高考物理总复习第四章曲线运动万有引力与航天第13讲万有引力与航天市赛课公开课一等奖省名师获奖P

曲线运动万有引力与航天第四章第13讲万有引力与航天1/60考纲要求考情分析命题趋势1.万有引力定律及其应用Ⅱ2．围绕速度Ⅱ3．卫星变轨问题Ⅱ·全国卷Ⅰ，17·全国卷Ⅰ，21·全国卷Ⅰ，19·全国卷Ⅱ，20本节知识点在高考中主要以选择题题型考查，要深刻了解天体问题两个基本思绪，熟练掌握卫星各参量与半径关系，会求解天体质量和密度2/60栏目导航板块一板块二板块三板块四3/601．开普勒三定律内容、公式考点行星或卫星圆周运动卫星发射与变轨椭圆椭圆4/60面积三次方二次方5/602.万有引力定律(1)公式F＝__________，其中G为引力常量，G＝6.67×10－11N·m2/kg2，可由卡文迪许扭秤试验测定．6/60(2)适用条件两个__________相互作用．①质量分布均匀球体间相互作用，也可用本定律来计算，其中r为__________距离．②一个质量分布均匀球体和球外一个质点之间万有引力也适用，其中r为______________________距离．(3)基本应用①基本方法：把天体(或人造卫星)运动看成是匀速圆周运动，其所需向心力由__________提供．质点之间

两球心间

质点到球心之间

万有引力

7/608/60(4)地球同时卫星相对于地面静止且与地球自转含有相同周期卫星叫地球同时卫星．同时卫星有以下“七个一定”特点：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＝__________.③角速度一定：与地球自转角速度__________.赤道平面

相同

24

h

相同

9/60一致10/603．宇宙速度(1)第一宇宙速度①第一宇宙速度又叫__________速度，其数值为__________km/s.②第一宇宙速度是人造卫星在__________附近围绕地球做匀速圆周运动时含有速度．③第一宇宙速度是人造卫星最小_______速度，也是人造卫星最大_______速度．围绕

7.9

地面

发射

围绕

11/60(2)第二宇宙速度使物体摆脱________引力束缚最小发射速度，其数值为________km/s.

(3)第三宇宙速度使物体摆脱________引力束缚最小发射速度，其数值为________km/s.

地球

11.2

太阳

16.7

12/60×

×

×

√√×

13/60C

14/603．(处理天体问题两种思绪)如图所表示，在圆轨道上运行国际空间站里，一宇航员A静止(相对于空间舱)“站”在舱内朝向地球一侧“地面”B上．则以下说法中正确是(

)A．宇航员A不受重力作用B

15/60解析：宇航员所受万有引力等于该处宇航员重力，万有引力提供该处做圆周运动向心力，选项A错误，B正确；宇航员处于完全失重状态，和“地面”B间没有相互作用，选项C错误；将一小球无初速度释放，小球相对空间舱静止，不会落到“地面”B上，选项D错误．16/60一天体质量和密度计算

17/6018/6019/60[尝试解答]____________________________________________________________________________________A

20/6021/601．卫星轨道(1)赤道轨道：卫星轨道在赤道平面内，同时卫星就是其中一个．(2)极地轨道：卫星轨道过南北两极，即在垂直于赤道平面内，如极地气象卫星．(3)其它轨道：除以上两种轨道外卫星轨道，且轨道平面一定经过地球球心．

二人造卫星运行规律22/6023/6024/60处理力与运动关系思想还是动力学思想，处理力与运动关系桥梁还是牛顿第二定律．(1)卫星an、v、ω、T是相互联络，其中一个量发生改变，其它各量也随之发生改变．(2)an、v、ω、T均与卫星质量无关，只由轨道半径r和中心天体质量共同决定．25/60[例2](多项选择)能够发射一颗这么人造地球卫星，使其圆轨道(

)A．与地球表面上某一纬线(非赤道)是共面同心圆B．与地球表面上某一经线所决定圆是共面同心圆C．与地球表面上赤道线是共面同心圆，且卫星相对地球表面是静止D．与地球表面上赤道线是共面同心圆，但卫星相对地球表面是运动[尝试解答]____________________________________________________________________________________CD

26/60解析：人造地球卫星飞行时，因为地球对卫星引力足它做圆周运动向心力，而这个力方向必定指向圆心，即指向地心，也就是说人造地球卫星所在轨道圆圆心一定要和地球中心重合，不可能是地轴上(除地心外)某一点，故A是不正确；因为地球同时绕着地轴在自转，所以卫星轨道平面也不可能和经线所决定平面共面，所以B也是不正确；相对地球表面静止卫星就是地球同时卫星，它必须在赤道平面内，且距地面有确定高度，这个高度约为三万六千千米，而低于或高于这个轨道卫星也能够在赤道平面内运动，不过因为它们公转周期和地球自转周期不一样，就会相对于地面运动．27/601．变轨原因当卫星因为某种原因速度突然改变时(开启或关闭发动机或空气阻力作用)，万有引力不再等于向心力，卫星将变轨运行．三卫星(航天器)变轨问题28/6029/60[例3](·四川成都模拟)“嫦娥三号”探测器由“长征三号乙”运载火箭从西昌卫星发射中心发射，首次实现月球软着陆和月面巡视勘察．假设“嫦娥三号”在环月圆轨道和椭圆轨道上运动时，只受到月球万有引力．则(

)A．若已知“嫦娥三号”环月圆轨道半径、运动周期和引力常量，则能够计算出月球密度B．“嫦娥三号”由环月圆轨道变轨进入环月椭圆轨道时，应让发动机点火使其加速C．“嫦娥三号”在环月椭圆轨道上P点速度大于Q点速度D．“嫦娥三号”在环月圆轨道上运行速率比月球第一宇宙速度小[尝试解答]____________________________________________________________________________________D

30/6031/6032/60分析卫星变轨问题思绪33/60在天体运动中，离其它星体较远几颗星，在它们相互间万有引力作用力下绕同一中心位置运转，这么几颗星组成系统称为宇宙多星模型．1．“双星”系统(1)两颗恒星做匀速圆周运动所需向心力是由它们之间万有引力提供，故两恒星做匀速圆周运动向心力大小相等．(2)两颗恒星均绕它们连线上一点做匀速圆周运动，所以它们运行周期和角速度是相等．(3)两颗恒星做匀速圆周运动半径r1和r2与两行星间距L大小关系：r1＋r2＝L.四天体运动中“多星”系统34/602．“多星”系统(1)多颗行星在同一轨道绕同一点做匀速圆周运动，每颗行星做匀速圆周运动所需向心力由其它各个行星对该行星万有引力协力提供．(2)每颗行星转动方向相同，运行周期、角速度和线速度大小相等．35/60[尝试解答]____________________________________________________________________________________ABC

36/6037/60天体运动中“多星”系统特点1．不论是双星还是三星系统模型，每个星体都做匀速圆周运动(中心星体除外)，且周期、角速度相等．2．注意应用数学知识，由星体距离求轨道半径．3．只有当系统中星体质量相等时，它们轨道半径才相等．38/601．(多项选择)(·全国卷Ⅰ)我国发射“嫦娥三号”登月探测器靠近月球后，先在月球表面附近近似圆轨道上绕月运行；然后经过一系列过程，在离月面4m高处做一次悬停(可认为是相对于月球静止)；最终关闭发动机，探测器自由下落，已知探测器质量约为1.3×103kg，地球质量约为月球81倍，地球半径约为月球3.7倍，地球表面重力加速度大小约为9.8m/s2.则此探测器(

)A．在着陆前瞬间，速度大小约为8.9m/sB．悬停时受到反冲作用力约为2×103NC．从离开近月圆轨道到着陆这段时间内，机械能守恒D．在近月圆轨道上运行线速度小于人造卫星在近地圆轨道上运行线速度BD

39/6040/60CD

41/6042/60AD

43/6044/604．(·湖北黄冈模拟)如图甲所表示“轨道康复者”航天器可在太空中给“垃圾”卫星补充能源，延长卫星使用寿命．图乙是“轨道康复者”在某次拯救一颗地球同时卫星前，二者在同一平面内沿相同绕行方向绕地球做匀速圆周运动示意图，此时二者连线经过地心，轨道半径之比为1∶4.若不考虑卫星与“轨道康复者”之间引力，则以下说法正确是(

)D

45/60A．在图示轨道上，“轨道康复者”速度大于7.9km/sB．在图示轨道上，“轨道康复者”加速度大小是地球同时卫星4倍C．在图示轨道上，“轨道康复者”周期为3h，且从图示位置开始经1.5h与同时卫星距离最近D．若要对该同时卫星实施拯救，“轨道康复者”应从图示轨道上加速，然后与同时卫星对接46/6047/60[例1](·湖北宜昌质检·6分)地球赤道上有一物体随地球自转做圆周运动，所需向心力为F1，向心加速度为a1，线速度为v1，角速度为ω1；绕地球表面附近做匀速圆周运动人造卫星(高度可忽略)所需要向心力为F2，向心加速度为a2，线速度为v2，角速度为ω2；地球同时卫星做圆周运动所需要向心力为F3，向心加速度为a3，线速度为v3，角速度为ω3，已知地面重力加速度为g，同时卫星离地高度为h，若三者质量相等，则(

)A．F1＝F2>F3 B．a1＝a2＝g>a3C．v1＝v2>v3 D．ω1＝ω3<ω248/60[答题送检]····································来自阅卷名师汇报[答案]D错误致错原因扣分ABC混同三个物体做圆周运动时向心力起源，造成公式利用错误.－649/60[例2](·四川成都诊疗·12分)在天体运动中，将两颗彼此距离较近且相互绕行行星称为双星，因为两星间引力而使它们之间距离保持不变，假如两个行星质量分别为M1和