2018届高考物理二轮复习 板块一 专题突破复习 专题一 力与运动 第四讲 万有引力定律及其应用学案

1、第四讲是关于万有引力定律及其应用知识建构高考调查1.天体运动仍然是研究的热点。常见的测试点有：卫星变轨和对接；天体之间最近或最远的距离；到处和周围的地面；卫星运动中的动力学问题和能量问题(如2017年国家一卷24 T和国家二卷19 T)，包括加速度(向心加速度、重力加速度)、线速度、周期比较等。解决这些问题的总体思路是熟悉两种模型：任意位置、绕地、变轨和掌握两种观点，即动态观点和能量观点。注意匀速圆周运动知识的应用。2.常用的思维方法：计算万有引力大小的“截补法”；天体质量和密度的计算方法；变轨问题的处理方法；“多星”问题的处理方法。答案 (1)(2)(3)三种宇宙速度(4)同步卫星的“七大特

2、性”恒定轨道平面：轨道平面与赤道平面共面。周期不变：与地球自转周期相同，即t=24小时.角速度是常数：与地球自转角速度相同，即=7.310-5弧度/秒.恒定高度：地球同步卫星距地面的高度为h=-r=3.6107米，g=m(r=h)。速率不变：v=3.1103m米/秒.向心加速度必须是：从g=ma，我们得到a=GH0.23米/S2，即同步卫星的向心加速度等于轨道上的重力加速度。轨道方向确定：运行方向与地球自转方向一致。天体质量和密度计算的研究归纳和提炼天体质量和密度的估算方法熟练加固1.(2017年北京卷)利用重力常数G和下列数据之一，无法计算地球质量的是()A.地球的半径和重力加速度(不考虑地

3、球的自转)B.人造卫星绕地球靠近地面的圆周运动的速度和周期C.月球绕地球圆周运动的周期以及月球和地球之间的距离D.地球围绕太阳圆周运动的周期以及地球和太阳之间的距离分辨率因为不考虑地球自转，在地球表面附近有g=m0g，所以可以得到m=的误差，a；重力提供的人造卫星向心力存在g=m1，v=，m=，b的误差；重力提供了月球绕地球运动的向心力，g=m22r，因此可以获得m=，c误差。同样，根据地球围绕太阳的圆周运动的周期和地球与太阳之间的距离，地球的质量无法计算，d项是正确的。答案 D2.(2017河北第六中学联考)在一颗行星的同步卫星下面的行星表面有一个观察者。这颗行星的自转周期是t。他用天文望远

4、镜观察被阳光照射的卫星，发现在日落时有一段时间。这颗卫星是看不见的，不管大气对光线的折射如何，这颗行星的密度都是()。A.不列颠哥伦比亚省resolution假设行星质量为m，半径为r，密度为，卫星质量为m，如图所示，如果同步卫星在日落期间有一段时间看不到，=60，因此=60，r=2r，根据g=m22r，m= R3，解为=。回答答(1)利用万有引力提供的圆周运动的向心力来估算天体的质量，估算中心天体的质量而不是周围天体的质量。(2)区分两个半径(轨道半径和天体半径)。轨道半径与天体半径的关系是r=R+h，只有靠近天体表面的卫星才有R=R+H，而RR(H指卫星到天体表面的高度。韩国二号人造卫星归

5、纳和提炼1.必须掌握的四种关系=高，慢2.必须记住同步卫星的两个特征(1)同步卫星绕地球中心匀速圆周运动的周期等于地球自转周期。(2)所有同步卫星在赤道上方的高度相同。(2017年国家卷三)2017年4月，天州-1分析组合质量大于天宫二号，轨道半径不变。根据=m，可以得到V=。可以看出，与单独运行的天宫二号相比，组合运行速度没有变化，B项是错误的；t=，周期t不变，a项错误；质量变大，速度保持不变，动能变大，C项是正确的；向心加速度A=，不变，D误差。答案 C在解决这个问题时，如果你不熟悉天体运动的规律，考试又太紧，对题目的分析又不清楚，你可能会错误地认为这是一个复杂的行星轨道变化的问题，这就

6、错误地把简单的问题复杂化了，既费时又费力。复习高考时，要认真分析天体运动的特点，正确绘制场景图，避免搞海战术，混淆情景，混淆公式，注意社会科学技术的新动向。熟练加固1.(多选)(2017河北保定)O是地球的球心，半径为R的圆是地球的赤道，地球的旋转方向如图所示，旋转周期为T，观测站A的一个观测者不断观测卫星B，在某个时刻，观测者只能观测到卫星B从地平线以东落下，经过一段时间后，观测到卫星B又从地平线以西升起。众所周知鲍勃=A.卫星b绕地球运行的周期是B.卫星乙绕地球运行的周期是C.卫星b离地面的高度是-R。D.卫星B离地面的高度是-R解析当地球上a点的观测者随地球自转半周时，卫星自转的角度应该

7、是2 ，所以=t-guard，解是t-guard=，a是错的，b是对的。当卫星绕地球旋转时，重力起向心力的作用，g=m-guard 2r-guard，r-guard=，那么卫星离地面的高度是h=r-guard-r=-r。回答 BD2.(多选)(2017广东华南联合考试)石墨烯是世界上已知的强度最高的材料。它的发现使得制造“太空电梯”成为可能，人类有望通过“太空电梯”进入太空。想象一下，在地球的赤道面上，有一个垂直于地面延伸到太空中的轻型电梯，电梯的顶部可以延伸到地球同步卫星A的高度之外的深空。这种所谓的太空升降机可以用来降低发射环绕地球运行的卫星的成本。如图所示，与运行在相同高度的卫星C相比，

8、假设物体B通过空间电梯到达图中所示的位置并在此处停止()甲乙的线速度大于丙的线速度硼的线速度小于碳的线速度C.如果乙突然离开电梯，乙将做离心运动D.如果乙突然离开电梯，乙将做近心运动分辨率与卫星A和卫星c相比，CA和 b= a，CB和v= r，RC=Rb，得到vCvB，因此项目B是正确的，项目A是错误的。对于卫星c，g=mc RC，CB，对于卫星B，g=GMbrB。如果b突然离开电梯，b将做近中心运动。回答 BD3.(多选)(2017江西七校联考)卫星甲和卫星乙同向运行，其中卫星乙是一颗近地卫星。在某一时刻，两颗卫星最接近(O、B和A在同一条直线上)，已知地球的半径为R，卫星A到地球中心的距离

9、为卫星B的4倍，地球表面的重力加速度为G，则为()A.卫星a和b的运行周期之比是=B.卫星A和B的运行线速度之比是=C.卫星a和b的运行加速度之比是=D.卫星甲和卫星乙至少经过了时间t=，它们又是最近的分析本主题研究运行参数与卫星运行的比较。解决方法仍然是掌握主要和次要线索。地球重力给卫星提供的向心力是G=磁流变仪，T=2, RA=4RB，所以卫星A和B的运行周期之比是=，而A是错的；同样，v=是从g=m得到的，所以卫星a和b的运行线速度之比是=，b项是正确的；G=ma给出了a=，所以卫星运行加速度的比值为a当两个运行天体A和B的轨道平面在同一平面上时，如果运行方向相同，则内天体B每次运行超过

10、A时将相遇一次，其在 T中相遇的次数为n=-= T。如果运行方向相反，当A和B的中心角之和等于2时将相遇一次，其在 T中相遇的次数为n=。三颗卫星的轨道转移研究归纳和提炼1.变轨的原理和过程为了节约能源，卫星被发射到沿地球赤道旋转方向的环形轨道I上。(2)当点火在点A加速时，重力不足以为轨道一的圆周运动提供向心力，卫星离心运动进入椭圆轨道二。(3)在B点(远地点)重新点火，加速进入圆轨道。2.一些物理量的定性分析(1)速度：设卫星在圆形轨道I和iii上的速度分别为v1和v3，卫星通过轨道ii上a点和b点的速度分别为vA和vB。如果它们在点a加速，那么vAv1将在点b加速，然后是v3vB，因为v

11、1v3，它们有vAv1v3vB。(2)加速度：因为在A点，卫星只受万有引力的影响，卫星从轨道一或轨道二通过A点时，其加速度是相同的，通过b点时，其加速度也是相同的.(3)周期：假设卫星在轨道一、二、三的运行周期分别为T1、T2和T3，轨道半径分别为r1、r2(半长轴)和r3，根据开普勒第三定律=K，我们可以知道T1R，那么探测器在轨道一的加速度小于月球表面的重力加速度，所以C是错误的。探测器需要在点P从轨道一减速到轨道二，这样重力大于回答答将三个低轨道转移到高轨道3.(多项选择)嫦娥五号的主要任务是取样并返回月球。嫦娥五号必须面对四大技术难题，如采样、上升、对接和高速再入，并进行多次变轨。如图所示，嫦娥五号绕月飞行有三个轨道。轨道1是靠近月球表面的圆形轨道，轨道2和轨道3是变轨后的椭圆形轨道。点A是轨道2的近月点。A.嫦娥五号在轨道2上通过a点的速度必须大于1.8公里/秒B.“嫦娥五号”通过