高考物理第一轮 第四节 万有引力与航天知识点总复习课件.ppt

第四节 万有引力与航天 课堂互动讲练 经典题型探究 知能优化演练 第 四 节 万 有 引 力 与 航 天 基础知识梳理 基础知识梳理 一、开普勒行星运动规动规 律 定律内容图图示 开普勒 第一定 律 所有的行星绕绕太阳运动动的 轨轨道都是_____，太阳处处在 椭圆椭圆 的一个______上 开普勒 第二定 律 对对任意一个行星而言，它与 太阳的_____在相等的时间时间 内扫过扫过 _____的面积积 开普勒 第三定 律 所有行星轨轨道半长轴长轴 的 ____方跟它的公转转周期的 ____方的比值值都相等. ＝ k 椭椭 圆圆焦点 连连 线线 相等 三次 二次 特别别提示：(1)开普勒三定律虽虽然是根据行星 绕绕太阳的运动总结动总结 出来的，但也适用于卫卫星 绕绕行星的运动动． (2)开普勒第三定律中的k是一个与运动动天体无 关的量，只与被环绕环绕 的中心天体有关． 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 力的方向在它们们的连线连线 上，引力的大小与物体的 质质量m1和m2的______成正比，与它们们之间间 ______________成反比． 2．公式：F＝_________，其中G＝6.67×10－11 N·m2/kg2. 3．适用条件：严严格地说说，公式只适用于_____间间 的相互作用，当两个物体间间的距离_______物体 本身的大小时时，公式也可以使用．对对于均匀的球 体，r是________________． 乘 积积 距离r的二次方 远远大于 质质 点 两球心间间的距离 三、三种宇宙速度 宇宙 速度 数值值 (km/s) 意义义 第一 宇宙 速度 7.9 这这是卫卫星绕绕地球做圆圆周运动动的最小 发发射速度，若7.9 km/s≤v11.2 km/s ，物体绕绕______运行(环绕环绕 速度) 第二 宇宙 速度 11.2 这这是物体挣挣脱地球引力束缚缚的最小 发发射速度，若11.2 km/s≤v16.7 km/s ，物体绕绕_____运行(脱离速度) 第三 宇宙 速度 16.7 这这是物体挣挣脱太阳引力束缚缚的最小 发发射速度，若 v≥16.7 km/s，物体将 脱离_______在宇宙空间间运行(逃逸速 度) 地球 太阳 太阳系 名师师点拨拨：(1)三种宇宙速度均指的是发发射速度， 不能理解为环绕为环绕 速度． (2)第一宇宙速度既是最小发发射速度，又是卫卫星绕绕 地球做匀速圆圆周运动动的最大环绕环绕 速度． 四、关于同步卫卫星的五个“一定” 1．轨轨道平面一定：轨轨道平面与赤道平面共面． 2．周期一定：与地球自转转周期相同，即T＝24 h. 3．角速度一定：与地球自转转的角速度相同． 课堂互动讲练 一、万有引力与重力的关系 1．万有引力对对物体的作用效果可以等效为为两个 力的作用，一个是重力mg，另一个是物体随地球 自转转所需的向心力F向．如图图4－4－1所示， 图图4－4－1 答案：ABD 三、人造卫卫星的绕绕行速度、角速度、周期、向心 加速度与半径的关系 即时应时应 用 (即时时突破，小试试牛刀) 3.美国的全球卫卫星定位系统统(简简称GPS)由24颗卫颗卫 星 组组成，这这些卫卫星距地面的高度均为为20000 km.我国 的“北斗一号”卫卫星定位系统统由三颗卫颗卫 星组组成，三 颗卫颗卫 星都定位在距地面36000 km的地球同步轨轨道 上．比较这较这 些卫卫星，下列说说法中正确的是( ) A．“北斗一号”系统统中的三颗卫颗卫 星的质质量必须须相 同 B．GPS的卫卫星比“北斗一号”的卫卫星周期短 C．GPS的卫卫星比“北斗一号”的卫卫星的加速度大 D．GPS的卫卫星比“北斗一号”的卫卫星的运行速度小 (2)人造地球卫卫星的最小发发射速度等于近地卫卫星的 运行速度，此时发时发 射卫卫星的动动能全部作为绕为绕 行的 动动能而不需要转转化为为重力势势能．此速度即为为第一 宇宙速度，此时时v发 发射＝v环绕环绕 ，即第一宇宙速度也等 于最大环绕环绕 速度． 2．两种周期——自转转周期和公转转周期 自转转周期是天体绕绕自身某轴线转动轴线转动 一周的时间时间 ， 公转转周期是卫卫星绕绕中心天体做圆圆周运动动一周的时时 间间．一般情况下天体的自转转周期和公转转周期是不 等的，如：地球自转转周期为为24小时时，公转转周期为为 365天．但也有相等的，如月球，自转转、公转转周期 都约为约为 27天，所以地球上同一地点看到的都是月 球固定的一面(同步卫卫星也是如此)． 即时应时应 用 (即时时突破，小试试牛刀) 4.(2010年高考天津卷)探测测器绕绕月球做匀速圆圆周 运动动，变轨变轨 后在周期较较小的轨轨道上仍做匀速圆圆 周运动动，则变轨则变轨 后与变轨变轨 前相比( ) A．轨轨道半径变变小 B．向心加速度变变小 C．线线速度变变小 D．角速度变变小 经典题型探究 有关天体的计算 例例1 1 (2011年河北石家庄模拟拟)我国“嫦娥二号” 月球探测测器在绕绕月球成功运行之后，为进为进 一步探 测测月球的详细详细 情况，又发发射了一颗绕颗绕 月球表面飞飞 行的科学试验卫试验卫 星．假设卫设卫 星绕绕月球做圆圆周运 动动，月球绕绕地球也做圆圆周运动动，且轨轨道都在同一 平面内．已知卫卫星绕绕月球运动动周期T0，地球表面 处处的重力加速度g，地球半径R0，月心与地心间间的 距离r0m，引力常量G，试试求： (1)月球的平均密度ρ； (2)月球绕绕地球运转转的周期T. 变变式训练训练 1 (2009年高考全国卷Ⅰ)天文学家新发发 现现了太阳系外的一颗颗行星．这颗这颗 行星的体积积是地 球的4.7倍，质质量是地球的25倍．已知某一近地卫卫 星绕绕地球运动动的周期约为约为 1.4小时时，引力常量G＝ 6.67×10－11N·m2/kg2，由此估算该该行星的平均密 度约为约为 ( ) A．1.8×103 kg/m3 B．5.6×103 kg/m3 C．1.1×104 kg/m3 D．2.9×104 kg/m3 (2009年高考安徽理综综卷)2009年2月11日，俄 罗罗斯的“宇宙－2251”卫卫星和美国的“铱铱－33”卫卫星 在西伯利亚亚上空约约805 km处发处发 生碰撞．这这是历历史 上首次发发生的完整在轨卫轨卫 星碰撞事件．碰撞过过程 中产产生的大量碎片可能会影响太空环环境．假定有甲 、乙两块块碎片，绕绕地球运动动的轨轨道都是圆圆，甲的 运行速率比乙的大，则则下列说说法中正确的是( ) A．甲的运行周期一定比乙的长长 B．甲距地面的高度一定比乙的高 C．甲的向心力一定比乙的小 D．甲的加速度一定比乙的大 有关卫星各运行参量的比较 例例2 2 【答案】 D 【方法技巧】 卫卫星运行的线线速度、角速度、向 心加速度、周期都是由轨轨道半径r决定的． 变变式训练训练 2 (2010年高考山东东理综综卷)1970年4月 24日，我国自行设计设计 、制造的第一颗颗人造卫卫星“ 东东方红红一号”发发射成功，开创创了我国航天事业业的 新纪纪元．“东东方红红一号”的运行轨轨道为椭圆轨为椭圆轨 道 ，其近地点M和远远地点N的高度分别为别为 439 km和 2384 km，则则( ) 图图4－4－2 A．卫卫星在M点的势势能大于N点的势势能 B．卫卫星在M点的角速度大于N点的角速度 C．卫卫星在M点的加速度大于N点的加速度 D．卫卫星在N点的速度大于7.9 km/s (满满分样样板 8分)如图图4－4－3，一宇航员员站 在某质质量分布均匀的星球表面一斜坡上的A点， 沿水平方向以初速度v0抛出一个小球，测测得经时经时 间间t落到斜坡上另一点B，斜坡的倾倾角为为α，已知 该该星球半径为为R，求： (1)该该星球表面的重力加速度； (2)该该星球的第一宇宙速度． 已知宏观观物体的运动动求宇宙速 度 例例3 3 图图4－4－3 【方法技巧】 解决此类题类题 的关键键是要明确卫卫 星的第一宇宙速度等于近地卫卫星的环绕环绕 速度． 变变式训练训练 3 宇航员员在月球表面完成下面实验实验 ： 在一固定的竖竖直光滑圆圆弧轨轨道内部的最低点，静 止一质质量为为m的小球(可视为质视为质 点)，如图图4－4－4 所示．当给给小球一水平初速度v0时时，刚刚好能使小 球在竖竖直平面内做完整的圆圆周运动动．已知圆圆弧轨轨 道半径为为r，月球的半径为为R，万有引力常量为为G. 若在月球表面发发射一颗环颗环 月卫卫星，所需最小发发射 速度为为( ) 图图4－4－4 (2010年高考江苏苏卷)2009年5月，航天飞飞机 在完成对对哈勃空间间望远镜远镜 的维维修任务务后，在A点 从圆圆形轨轨道Ⅰ进进入椭圆轨椭圆轨 道Ⅱ，B为轨为轨 道Ⅱ上的 一点，如图图4－4－5所示．关于航天飞飞机的运动动 ，下列说说法中正确的有( ) 关于卫星、飞船的变轨问题 例例4 4 图图4－4－5 A．在轨轨道Ⅱ上经过经过 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 【解析】 航天飞飞机在轨轨道Ⅱ上从远远地点A向 近地点B运动动的过过程中万有引力做正功，所以A 点的速度小于B点的速度，A正确；航天飞飞机在 A点减速后才能做向心运动动，从圆圆形轨轨道Ⅰ进进 入椭圆轨椭圆轨 道Ⅱ，所以在轨轨道Ⅱ上经过经过 A点的动动 能小于在轨轨道Ⅰ上经过经过 A点的动动能，B正确； 【答案】 ABC 变变式训练训练 4 (2009年高考福建理综综卷)“嫦娥一 号”月球探测测器在环绕环绕 月球运行过过程中，设设探 测测器运行的轨轨道半径为为r，运行速率为为v，当“ 嫦娥一号”在飞飞越月球上一些环环形山中的质质量 密集区上空时时( ) A．r、v都将略为为减小 B．r、v都将保持不变变 C．r将略为为减小，v将略为为增大 D．r将略为为增大，v将略为为减小 本部分内容讲讲解结结束 点此进进入课课件目 录录 按ESC键键退出全屏播放 谢谢谢谢 使 用 。