（课标版 5年高考3年模拟A版）2020年物理总复习 专题五 万有引力与航天课件.ppt

专题五万有引力与航天,高考物理（课标专用）,考点一天体的运动,考点清单,考向基础一、开普勒行星运动定律,二、万有引力定律,三、引力常量,考向突破,考向一天体的运动行星的运行轨道都是椭圆轨道,实际上,行星的轨道与圆十分接近,不管是椭圆轨道,还是圆周轨道,在计算或比较运行周期时都可采用开普勒第三定律:=。,例1哈雷彗星是人一生中唯一可以裸眼能看见两次的彗星,其绕日运行的周期为T年,若测得它在近日点距太阳中心的距离是地球公转轨道半长轴的N倍,则由此估算出哈雷彗星在近日点时受到太阳的引力是在远日点受太阳引力的()A.N2倍B.(2-N)2N-2倍C.(2N-1-1)倍D.N2倍,解析设哈雷彗星椭圆轨道长轴的长度为d,地球绕日公转轨道半长轴为R0,由开普勒第三定律有=,又T0=1年,得d=2R0。哈雷彗星椭圆轨道近日点离太阳的距离R近=NR0,远日点离太阳的距离R远=d-NR0=(2-N)R0,根据万有引力定律F=G,可知在近日点与远日点处受到的万有引力的比值=(2-N)2N-2。,答案B,考向二万有引力定律及其应用一、对重力的理解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。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。,例2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?,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,=mr2M=R3M1=解得=,答案(1)89(2),二、天体的质量、密度通过观察绕天体做匀速圆周运动的卫星的周期T、半径r,由万有引力等于向心力即G=mr,得天体质量M=。(1)若知道天体的半径R,则天体的密度=。(2)若天体的卫星环绕天体表面运动,其轨道半径r近似等于天体半径R,其周期为T,则天体密度=。,例3(2017河南六市一模,18)随着地球资源的枯竭和空气污染如雾霾的加重,星球移民也许是最好的方案之一。美国NASA于2016年发现一颗迄今为止与地球最类似的太阳系外的行星,与地球的相似度为0.98,并且可能拥有大气层和流动的水,这颗行星距离地球约1400光年,公转周期约为37年,这颗名叫Kepler452b的行星,它的半径大约是地球的1.6倍,重力加速度与地球的相近。已知地球的第一宇宙速度为7.9km/s,则下列说法正确的是()A.飞船在Kepler452b表面附近运行时的速度小于7.9km/sB.该行星的质量约为地球质量的1.6倍C.该行星的平均密度约是地球平均密度的D.在地球上发射航天器到达该星球,航天器的发射速度至少要达到第三宇宙速度,解析飞船在该行星表面附近运行时的速度vK=7.9km/s,A项错误。由=mg,得M=,则=1.62,则MK=1.62M地=2.56M地,B项错误。由=,V=R3,M=,得=,则=,C项正确。因为该行星在太阳系之外,则在地球上发射航天器到达该星球,航天器的发射速度至少要达到第三宇宙速度,D项正确。,答案CD,考点二人造卫星、宇宙航行,考向基础一、三个宇宙速度,二、同步卫星的六个“一定”,考向突破,考向一人造卫星1.卫星的轨道参量随轨道半径变化的规律,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。,(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。,例1(2017课标,14,6分)2017年4月,我国成功发射的天舟一号货运飞船与天宫二号空间实验室完成了首次交会对接,对接形成的组合体仍沿天宫二号原来的轨道(可视为圆轨道)运行。与天宫二号单独运行时相比,组合体运行的()A.周期变大B.速率变大C.动能变大D.向心加速度变大,解析天宫二号单独运行时的轨道半径与组合体运行的轨道半径相同。由运动周期T=2,可知周期不变,A项错误。由速率v=,可知速率不变,B项错误。因为(m1+m2)m1,质量增大,故动能增大,C项正确。向心加速度a=不变,D项错误。,答案C,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+,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,考向二宇宙航行卫星变轨问题卫星绕天体稳定运行时,万有引力提供了卫星做匀速圆周运动的向心力。由G=m,得v=,由此可知轨道半径r(卫星到天体中心的距离)越大,卫星的速度v越小。当卫星由于某种原因速度v突然改变时,F万和m不再相等,因此就不能再根据v=来确定r的大小。当F万m时,卫星做“近心”运动;当F万r近=r物。2.运行周期:同步卫星与赤道上物体的运行周期相同。由T=2可知,近地卫星的周期要小于同步卫星的周期,T近a同a物。4.动力学规律:近地卫星和同步卫星都只受到万有引力作用,由万有引力充当向心力。满足万有引力充当向心力所决定的天体运行规律。赤道上的物体由万有引力和地面支持力的合力充当向心力(或说成万有引力的分力充当向心力),它的运动规律不同于卫星的运动规律。,例2同步卫星离地心距离r,运行速度为v1,加速度为a1,地球赤道上的物体随地球自转的加速度为a2,第一宇宙速度为v2,地球半径为R,则以下正确的是()A.=B.=C.=D.=,解析设地球质量为M,同步卫星的质量为m1,地球赤道上的物体质量为m2,在地球表面附近飞行的物体的质量为m2,根据向心加速度和角速度的关系有a1=r,a2=R,又1=2,故=,可知选项A正确。由万有引力定律有G=m1,G=m2,由以上两式解得=,可知选项D正确。,答案AD,方法3天体中的“追击相遇”问题“天体相遇”指两天体相距最近。若两天体的运转轨道在同一平面内,则两天体与中心天体在同一直线上,且位于中心天体的同侧(或异侧)时相距最近(或最远)。天体中的“追击相遇”类似于在田径场赛道上的循环长跑比赛,跑得快的每隔一段时间多跑一圈追上并超过跑得慢的。解决这类问题有两种常用方法:,1.角度关系设天体1(离中心天体近些)与天体2(离中心天体远些)某时刻相距最近,如果经过时间t,两天体与中心天体连线半径转过的角度之差等于2的整数倍,则两天体相距最近,即1t-2t=2n(n=1,2,3,)。如果经过时间t,两天体与中心天体连线半径转过的角度之差等于的奇数倍,则两天体相距最远,即1t-2t=(2n-1)(n=1,2,3,)。2.圈数关系最近:-=n(n=1,2,3,)。最远:-=(n=1,2,3,)。,例3太阳系各行星几乎在同一平面内沿同一方向绕太阳做圆周运动。当地球恰好运行到某地外行星和太阳之间,且三者几乎排成一条直线的现象,天文学称为“行星冲日”。据报道,2014年各行星冲日时间分别是:1月6日木星冲日;4月9日火星冲日;5月11日土星冲日;8月29日海王星冲日;10月8日天王星冲日。已知地球及各地外行星绕太阳运动的轨道半径如下表所示,则下列判断正确的是(),A.各地外行星每年都会出现冲日现象B.在2015年内一定会出现木星冲日C.天王星相邻两次冲日的时间间隔为土星的一半D.地外行星中,海王星相邻两次冲日的时间间隔最短,解析设地球和地外行星的公转周期分别为T地和T星,公转轨道半径分别为r地和r星,由G=mr解得T=2,所以=,结合题给数据得T火1.