高三物理一轮复习课件(粤教版)：第4章第4节万有引力定律及其应用.ppt

第4节 万有引力定律及其应用 【例1】地球同步卫星在现代民用和国防建设中有着 重要的作用，同步卫星都位于地球赤道上空的同一轨 道上，高度为h=3.6104km处，神舟七号在距地面高度 为341km高度绕地轨道飞行时，翟志刚成功地完成了 出舱活动，已知地球半径为R=6.4103km，试求神舟 七号此时的绕地飞行周期 对开普勒定律的理解 【点评】 根据开普勒定律，所有行星运行轨道都是在 以太阳为焦点的椭圆轨道上，但在某些题目的运算中 ，我们可以近似地认为这些天体运行轨道是圆这是 一个突出主要因素，忽略次要因素的理想方法理想 方法是物理学习中常用的一种方法本题另一个特点 就是有些隐含信息如同步卫星的周期为24h，这是从 生活实践中提取信息的命题，高考此类命题较多 【例2】地球是人类的摇篮，但人类不能永远生活在 摇篮之中，火星成了近年人类探索的星球之一，火星 和地球都是球体，假设火星的质量M1与地球的质量为 M2之比为M1/M2=p，火星的半径和地球的半径之比 R1/R2=q，求它们表面的重力加速度之比 万有引力定律的理解和应用 【点评】 在应用万有引力定律求解问题时经常用到比 例的形式，这种方法可以最大限度减少计算量、提高 解题速度，另外，历史上在没有测出引力常数之前， 求解相关问题都是运用比例的形式来实现 5不会比较不同卫星的线速度、角速度、周期 、加速度等，利用表达式判定某两个量间的关系时， 应保证其他量不变 6不理解第一宇宙速度是近地卫星的线速度， 也是卫星绕地球做匀速圆周运动的最大速度，而发射 这样的卫星耗能最小 【例3】如图441 所示，一颗轨道位于赤道所在平面、 运行方向与地球自转方向相同的人造卫星，其圆形轨 道半径为地球半径R的两倍，设地球自转的角速度为 0，若某时刻卫星通过地面上A点的正上方，求从这 时刻起到它下一次到达A点正上方所需要的时间(已 知地球表面的重力加速度为g) 图441 出现上述错误判断的根本原因在于，误认为物体 随地球自转的角速度与物体绕地球表面做圆周运动时( 近地卫星)的角速度相等事实上，地面上的物体随地 球自转时，万有引力的一个分力提供向心力，另一分 力产生重力；而绕地球表面做圆周运动时则万有引力 完全提供向心力，故绕地球表面做圆周运动时的向心 力远远大于随地球自转的情况，其角速度也大于地球 自转的角速度因此，不能直接比较卫星角速度与地 球自转角速度的大小，而可转换研究对象，比较卫星 与地球同步卫星的角速度大小，则可知该卫星角速度 比地球大 【纠错心得】 此题在考试中的出错率极高，少数做对 的同学也是碰巧此题用到了“黄金代换”，而正是未 透彻把握“代换”的条件才极易导致错误可见，加强 对概念规律的辨析、弄清适用的条件及范围是拿高分 的前提 题型一 估算天体的质量和密度 (1)请判断上面的结果是否正确，并说明理由如 不正确，请给出正确的解法和结果； (2)请根据已知条件再提出两种估算地球质量的方 法并解得结果 【解析】 本题的条件分为三组：(1)月球：周期T1轨道 半径r，(2)同步卫星：周期T2，轨道半径R+h，(3)地球 表面上的物体：重力加速度为g，地球半径R，自转周 期T2. 跟踪训练1 (单选)下列哪组数据不可以计算出地球质 量( ) A已知地球的半径R和地球的重力加速度g B已知卫星绕地球做匀速圆周运动的轨道半径r和周 期T C已知卫星绕地球做匀速圆周运动的周期T D已知卫星绕地球做匀速圆周运动的线速度v和周期 T C 题型二 有关卫星轨道问题 【切入点】本题考查对第一宇宙速度的理解及推导过 程 【答案】B 【思维拓展】对于一些估算题题目中已知条件一般较 少(如本题可以不给出地球表面的第一宇宙速度 7.9km/s)，那就要求充分利用一些已知常量，如地球 表面的重力加速度g=9.8m/s2，地球的半径 R=6.4103km，地球自转周期T=24h，月球绕地球运转 的周期为27.3d等 跟踪训练2 (单选)(广东卷)如图442 是“嫦娥一号”奔月 示意图，卫星发射后通过自带的小型火箭多次变轨， 进入地月转移轨道，最终被月球引力捕获，成为绕月 卫星，并开展对月球的探测，下列说法正确的是( ) 图442 A发射“嫦娥一号”的速度必须达到第三宇宙速度 B在绕月圆轨道上，卫星周期与卫星质量有关 C卫星受月球的引力与它到月球中心距离的平方成 反比 D在绕圆轨道上，卫星受地球的引力大于受月球的 引力 答案：C 1.(单选)(2011全国卷)我国“嫦娥一号”探月卫星发射 后，先在“24小时轨道”上绕地球运行(即绕地球一圈需 要24小时)；然后，经过两次变轨依次到达“48小时轨 道”和“72小时轨道”；最后奔向月球如果按圆形轨道 计算，并忽略卫星质量的变化，则在每次变轨完成后 与变轨前相比( ) A卫星动能增大，引力势能减小 B卫星动能增大，引力势能增大 C卫星动能减小，引力势能减小 D卫星动能减小，引力势能增大 D 【解析】 周期变长，表明轨道半径变大，速度减小， 动能减小，引力做负功故引力势能增大，选D. BD 5.(2010广州模拟)图443 为中国月球探测工程的标志， 它以中国书法的笔触，勾勒出一轮明月和一双踏在其 上的脚印，象征着月球探测的终极梦想，我国自主研 制的第一颗月球探测卫星“嫦娥一号”的发射成功，标 志着我国实施绕月探测工程迈出重要一步一位勤于 思考的同学，为探月宇航员设 计了如下实验：一劲度系数为k的轻 质弹簧上端与质量为m1的物体A相连， 下端与质量为m2的物体B相连，开始 时A、B在竖直方向上处于静止状态 图443 现用竖直向上的拉力使A以大小为a的加速度匀加速运 动了时间t，此时B刚好离开地面(已知引力常数G，月 球半径为R，不计月球自转)请你求出： (1)月球的质量； (2)环绕在月球表面附近做匀速圆周运动的宇宙飞船的 速率 6.(单选)看到我国的“天宫一号”顺利升空新闻后，吴晓 宇和贾波特同学根据同步卫星的原理，想设计一座通 向太空的升降机，他们设计要纳米材料制成