上海市高三物理二轮复习讲义第五单元万有引力定律

第五单元万有引力定律目录TOC\o"13"\h\u第1讲万有引力定律 2第2讲人造卫星宇宙速度 9课标要求:1.通过史实,了解万有引力定律的发现过程。知道万有引力定律。认识发现万有引力定律的重要意义。认识科学定律对人类探索未知世界的作用。2.会计算人造地球卫星的环绕速度。知道第二宇宙速度和第三宇宙速度。知识结构第1讲万有引力定律内容梳理【概念规律】一、开普勒行星运动定律定律图示内容开普勒第一定律(轨道定律)所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在椭圆轨道的一个______上说明：不同行星绕太阳的椭圆轨道是不同的开普勒第二定律(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面积______说明：v开普勒第三定律(周期定律)所有行星绕太阳运动轨道________的立方与公转周期的二次方成正比说明：a3二、万有引力定律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,引力的大小与两物体__________成正比,与它们间__________成反比。2.公式F3.适用条件(1)两质点间,(2)质量分布均匀的球体间。4.引力常量G由英国物理学家卡文迪什利用扭秤装置测出(如右图所示)意义:(1)验证了万有引力定律的正确性;(2)测出了引力常量G的大小思想方法:__________。三、万有引力与重力的关系地球对物体的万有引力有两个效果,一是提供物体随地球自转的向心力,二是重力mg,如右图所示。(1)在赤道上:F(2)在两极上:F(3)在一般位置:F万等于G四、黄金代换式地表附近:万有引力等于物体的重力F即GMmR2答案:一、焦点相等半长轴二、质量的乘积距离的平方微小量放大【问题情境举隅】常见星体的运动太阳系中的八大行星绕太阳运动,月球绕地球做近似圆周运动,哈雷彗星绕太阳做椭圆运动,双星系统绕着公共的圆心转动。万有引力定律的应用科学家通过万有引力定律,计算并预言了海王星的存在;称量天体的质量和密度;预言哈雷彗星的回归。关键点拨万有引力定律的计算【例题1】有一质量为M、半径为R、密度均匀的球体,在距离球心O为2R的地方有一质量为m的质点。现将M中挖去半径为12R的球体,如图所示,则剩余部分对m的万有引力FA.G23Mm100R2 B.G25课堂笔记:________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。【点拨1】1.利用万有引力定律进行分析和计算。2.思想方法:力的合成法。星球表面重力加速度的计算【例题2】若有一星球密度与地球密度相同,此星球半径是地球半径的2倍,则星球表面的重力加速度是地球表面重力加速度的 ()A.0.25倍 B.0.5倍 C.2倍 D.8倍课堂笔记:________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。【点拨2】星球表面重力加速度、轨道重力加速度及轨道向心加速度问题思路:利用F万(1)星球表面附近的重力加速度:GMmR(2)距星球表面高ℎ处的轨道重力加速度:GMm((3)距星球表面高ℎ处的向心加速度:GMm(显然,g注意事项:在具体的应用中,要区分星球半径R和卫星做圆周运动的轨道半径r。天体质量和密度的计算【例题3】如图,我国的“天问一号”火星探测器已经在火星“上岗”满两年,取得了丰硕的科研成果。设火星为质量均匀分布的球体,半径为R。在火星表面ℎ高处由静止释放一可视为质点的小物体,测出物体落地时间为t。忽略火星自转。不计火星表面气体阻力,引力常量为G,则火星的质量为__________,密度为__________。课堂笔记:________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。【点拨3】思路一:利用F万①由G=Mm即只要测出环绕天体的r和T/②由ρ=Mv当r=R时,即卫星绕中心天体表面运行时,思路二:利用F万①由G即已知天体表面的重力加速度和中心天体的半径,就可以计算出该天体的质量。②同理,可得星体的密度ρ过关演练【经典过关】1.某行星绕太阳运动的轨道如图所示,则以下说法中正确的是 ()A.该行星在a点的向心加速度比在b、B.该行星在a点的速度比在b、C.行星与太阳的连线在相等时间内扫过的面积是不相等的D.行星绕太阳做匀速圆周运动,太阳在圆心上2.假设有质量相等的A、B两颗地球卫星,已知地球半径为R,卫星A距地面高度为R,卫星B距地面高度为2R,卫星B受到地球的万有引力大小为F,则卫星AA.32F B.2F C.93.一颗质量均匀、可看作球体的小行星,若该星球自转加快,当角速度为ω时,该星球表面“赤道”上的物体对星球的压力减为原来的23。已知引力常量G,则该星球密度ρ为 A.9ω28πG B.ω23【综合演练】英国伟大的物理学家牛顿,年轻时就思维非常活跃。他从日常观察到的物体下落、月球绕地球运动等现象,在前人研究的基础上,通过大胆猜想、严谨推理,最终揭开了天体运动的面纱。1.牛顿通过__________定律、牛顿第二定律、牛顿第三定律推理得知,天体间的引力F=2.牛顿猜想:地球对苹果的吸引力与地球对月球的吸引力是同一种性质的力。若猜想成立,两个力都应满足平方反比律。根据万有引力定律和牛顿第二定律得,加速度a=__________。若地球质量为M、月球质量为m、苹果质量为m0、月地中心间的距离为r、地球半径为R3.查阅观测数据:地球半径R=6.4×106m,月地距离r=3.84×108m,可知r24.在误差范围内,待验证的表达式成立。由此可得出的结论__________。第2讲人造卫星宇宙速度内容梳理【概念规律】一、人造卫星的运行规律基本思路:万有引力提供向心力:F物理量公式推导运行参量的表达式线速度Gv=_角速度Gω=v周期GT=v向心加速度Ga向

=结论1.卫星的运行参量与卫星质量无关，只由轨道半径和中心天体的质量共同决定2.绕同一中心天体运行的不同卫星，轨道半径r越大，v、ω、a向越3.当rmin=R

时，v、ω、轨道平面卫星运行的轨道中心通过地心二、各类卫星的特点：1.地球同步卫星(1)轨道平面:轨道平面与赤道平面__________。(2)周期:与地球自转周期相同,即T=__________(3)角速度:与地球自转角速度相同。(4)高度:由GMm(R+ℎ)2(5)速率:v=(6)向心加速度:a=(7)绕行方向:运行方向与地球自转方向__________。2.近地卫星卫星在地球表面附近绕地球做匀速圆周运动,轨道半径__________地球半径,运行速度约为7.9km/s。答案:一、v=GMrω=GM二、共面24h一致【问题情境举隅】常见的人造卫星同步卫星能提供稳定的全球通信服务,极地卫星能提供气象、科研服务,北斗导航卫星为车辆、船舶和飞机等提供高精度导航服务,卫星通过变轨来到达更高的轨道。我国的航天成就长征系列运载火箭顺利发射升空;神舟飞船航天员出舱进行太空行走;风云气象卫星对地观测,为气象、航海、农业等提供决策性服务;“嫦娥四号”实现了人类探测器首次月球背面软着陆。关键点拨人造卫星的运行规律【例题1】经科学研究发现,土卫六和土卫五绕土星的运动可近似看作匀速圆周运动,土卫六的质量、直径、距土星中心的距离都比土卫五大,两颗卫星相比,土卫六绕土星运动的 ()A.周期较小 B。角速度较大C.线速度较小 D.向心加速度较大课堂笔记:________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。【点拨1】由万有引力等于向心力视角切入,推得卫星各参量与轨道半径的关系,以此作出判断。同步卫星、近地卫星的分析和计算【例题2】海南文昌卫星发射场靠近赤道,静止在发射塔上待发射的卫星c,其随地球自转的速率为v3,向心加速度为a3。在赤道平面上正常运行的近地资源卫星a、同步通信卫星b,做圆周运动的速率分别为v1、v2,向心加速度分别为A.v2>vC.a3>a课堂笔记:________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。【点拨2】近地卫星、同步卫星和赤道上随地球自转的物体的比较近地卫星同步卫星赤道上随地球自转的物体向心力万有引力万有引力万有引力的一个分力轨道半径r角速度ω线速度v周期T向心加速度a卫星变轨问题分析【例题3】如图,是我国高分五号卫星发射的模拟示意图,先将高分五号卫星送入圆形近地轨道I运动,在轨道A处点火变轨进入椭圆轨道II,在轨道B处再次点火进入圆形预定轨道III绕地球做圆周运动,不考虑卫星的变化。下列叙述中正确的是q ()A.高分五号卫星在轨道厂上运动的速率小于在轨道亚上的速率B.高分五号卫星在三条轨道上的运行周期,在轨道I上最小、在轨道吕上最大C.高分五号卫星在轨道I上的加速度大于在轨道III上的加速度D.高分五号卫星在A处变轨要加速,在B处变轨要减速课堂笔记:课堂笔记:________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。【点拨3】卫星的变轨问题1.变轨过程卫星先到达轨道1,在P处点火加速,转移至轨道2;卫星到达Q处时,再次加速,转移至轨道3。2.参量分析(1)速度:v(2)加速度:a(3)周期:由开普勒第三定律知,T(4)机械能:E过关演练【经典过关】1.2017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相比,组合体运行的 ()A.周期变小 B.速率变小 C.向心加速度变小 D.动能变大2.地球赤道上的物体随地球自转的向心加速度为a1,地球的同步卫星绕地球做匀速圆周运动的轨道半径为r,向心加速度为a2。已知万有引力常量为G,地球半径为R,地球赤道表面的重力加速度为g。则A.地球质量M=grC.a1、a2、3.长征二号丁运载火箭载荷舱上载有离轨系统,当某近地卫星发射入轨后做近似匀速圆周运动时,离轨帆呈收拢状态,卫星寿命结束后,离轨帆展开,利用低轨环境稀薄大气形成与运动方向相反的气动阻力,让卫星缓慢降轨。则 ()A.卫星绕地球做匀速圆周运动的线速度大于7.9km/sB.在离轨帆打开后瞬间,卫星的加速度变大C.降轨过程中卫星所受万有引力大于所需向心力D.降轨过程中卫星的机械能逐渐减小【综合演练】2004年,我国正式开展月球探测工程,并命名为“嫦娥工程”。嫦娥工程分为“无人月球探测”“载人登月”和“建立月球基地”三个阶段。1.为脱离地球引力束缚,嫦娥号发射时的速度至少为__________m/s2.下图为嫦娥号从地球表面发射,经多次变轨后,最终到达月球,成为月球