新高考版物理总复习专题五万有引力与航天（讲解练）教学讲练.pptx

考点清单知能拓展实践探究创新思维栏目索引专题五万有引力与航天高考物理高考物理考点清单知能拓展实践探究创新思维栏目索引考点一万有引力定律及其应用考点一万有引力定律及其应用1.开普勒行星运动定律(1)开普勒第一定律(轨道定律):所有的行星围绕太阳运行的轨道都是椭圆,太阳处在所有椭圆的一个焦点上2)开普勒第二定律(面积定律):对于每一个行星而言,太阳和行星的连线在相等的时间内扫过相等的面积3)开普勒第三定律(周期定律):所有行星的轨道的半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等,即=k考点考点清单清单考点清单知能拓展实践探究创新思维栏目索引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,引力的大小与物体的质量m1和m2的乘积成正比,与它们之间距离r的平方成反比公式F=G,引力常量G=6.6710-11Nm2/kg2适用条件两质点间的作用可视为质点的物体间的作用质量分布均匀的球体间的作用2.万有引力定律(1)万有引力定律考点清单知能拓展实践探究创新思维栏目索引(2)引力常量数值6.6710-11Nm2/kg2测定人英国物理学家卡文迪许,也称卡文迪什物理意义数值上等于两个质量都是1kg的物体相距1m时的相互引力测定意义有力地证明了万有引力的存在使定量计算得以实现实验装置P:石英丝M:平面镜O:光源N:刻度尺Q:倒立T形架实验思想主要思想:放大利用四个球间引力利用T形架的转动即利用力矩增大引力的可观察效果利用小平面镜对光的反射来增大可测量的扭转角度考点清单知能拓展实践探究创新思维栏目索引(3)引力与重力的关系重力是因地面附近的物体受到地球的万有引力而产生的;万有引力是物体随地球自转所需向心力和重力的合力。

如图所示,F引产生两个效果:一是提供物体随地球自转所需的向心力;二是产生物体的重力由于F向=m2r,随纬度的增大而减小,所以物体的重力随纬度的增大而增大,即重力加速度从赤道到两极逐渐增大但F向一般很小,在一般情况下可认为重力和万有引力近似相等,即G=mg,常用g=G来计算星球表面的重力加速度在地球同一纬度处,重力加速度随物体离地面高度的增加而减小,因为物体所受万有引力随物体离地面高度的增加而减小,即g=G考点清单知能拓展实践探究创新思维栏目索引3.天体质量和密度的计算考点清单知能拓展实践探究创新思维栏目索引考点二人造卫星、宇宙航行考点二人造卫星、宇宙航行一、三个宇宙速度一、三个宇宙速度考点清单知能拓展实践探究创新思维栏目索引二、同步卫星的六个二、同步卫星的六个“一定一定”考点清单知能拓展实践探究创新思维栏目索引拓展一对重力的理解、重力与万有引力的区别拓展一对重力的理解、重力与万有引力的区别1.地球表面物体的重力与万有引力地面上的物体所受地球的吸引力产生两个效果,其中一个分力提供了物体绕地轴做圆周运动的向心力,另一个分力等于重力1)在两极,向心力等于零,重力等于万有引力;(2)除两极外,物体的重力都比万有引力小;(3)在赤道处,物体的万有引力分解为两个分力(F向和mg),两分力在一条直线上,有F=F向+mg,所以mg=F-F向=-mR2。

2.地球表面附近(脱离地面)物体的重力与万有引力物体在地球表面附近(脱离地面)绕地球转时,物体所受的重力等于万有引力,即mg=,R为地球半径,g为地球表面附近的重力加速度,上式变形得GM=gR2知能拓展知能拓展考点清单知能拓展实践探究创新思维栏目索引3.距地面一定高度处物体的重力与万有引力物体在距地面一定高度h处绕地球转时,mg=,R为地球半径,g为该高度处的重力加速度4.在匀质球体(质量为M)内部距离球心r处的质点(质量为m)受到的万有引力等于球体内半径为r的同心球体(质量为M)对其的万有引力,即F=G,而=,而该处物体的重力在数值上等于该处的万有引力,则有=mg,得r=mg因此球体内距球心r处的重力随着r的增大成正比增加考点清单知能拓展实践探究创新思维栏目索引例1已知质量分布均匀的球壳对壳内物体的引力为0假设地球是一半径为R的质量分布均匀的球体,地球表面的重力加速度大小为g试求:(1)在地面上方离地面距离为处的重力加速度大小与在地面下方地球内部离地面距离为处的重力加速度大小之比为多少?(2)设想地球的密度不变,自转周期不变,但地球球体半径变为原来的一半,仅考虑地球和同步卫星之间的相互作用力,则该“设想地球”的同步卫星的轨道半径与以前地球的同步卫星的轨道半径的比值是多少?考点清单知能拓展实践探究创新思维栏目索引解析(1)由万有引力等于重力知=mg1=mg2且有=则=(2)地球对同步卫星的万有引力提供同步卫星转动的向心力=mr1考点清单知能拓展实践探究创新思维栏目索引M=R3M1=解得=mr2答案(1)89(2)考点清单知能拓展实践探究创新思维栏目索引拓展二人造卫星的轨道参量拓展二人造卫星的轨道参量1.卫星的轨道参量随轨道半径变化的规律动力学特征G=man=m=m2r=m()2r向心加速度anan=G,即an线速度vv=,即v角速度=,即周期TT=,即T考点清单知能拓展实践探究创新思维栏目索引(1)赤道轨道:卫星的轨道在赤道平面内,同步卫星轨道就是其中的一种。

2)极地轨道:卫星的轨道过南北两极,即在垂直于赤道的平面内,如极地气象卫星轨道3)其他轨道:除以上两种轨道外的卫星轨道,轨道平面一定通过地球的球心2.人造地球卫星的轨道由于万有引力提供向心力,因此所有人造地球卫星的轨道圆心都在地心上考点清单知能拓展实践探究创新思维栏目索引例2(2018安徽A10联盟联考)2018年1月12日,我国成功发射北斗三号组网卫星如图为发射卫星的示意图,先将卫星发射到半径为r的圆轨道上做圆周运动,到A点时使卫星加速进入椭圆轨道,到椭圆轨道的远地点B点时,再次改变卫星的速度,使卫星进入半径为2r的圆轨道已知卫星在椭圆轨道时距地球的距离与速度的乘积为定值,卫星在椭圆轨道上A点时的速度为v,卫星的质量为m,地球的质量为M,引力常量为G,则发动机在A点对卫星做的功与在B点对卫星做的功之差为(忽略卫星的质量变化)()A.mv2-B.mv2-C.mv2+D.mv2+考点清单知能拓展实践探究创新思维栏目索引解析由G=m可知,卫星在轨道半径为r的圆轨道上运动的线速度大小v1=,在半径为2r的圆轨道上运动的线速度大小v2=,设卫星在椭圆轨道上B点的速度为vB,已知卫星在椭圆轨道时距地球的距离与速度的乘积为定值,则有vr=vB2r,得卫星在椭圆轨道上B点时的速度vB=,可知在A点时发动机对卫星做的功W1=mv2-m,在B点时发动机对卫星做的功W2=m-m,可得W1-W2=mv2-,B正确。

答案B 考点清单知能拓展实践探究创新思维栏目索引拓展三宇宙速度的理解与计算拓展三宇宙速度的理解与计算1.第一宇宙速度的推导方法一:由G=m得v1=7.9103m/s方法二:由mg=m得v1=7.9103m/s第一宇宙速度是发射地球人造卫星的最小速度,也是地球人造卫星的最大环绕速度,此时它的运行周期最短,Tmin=285min2.宇宙速度与运动轨迹的关系(1)v发=7.9km/s时,卫星绕地球表面附近做匀速圆周运动2)7.9km/sv发11.2km/s时,飞行器绕地球运动的轨迹为椭圆3)11.2km/sv发v1,因在B点加速,则v3vB,又因v1v3,故有vAv1v3vB2)加速度:因为在A点,卫星只受到万有引力作用,故无论从轨道还是轨道上经过A点,卫星的加速度都相同,同理,从轨道和轨道上经过B点时加速度也相同3)周期:设卫星在、轨道上运行周期分别为T1、T2、T3,轨道半径分别为r1、r2(半长轴)、r3,由开普勒第三定律=k可知T1T2T34)机械能:在一个确定的圆(椭圆)轨道上机械能守恒若卫星在、轨道的机械能分别为E1、E2、E3,则E1E2E3考点清单知能拓展实践探究创新思维栏目索引例4(多选)如图所示,发射地球同步卫星时,先将卫星发射至近地圆轨道1,然后经点火将卫星送入椭圆轨道2,然后再次点火,将卫星送入同步轨道3。

轨道1、2相切于Q点,2、3相切于P点,则当卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时,下列说法中正确的是()A.卫星在轨道3上的速率小于在轨道1上的速率B.卫星在轨道3上的角速度大于在轨道1上的角速度C.卫星在轨道1上经过Q点时的加速度大于它在轨道2上经过Q点时的加速度D.卫星在轨道2上经过P点时的加速度等于它在轨道3上经过P点时的加速度考点清单知能拓展实践探究创新思维栏目索引解析由万有引力提供向心力得v=,则半径大的速率小,A正确;由万有引力提供向心力得=,则半径大的角速度小,B错误;在同一点卫星所受的地球引力相等,则加速度相等,故C错误,D正确答案AD 考点清单知能拓展实践探究创新思维栏目索引应用一探究天体运动中双星及多星问题的处理方法应用一探究天体运动中双星及多星问题的处理方法实践探究实践探究1.双星模型(1)定义:绕公共圆心转动的两个星体组成的系统,我们称之为双星系统如图所示考点清单知能拓展实践探究创新思维栏目索引(2)特点:各自需要的向心力由彼此间的万有引力提供,即=m1r1,=m2r2两颗星的周期及角速度都相同,即T1=T2,1=2两颗星的运动轨道半径与它们之间的距离关系为r1+r2=L两颗星到轨道圆心的距离r1、r2与星体质量成反比=双星的运动周期T=2考点清单知能拓展实践探究创新思维栏目索引双星的总质量m1+m2=2.多星模型(1)定义:所研究星体的万有引力的合力提供做圆周运动的向心力,除中央星体外,各星体的角速度和周期相同。

2)三星模型三颗星位于同一直线上,两颗环绕星围绕中央星在同一半径为R的圆轨道上运行,如图甲三颗质量均为m的星体位于等边三角形的三个顶点上,如图乙考点清单知能拓展实践探究创新思维栏目索引(3)四星模型四颗质量相等的恒星位于正方形的四个顶点上,沿着外接于正方形的圆形轨道做匀速圆周运动,如图丙三颗恒星位于正三角形的三个顶点上,另一颗位于中心O,外围三颗星绕O点做匀速圆周运动,如图丁考点清单知能拓展实践探究创新思维栏目索引例12016年2月11日,美国科学家宣布探测到引力波双星的运动是产生引力波的来源之一,假设宇宙中有一双星系统由a、b两颗星体组成,这两颗星绕它们连线的某一点在万有引力作用下做匀速圆周运动,测得a星的周期为T,a、b两颗星的距离为l,a、b两颗星的轨道半径之差为r(a星的轨道半径大于b星的),则()A.b星的周期为TB.a星的线速度大小为C.a、b两颗星的半径之比为D.a、b两颗星的质量之比为考点清单知能拓展实践探究创新思维栏目索引解析由双星系统的运动规律可知,两星的周期相等,均为T,则A错由ra+rb=l,ra-rb=r,得ra=(l+r),rb=(l-r),则a星的线速度大小va=,B正确。

则C错双星运动中满足=,则D错答案B 考点清单知能拓展实践探究创新思维栏目索引1.相距最近两天体的运转方向相同,与中心的连线在同一直线上,且在同侧时,两天体相距最近从运动关系上,两天体运动关系应满足(A-B)t=2n(n=1,2,3,)2.相距最远两天体的运转方向相同,与中心的连线在同一直线,且在两侧时,两天体相距最远从运动关系上,两天体运动关系应满足(A-B)t=(2n-1)(n=1,2,3)应用二探究天体的追及、相遇问题应用二探究天体的追及、相遇问题考点清单知能拓展实践探究创新思维栏目索引例2(2019湖北五校摸底,7,4分)(多选)某行星和地球绕太阳公转的轨道均可视为圆,每过N年,该行星会运行到日地连线的延长线上(相距最近),如图所示,该行星与地球的公转半径之比为a,公转周期之比为b,则()A.a=B.b=C.b=D.a=考点清单知能拓展实践探究创新思维栏目索引解析地球公转周期为T地=1年,每过N年该行星会运行到日地连线的延长线上,即地球比该行星多运动1圈,有-=1,得T行=T地由题意=b,故B正确,C错误根据开普勒第三定律有=,即a3=得a=,故D正确,A错。