2018届高中物理第六章万有引力与航天本章综合小结学案新人教版.docx

第六章 万有引力与航天)1.近地卫星与地球同步卫星：近地卫星和地球同步卫星是两种环绕地球运行的特殊卫星近地卫星的轨道半径近似认为等于地球半径6 400 km，所以近地卫星的环绕速度和发射速度相同，都等于v17.9 km/s.其发射速度是地球所有卫星中最小的，但环绕速度却是地球卫星中最大的，环绕周期最小值为T5.09103 s.地球同步卫星是指相对于地球不动的卫星，其特点有：周期一定，T24 h86 400 s；离地面的高度一定，h3.6107m；环绕速度一定，v3.1103 m/s；位置一定在赤道的上空2近地卫星与地球赤道上的物体(1)相同点：近地卫星和赤道上的物体均做匀速圆周运动，均是合力提供向心力(2)不同点：受力不同：近地卫星只受一个万有引力而赤道的物体受两个力的作用，一个是万有引力，另一个是支持力在地球赤道上的物体随地球自转的线速度为v4.65102 m/s(其中R为地球半径，T为地球自转周期)；而沿着地球赤道近地飞行的人造卫星飞行的速度就是第一宇宙速度，所以v17.9103 m/s.可以看出，沿着地球赤道近地飞行的人造卫星飞行的速度大于随地球赤道一起转动的物体的速度赤道上物体的向心加速度与近地卫星的向心加速度：赤道上物体的向心加速度a向2R.为地球的自转角速度，R为地球半径，近地卫星的向心加速度ag，与赤道上物体的重力加速度相同【突破训练一】1地球赤道上的物体随地球自转的向心加速度为a，假设月球绕地球做匀速圆周运动，轨道半径为r1，向心加速度为a1.已知万有引力常量为G，地球半径为R.下列说法中正确的是()A地球质量MB地球质量MC地球赤道表面处的重力加速度gaD加速度之比解析：根据万有引力充当向心力： ma1，知质量M，A正确，B错误；根据Gmgma 可知，地球表面物体的加速度大小不等于g, C错误；月球绕地球做匀速圆周运动的角速度不等于地球自转的角速度，故根据加速度aR2，表达式不成立，D错误故选A答案：A1.人造卫星在发射升空时，有一段加速运动；在返回地面时，有一段减速运动这两段过程中的加速度方向均向上，因而都是超重状态2人造卫星在沿圆轨道运行时，由于万有引力提供向心力，所以处于完全失重状态显然，人造卫星中的人或物体不再给支持物压力或给悬线拉力，即卫星中的物体完全失重在这种情况下，凡是与重力有关的力学现象都会停止发生因此，在卫星上的仪器，凡是制造原理与重力有关的均不能使用，与重力有关的实验也将无法进行【突破训练二】2.一组太空人乘太空穿梭机，去修理位于离地球表面高为h的圆形轨道上的哈勃太空望远镜H，机组人员使穿梭机S进入与H相同的轨道并关闭推动火箭，而望远镜则在穿梭机前方数公里处，如图所示，设G为引力常量，M为地球质量，R为地球半径(1)在穿梭机内，一质量为70 kg的太空人的视重是多少？(2)计算轨道上的重力加速度的值及计算穿梭机在轨道上的速率和周期；(3)穿梭机须首先螺旋进入半径较小的轨道，才有较大的角速度追上前面的望远镜，用上问的结果判断穿梭机要进入较低轨道应增加还是减少其原有速率，并解释你的答案解析：(1)在穿梭机内，太空人处于完全失重状态，任何质量的太空人的视重均为零(2)设穿梭机轨道处的重力加速度为g，其运行速率为v，运行周期为T，则根据F万F向有Gmg，得g，又G，得v 则T2.(3)穿梭机要进入较低轨道应减小其原有速率，使其做向心运动，在较低轨道上，由于r减小了，v增大了，一定增大，从而赶上哈勃太空望远镜H.答案：见解析当发射速度7.9 km/sv11.2 km/s时，人造地球卫星的轨道为椭圆，人造地球卫星的轨道实现圆与椭圆的互相转变是通过它自带的推进器来实现的如图所示，为一人造地球卫星从椭圆轨道的远地点进入圆形轨道的示意图椭圆是人造地球卫星正在运行的轨道，大圆是以地心为圆心、以远地点A到地心距离r2为半径的圆当卫星在椭圆上运动到A点和在大圆上运动到A点时，离地心的距离相同，万有引力F大小相同，由Fma知，加速度的大小相同若人造地球卫星沿椭圆轨道运行，在A点时对应曲率半径为r1，则向心加速度a1；若沿大圆轨道运行时，在A点的向心加速度a2，因为a1a2，即，又r1r2，所以v1v2.由于这个原因，人造卫星要从椭圆轨道进入大圆轨道，只要在到达远地点A时，用推进器向后喷气使其加速，当速度达到沿大圆运动时的速度v2时，它就不再沿椭圆运行而沿大圆做圆周运动了地球同步卫星就是利用这种原理进入同步轨道并保持在这条轨道上运行的若人造卫星原来在大圆上运动，则当它经过远地点A时，利用推进器向前喷气使自己的速度减小到沿椭圆运行的速度v1时，它就从大圆轨道上到了椭圆轨道上【突破训练三】3.(多选)如图，A为置于地球赤道上的物体，B为绕地球做椭圆轨道运行的卫星，C为绕地球做圆周运动的同步卫星，P为B、C两卫星轨道的交点已知B、C绕地心运动的周期相同相对于地心，下列说法中正确的是()A卫星C的运行速度大于物体A的速度B卫星B在P点的加速度大小与卫星C在该点加速度大小相等C卫星B运动轨迹的半长轴等于卫星C运动轨迹的半径D物体A和卫星C具有相同大小的加速度解析：由题意可知，A、B、C绕地心运动的周期T相同，由可知，A、B、C的角速度相等，卫星C做圆周运动的半径大于A的半径，由vr可知，C的线速度大于A的线速度，故A正确；由牛顿第二定律得：Gma，解得，加速度： a，在B点，G、M、r都相同，卫星B在P点的加速度大小与卫星C在该点加速度大小相等，故B正确；由开普勒第三定律可知： ，则卫星B运动轨迹的半长轴与卫星C运动轨迹的半径相等，故C正确；由a2r得，A、C的半径不同，它们的加速度不同，故D错误故选ABC答案：ABC【品味高考】1(2018江苏卷)我国高分系列卫星的高分辨对地观察能力不断提高今年5月9日发射的“高分五号”轨道高度约为705 km，之前已运行的“高分四号”轨道高度约为36 000 km，它们都绕地球做圆周运动与“高分四号”相比，下列物理量中“高分五号”较小的是()A周期B角速度C线速度 D向心加速度解析：卫星绕地球做匀速圆周运动，万有引力提供向心力mm2rmrma.解得T2、v、a.卫星的轨道半径越小，周期越小，角速度、线速度和向心加速度越大，“高分五号”的轨道半径比“高分四号”的小，“高分五号”较小的是周期，A选项正确，B、C、D选项错误答案：A2(2018全国卷)2018年2月，我国500 m口径射电望远镜(天眼)发现毫秒脉冲星“J03180253”，其自转周期T5.19 ms.假设星体为质量均匀分布的球体，已知万有引力常量为6.671011 Nm2/kg2.以周期T稳定自转的星体的密度最小值约为()A5104 kg/m3B51012 kg/m3C51015 kg/m3D51018 kg/m3解析：赤道表面的物体随星体一起自转时，受到星体的万有引力恰好提供向心力时，星体不瓦解且有最小密度根据万有引力提供向心力可知，mR.星体的体积VR3.根据密度公式可知，密度.代入数据解得51015 kg/m3，C选项正确，A、B、D选项错误答案：C3(多选)(2018全国卷)2017年，人类第一次直接探测到来自双中子星合并的引力波根据科学家们复原的过程，在两颗中子星合并前约100 s时，它们相距约400 km，绕二者连线上的某点每秒转动12圈将两颗中子星都看做是质量均匀分布的球体，由这些数据、万有引力常量并利用牛顿力学知识，可以估算出这一时刻两颗中子星的()A质量之积 B质量之和C速