误。答案：AC

6.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4－4－5所示。关于航天飞机的运动，下列说法中错误的有(

)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的加速度图4－4－5答案：D

（给有能力的学生加餐）1．对于同步卫星，下列说法中正确的是(

)A．它们的运行速度大小相等，且都小于7.9km/sB．它们运行周期可能不同C．它们离地心的距离可能不同D．它们的向心加速度与静止在赤道上的物体的向心加速度大小相等解析：同步卫星的运行周期、角速度与地球自转周期、角速度相同，因此同步卫星高度固定，线速度固定且小于第一宇宙速度7.9km/s，因此选项A正确，选项B、C错误；同步卫星与赤道上物体比较，周期、角速度相同，半径不同，因此向心加速度不同，选项D错误。

答案：A

2．(2011·辽宁抚顺)据报道，我国自主研制的“嫦娥二号”卫星在奔月的旅途中，先后完成了一系列高难度的技术动作，在其环月飞行的高度距离月球表面100km时开始全面工作。国际上还没有分辨率优于10米的全月球立体图像，而“嫦娥二号”立体相机具有的这种