高考物理复习考点考法第5章万有引力与航天市赛课公开课一等奖省名师获奖课件

第5章万有引力与航天考点13人造卫星宇宙速度考点14卫星变轨与对接问题考点12万有引力定律及其应用1/62考点12万有引力定律及其应用必备知识全方面把握关键方法重点突破考法1重力加速度相关问题考法2天体质量、密度估算考法3力学知识与万有引力定律综合应用考法例析成就能力题型1对开普勒行星运动定律认识题型2两物体间万有引力计算题型3天体表面重力加速度计算题型4相关天体质量、运动周期、轨道半径等分析题型5双星问题2/62必备知识全方面把握1．开普勒行星运动定律第一定律(轨道定律)：全部行星围绕太阳运动轨道都是椭圆，太阳处于全部椭圆一个焦点上．第二定律(面积定律)：对每一个行星而言，太阳与行星连线在相等时间内扫过相等面积．第三定律(周期定律)：全部行星轨道半长轴三次方跟公转周期二次方比值都相等．以T1、T2表示两行星公转周期，R1、R2表示两行星椭圆轨道半长轴，则周期定律表示为3/622．万有引力定律(1)内容：(2)适用条件：4/623．万有引力定律在天文学上应用5/624．宇宙中双星系统(1)双星系统①在宇宙中有这么一些特殊现象，两颗靠得很近天体，它们绕其连线上某点做匀速圆周运动，我们把这么两颗星称为双星系统，简称双星．其特点是这两颗星运动周期和角速度相等，这两颗星各自以一定速度绕某一中心转动，才不至于因万有引力作用而吸在一起．已知在某一双星系统中，如图所表示，两颗星质量分别为m1、m2，m1＞m2，且各自轨道半径为r1、r2，相距为L.在双星系统中，两颗星运动周期和角速度都相等，依据万有引力提供向心力对两颗星分别列方程式为：联立两式得m1r1＝m2r2；又因为v＝rω，两颗星角速度相同，所以两颗星线速度之比等于旋转轨道半径之比，即v1∶v2＝r1∶r2＝m2∶m1.6/62②双星系统规律总结a．两颗星都在做匀速圆周运动．b．两颗星向心力大小相同，是由两星之间万有引力提供．c．两颗星角速度相同，旋转周期相同，线速度之比等于旋转轨道半径之比．d．两颗星绕共同中心转动做圆周运动时总是位于旋转中心两侧，且三者在一条直线上．e．旋转中心距离质量较大星较近，r1∶r2＝m2∶m1.说明：宇宙空间大量存在这么双星系统．地月系统也能够看成一个双星系统，只不过，旋转中心没有出地壳而已，在不是很准确计算中，能够认为月球绕着地球中心旋转．7/62(2)多星系统①三星问题②四星问题考点128/62关键方法重点突破考法1重力加速度相关问题[课标全国·21，6分]假设地球是二分之一径为R、质量分布均匀球体，一矿井深度为d.已知质量分布均匀球壳对壳内物体引力为零．矿井底部和地面处重力加速度大小之比为()例19/62【解析】【答案】A例110/62考法2天体质量、密度估算[课标全国Ⅱ·18，6分]假设地球可视为质量均匀分布球体．已知地球表面重力加速度在两极大小为g0，在赤道大小为g；地球自转周期为T，引力常量为G.地球密度为()例211/62【解析】【答案】B例212/62考法3力学知识与万有引力定律综合应用[课标全国Ⅰ·21，6分](多项选择)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例313/62【解析】【答案】BD例3考点1214/62考法例析成就能力题型1对开普勒行星运动定律认识[课标全国Ⅲ·14，6分]关于行星运动规律，以下说法符合史实是()A．开普勒在牛顿定律基础上，导出了行星运动规律B．开普勒在天文观察数据基础上，总结出了行星运动规律C．开普勒总结出了行星运动规律，找出了行星按照这些规律运动原因D．开普勒总结出了行星运动规律，发觉了万有引力定律例115/62【解析】开普勒在第谷天文观察数据基础上，总结出了行星运动规律，但没有找出行星按照这些规律运动原因，选项A、C错误，选项B正确；牛顿发觉了万有引力定律，选项D错误．【答案】B例116/62题型2两物体间万有引力计算例217/62【解析】【答案】例218/62题型3天体表面重力加速度计算[重庆理综·2，6分]宇航员王亚平在“天宫一号”飞船内进行了我国首次太空讲课，演示了一些完全失重状态下物理现象．若飞船质量为m，距地面高度为h，地球质量为M，半径为R，引力常量为G，则飞船所在处重力加速度大小为()例319/62【解析】【答案】B例320/62题型4相关天体质量、运动周期、轨道半径等分析[北京理综·17，6分]利用引力常量G和以下某一组数据，不能计算出地球质量是()A．地球半径及重力加速度(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速度及周期C．月球绕地球做圆周运动周期及月球与地球间距离D．地球绕太阳做圆周运动周期及地球与太阳间距离例421/62【解析】【答案】D例422/62[天津理综·8，6分](多项选择)P1、P2为相距遥远两颗行星，距各自表面相同高度处有一颗卫星s1、s2做匀速圆周运动．图中纵坐标表示行星对周围空间各处物体引力产生加速度a，横坐标表示物体到行星中心距离r平方，两条曲线分别表示P1、P2周围a与r2反比关系，它们左端点横坐标相同．则()A．P1平均密度比P2大B．P1“第一宇宙速度”比P2小C．s1向心加速度比s2大D．s1公转周期比s2大例523/62【解析】【答案】AC例524/62题型5双星问题神奇黑洞是近代引力理论所预言一个特殊天体，探寻黑洞方案之一是观察双星系统运动规律．天文学家观察河外星系大麦哲伦星云时，发觉了LMCX－3双星系统．它由可见星A和不可见暗星B组成，将两星视为质点，不考虑其它天体影响，A、B围绕二者连线上O点做匀速圆周运动，它们之间距离保持不变，如图所表示．引力常量为G，由观察能够得到可见星A速率v和运行周期T.(1)可见星A所受暗星B引力FA可等效为位于O点处质量为m′星体(视为质点)对它引力，设A和B质量分别为m1、m2.试求m′(用m1、m2表示)；(2)求暗星B质量m2与可见星A速率v、运行周期T和质量m1之间关系式；(3)恒星演化到末期，假如其质量大于太阳质量ms2倍，它将有可能成为黑洞，若可见星A速率v＝2.7×105

m/s，运行周期T＝4.7π×104s，质量m1＝6ms，试经过估算来判断暗星B有可能是黑洞吗？(G＝6.67×10－11

N·m2/kg2，ms＝2.0×1030

kg)．例625/62【解析】例626/62【答案】第5章27/62考点13人造卫星宇宙速度必备知识全方面把握关键方法重点突破考法4卫星运行线速度考法5同时卫星和普通卫星考法例析成就能力题型6卫星运行规律问题题型7对同时卫星考查题型8宇宙速度问题题型9综合性问题28/62必备知识全方面把握1．人造地球卫星(1)发射原理：当平抛水平初速度足够大时，地球对物体引力恰等于物体绕地球做圆周运动向心力，物体将不再落回地面，而成为一颗绕地球运转卫星．卫星经过火箭等运输工具发射，发射过程机械能不停增加，上升到预定轨道后，将经过变轨等技术伎俩停留在该轨道上连续运行．29/62(2)运行规律30/622．三种宇宙速度(1)第一宇宙速度(围绕速度)：使人造卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动时所必须含有发射速度．v1＝7.9km/s.(2)第二宇宙速度(脱离速度)：使人造卫星摆脱地球引力束缚最小发射速度，v2

＝11.2km/s.(3)第三宇宙速度(逃逸速度)：使人造卫星摆脱太阳引力束缚，飞到太阳系以外宇宙中去时，所必须含有最小发射速度，v3＝16.7km/s.31/623．地球同时卫星(1)地球同时卫星五个定值：(2)关于同时卫星物理规律：考点1332/62关键方法重点突破考法4卫星运行线速度[福建理综·14，6分]如图，若两颗人造卫星a和b均绕地球做匀速圆周运动，a、b到地心O距离分别为r1、r2，线速度大小分别为v1、v2，则()例133/62【解析】【答案】A例134/62考法5同时卫星和普通卫星同时卫星是指相对于地面不动人造卫星，以下说法正确是()A．它能够在地面上任一点正上方，且离地心距离可按需要选择不一样值B．它能够在地面上任一点正上方，但离地心距离是一定C．它只能在赤道正上方，但离地心距离可按需要选择不一样值D．它只能在赤道正上方，且离地心距离是一定例235/62【解析】依据相对运动知识，两个运动物体要想保持相对静止，必须有相同速度或角速度．而当卫星采取图甲所表示轨道时，卫星运转方向与地球自转方向显著不一样，它们不可能有相同角速度，所以它们不可能保持相对静止，也就不可能称为同时卫星．如图乙所表示，假设卫星在轨道B上跟地球自转同时做匀速圆周运动．卫星运动向心力来自地球对它引力F引，F引中除用来作向心力F1外，还有另一分力F2，F2作用将使卫星运动轨道靠近赤道．所以只有在赤道上空，同时卫星才能稳定运行．【答案】D甲乙例2考点1336/62考法例析成就能力题型6卫星运行规律问题[山东理综·15，6分]如图，拉格朗日点L1位于地球和月球连线上，处于该点物体在地球和月球引力共同作用下，可与月球一起以相同周期绕地球运动．据此，科学家构想在拉格朗日点L1建立空间站，使其与月球同周期绕地球运动．以a1、a2分别表示该空间站和月球向心加速度大小，a3表示地球同时卫星向心加速度大小．以下判断正确是()A．a2＞a3＞a1B．a2＞a1＞a3C．a3＞a1＞a2D．a3＞a2＞a1例137/62【解析】【答案】D例138/62已知地球质量大约是月球质量81倍，地球半径大约是月球半径4倍．不考虑地球、月球自转影响，由以上数据可推算出()A．地球平均密度与月球平均密度之比约为9∶8B．地球表面重力加速度与月球表面重力加速度之比约为9∶4C．靠近地球表面沿圆轨道运行航天器周期与靠近月球表面沿圆轨道运行航天器周期之比约为8∶9D．靠近地球表面沿圆轨道运行航天器线速度与靠近月球表面沿圆轨道运行航天器线速度之比约为81∶4例239/62【解析】【答案】C例240/62题型7对同时卫星考查[四川理综·3，6分]国务院批复，自年起将4月24日设置为“中国航天日”.1970年4月24日我国首次成功发射人造卫星东方红一号，当前依然在椭圆轨道上运行，其轨道近地点高度约为440km，远地点高度约为2060km；1984年4月8日成功发射东方红二号卫星运行在赤道上空35786km地球同时轨道上．设东方红一号在远地点加速度为a1，东方红二号加速度为a2，固定在地球赤道上物体随地球自转加速度为a3，则a1、a2、a3大小关系为()A．a2＞a1＞a3B．a3＞a2＞a1C．a3＞a1＞a2D．a1＞a2＞a3例341/62【解析】【答案】D例342/62题型8宇宙速度问题例443/62【解析】【答案】(1)2.94km(2)4.24×1010光年例444/62题型9综合性问题[课标全国Ⅰ·17，6分]利用三颗位置适当地球同时卫星，可使地球赤道上任意两点之间保持无线电通讯．当前，地球同时卫星轨道半径约为地球半径6.6倍．假设地球自转周期变小，若仍仅用三颗同时卫星来实现上述目标，则地球自转周期最小值约为()A．1hB．4hC．8hD．16h例545/62【解析】【答案】B例5第5章46/62考点14卫星变轨与对接问题必备知识全方面把握关键方法重点突破考法6卫星变轨问题考法7卫星变轨中能量问题考法例析成就能力题型10卫星变轨问题处理题型11卫星变轨中能量问题题型12卫星追赶问题47/6248/62必备知识全方面把握1．卫星变轨所谓变轨，顾名思义就是改变卫星在太空中运行轨道，当卫星是因为某种原因使运动所需向心力与所受到地球引力不相等时，卫星就会变轨．49/622．卫星对接两颗人造卫星“对接”实际上就是两个做匀速圆周运动物体追赶问题，本质依然是卫星变轨问题．要使两颗人造卫星成功“对接”，必须让一颗卫星在较低轨道上加速，经过速度v增大→所需向心力增大→做离心运动→轨道半径r增大→轨道升高，从而完成对接．50/623．卫星变轨中能量问题考点1451/62关键方法重点突破考法6卫星变轨问题[课标全国Ⅰ·20，6分](多项选择)年6月18日，“神舟九号”飞船与“天宫一号”目标飞行器在离地面343km近圆形轨道上成功进行了我国首次载人空间交会对接．对接轨道所处空间存在极其稀薄大气．以下说法正确是()A．为实现对接，二者运行速度大小都应介于第一宇宙速度和第二宇宙速度之间B．如不加干预，在运行一段时间后，“天宫一号”动能可能会增加C．如不加干预，“天宫一号”轨道高度将迟缓降低D．航天员在“天宫一号”中处于失重状态，说明航天员不受地球引力作用例152/62【解析】全部航天器在近圆形轨道上绕地球运动速度大小均小于第一宇宙速度，选项A错误；对接轨道处空间存在稀薄大气，“天宫一号”克服空气阻力做功，机械能降低，速率减小，万有引力大于做圆周运动所需向心力，若不加干预，“天宫一号”将做近心运动，使轨道高度迟缓下降，此过程中万有引力做正功，其动能增加，选项B、C正确；因为万有引力提供向心力，航天员在“天宫一号”中处于失重状态，但地球对它引力作用仍存在，选项D错误．【答案】BC例153/62考法7卫星变轨中能量问题[课标全国Ⅱ·20，6分](多项选择)当前，在地球周围有许多人造地球卫星绕着它运转，其中一些卫星轨道可近似为圆，且轨道半径逐步变小．若卫星在轨道半径逐步变小过程中，只受到地球引力和稀薄气体阻力作用，则以下判断正确是()A．卫星动能逐步减小B．因为地球引力做正功，引力势能一定减小C．因为气体阻力做负功，地球引力做正功，机械能保持不变D．卫星克服气体阻力做功小于引力势能减小例254/62【解析】【答案】BD例2考点1455/62考法例析成就能力题型10卫星变轨问题处理[天津理综·3，6分]我国即将发射“天宫二号”空间试验室，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试验室对接，以下办法可行是()A．使飞船与空间试验室在同一轨道上运行，然后飞船加速追上空间试验室实现对接B．使飞船与空间试验室在同一轨道上运行，然后空间试验室减速等候飞船实现对接C．飞船先在比空间试验室半径小轨道上加速，加速后飞船逐步靠近空间