天体运动万有引力专题.ppt

天体运动问题的处理方法,（1）绕自身中心的某一轴以一定的角速度匀速转动的天体称为“自转”天体。在其表面上相对天体静止的物体则随自转天体，做与天体自转角速度相同的匀速圆周运动。万有引力的一个分力提供向心力，另一个分力即为重力。从赤道到两极因做圆周运动的半径逐渐减小，故所需的向心力逐渐减小，重力逐渐增大。,1.“自转”天体模型,（2）研究物体在赤道和两极上时的运动规律,赤道,两极,星球的解题问题,物体从赤道到两极，质量不变，重力加速度变大，导致重力变大。,赤道上物体绕地球自转的向心加速度,近地卫星的加速度（向心加速度）,两者相差很大。,（3）区分两个加速度,赤道上物体绕地球自转的向心力是由万有引力的一个分力提供的；而近地卫星的向心力是由万有引力提供的。,1.（2008年四川延考区理综卷18）如图，地球赤道上山丘e，近地资源卫星p和同步通信卫星q均在赤道平面上绕地心做匀速圆周运动。设e、p、q的圆周运动速率分别为v1、v2、v3，向心加速度分别为a1、a2、a3，则（）A.v1v2v3B.v1v2v3C.a1a2a3D.a1a3a2,D,解析：对p、q：,r3r2，a3a2，v3v2，,B、C错。,e、q的角速度相同（周期均为24小时），,A错。,D正确。,1.某星球可视为球体，其自转周期为T，在它的两极上，用弹簧秤称得某物体的重量为P；在它的赤道上，用弹簧秤称得该物体的重量为0.6P，该行星的平均密度是多少？,物体在赤道时,解：物体在两极时,该行星的平均密度,联立式解出,地面上的物体所受万有引力有两个分力，一个是重力，另一个提供物体随地球自转的向心力。,2.地球赤道上有一物体随地球一起自转做圆周运动，所受向心力为F1，向心加速度为a1，线速度为v1，角速度为1；绕地球表面附近做圆周运动的人造卫星（高度可忽略）所受向心力为F2，向心加速度为a2，线速度为v2，角速度为2；地球同步卫星所受向心力为F3，向心加速度为a3，线速度为v3，角速度为3；地球表面重力加速度为g，第一宇宙速度为v，假设三者质量相等，则下述关系正确的是（）A.F1=F2F3B.a1=a2=ga3C.v2=vv3v1D.1=3R2。宇宙飞船绕地球做匀速圆周运动，则变轨后宇宙飞船的（）A线速度变小B角速度变小C周期变大D向心加速度变大,D,【解析】根据,可知变轨后飞船的线速度变大，A错。角速度变大B错。周期变小C错。向心加速度在增大D正确。,12.（2008年广东卷物理12）图是“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（）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在绕月轨道上，卫星受地球的引力大于受月球的引力,C,解析：由于发射过程中多次变轨，在开始发射时其发射速度必须比第一宇宙速度大，不需要达到第三宇宙速度，选项A错误。在绕月轨道上，根据可知卫星的周期与卫星的质量无关，选项B错误，选项C正确。由于绕月球运动，地球对卫星的引力较小，故选项D错误。,12.（2009年山东理综卷18）2008年9月25日至28日我国成功实施了“神舟”七号载入航天飞行并实现了航天员首次出舱。飞船先沿椭圆轨道飞行，后在远地点343千米处点火加速，由椭圆轨道变成高度为343千米的圆轨道，在此圆轨道上飞船运行周期约为90分钟。下列判断正确的是（）A飞船变轨前后的机械能相等B飞船在圆轨道上时航天员出舱前后都处于失重状态C飞船在此圆轨道上运动的角度速度大于同步卫星运动的角速度D飞船变轨前通过椭圆轨道远地点时的加速度大于变轨后沿圆轨道运动的加速度,BC,【解析】飞船点火变轨，前后的机械能不守恒，所以A不正确。飞船在圆轨道上时万有引力来提供向心力，航天员出舱前后都处于失重状态，B正确。飞船在此圆轨道上运动的周期90分钟小于同步卫星运动的周期24小时，根据T=2/，飞船在此圆轨道上运动的角度速度大于同步卫星运动的角速度，C正确。飞船变轨前通过椭圆轨道远地点时只有万有引力来提供加速度，变轨后沿圆轨道运动也是只有万有引力来提供加速度，所以相等，D不正确。,13.（2009年福建理综卷14）“嫦娥一号”月球探测器在环绕月球运行过程中，设探测器运行的轨道半径为r，运行速率为v，当探测器在飞越月球上一些环形山中的质量密集区上空时（）A.r、v都将略为减小B.r、v都将保持不变C.r将略为减小，v将略为增大D.r将略为增大，v将略为减小,【解析】当探测器在飞越月球上一些环形山中的质量密集区上空时，引力变大，探测器做近心运动，曲率半径略为减小，同时由于引力做正功，动能略为增加，所以速率略为增大。,C,19.（2007年上海卷19A）宇航员在地球表面以一定初速度竖直上抛一小球，经过时间t小球落回原处；若他在某星球表面以相同的初速度竖直上抛同一小球，需经过时间5t小球落回原处。（取地球表面重力加速度g10m/s2，空气阻力不计）（1）求该星球表面附近的重力加速度g；（2）已知该星球的半径与地球半径之比为R星:R地1:4，求该星球的质量与地球质量之比M星:M地。,解析,（2）,17.（2007年理综四川卷17）我国探月的“嫦娥工程”已启动，在不久的将来，我国宇航员将登上月球。假如宇航员在月球上测得摆长为l的单摆做小振幅振动的周期为T，将月球视为密度均匀、半径为r的球体，则月球的密度为(),解析：,解得：,B,“黄金代换”中的重力加速度是联系万有引力定律和物体在星球表面重力场中的运动的桥梁。,11.（07年物理海南卷11）设地球绕太阳做匀速圆周运动，半径为R，速度为v，则太阳的质量可用v、R和引力常量G表示为_。太阳围绕银河系中心的运动可视为匀速圆周运动，其运动速率约为地球公转速率的7倍,轨道半径约为地球公转轨道半径的2109倍。为了粗略估算银河系中恒星的数目，可认为银河系中所有恒星的质量都集中在银河系中心，且银河系中恒星的平均质量约等于太阳质量，则银河系中恒星数目约为_。,1011,解析：设地球的质量为m,太阳的质量M,由万有引力定律,设银河系的质量为M1,14.（2007年理综宁夏卷14）天文学家发现了某恒星有一颗行星在圆形轨道上绕其运动，并测出了行星的轨道半径和运行周期。由此可推算出（）A行星的质量B行星的半径C恒星的质量D恒星的半径,C,解析：,而行星的质量、行星的半径及恒星的半径是无法求出的，所以正确答案为C,所以C正确。,gk004.2008年高考物理上海卷1A,1A某行星绕太阳的运动可近似看作匀速圆周运动，已知行星运动的轨道半径为R，周期为T，万有引力恒量为G，则该行星的线速度大小为_，太阳的质量可表示为_。,该行星的线速度,由万有引力定律,解得太阳的质量,解析：,7.（2008年上海理综卷7）有同学这样探究太阳的密度：正午时分让太阳光垂直照射一个当中有小孔的黑纸板，接收屏上出现一个小圆斑；测量小圆斑的直径和黑纸板到接收屏的距离，可大致推出太阳直径。他掌握的数据是：太阳光传到地球所需的时间、地球的公转周期、万有引力恒量；在最终得出太阳密度的过程中，他用到的物理规律是小孔成像规律和（）A.牛顿第二定律B.万有引力定律C.万有引力定律、牛顿第二定律D.万有引力定律、牛顿第三定律,C,解析：根据万有引力定律和牛顿第二定律可得太阳的质量，,根据小孔成像规律和相似三角形的知识可得太阳的直径D，,故可求出太阳的密度。,1.（2009年全国理综卷19）天文学家新发现了太阳系外的一颗行星。这颗行星的体积是地球的4.7倍，质量是地球的25倍，已知某一近地卫星绕地球运动的周期约为1.4小时，引力常量G=6.6710-11Nm2/kg2，由此佑算该行星的平均密度约为（）1.8103kg/m35.6103kg/m31.1104kg/m32.9104kg/m3,【解析】本题考查天体运动的知识.首先根据近地卫星饶地球运动的向心力由万有引力提供,可求出地球的密度,可得该行星的密度约为2.9104kg/m3,D,22.（2007年理综山东卷22）2007年4月24日，欧洲科学家宣布在太阳之外发现了一颗可能适合人类居住的类地行星Gliese581c。这颗围绕红矮星Gliese581运行的星球有类似地球的温度，表面可能有液态水存在，距离地球约为20光年，直径约为地球的1.5倍，质量约为地球的5倍，绕红矮星Gliese581运行的周期约为13天。假设有一艘宇宙飞船飞临该星球表面附近轨道，下列说法正确是()A.飞船在Gliese581c表面附近运行的周期约为13天B.飞船在Gliese581c表面附近运行时的速度大于7.9km/sC.人在Gliese581c上所受重力比在地球上所受重力大D.Gliese581c的平均密度比地球平均密度小,BC,解析:因为行星Gliese581c运行的轨道半径和红矮星Gliese581的质量未知，所以绕飞船绕行星Gliese581c运行的周期与行星Gliese581c绕红矮星Gliese581运行的周期无法比较.A错.,v7.9km/s,B对,C对,D错,【易错提醒】分不清飞船绕行星运动的周期与行星绕红矮星运动的周期而选A.,2.（2009年上海物理卷8）牛顿以天体之间普遍存在着引力为依据，运用严密的逻辑推理，建立了万有引力定律。在创建万有引力定律的过程中，牛顿（）A.接受了胡克等科学家关于“吸引力与两中心距离的平方成反比”的猜想B.根据地球上一切物体都以相同加速度下落的事实，得出物体受地球的引力与其质量成正比，即Fm的结论C.根据Fm和牛顿第三定律，分析了地月间的引力关系，进而得出Fm1m2D.根据大量实验数据得出了比例系数G的大小,ABC,【解析】题干要求“在创建万有引力定律的过程中”，牛顿知识接受了平方反比猜想，和物体受地球的引力与其质量成正比，即Fm的结论，而提出万有引力定律后，后来卡文迪许利用卡文迪许扭称测量出万有引力常量G的大小，因此选项A、B、C正确。,20.（2007年理综全国卷.20）假定地球、月球都静止不动，用火箭从地球沿地月连线发射一探测器。假定探测器在地球表面附近脱离火箭。用W表示探测器从脱离火箭处到月球的过程中克服地球引力做的功，用Ek表示探测器脱离火箭时的动能，若不计空气阻力，则（）Ek必须大于或等于W，探测器才能到达月球Ek小于W，探测器也可能到达月球C.Ek1/2W，探测器一定能到达月球D.Ek1/2W，探测器一定不能到达月球,BD,解析：由于地球的质量比月球的质量大得多，根据万有引力定律可知，在地球月球连线上，地球对探测器的万有引力和月球对探测器的万有引力大小相等的点距离月球很近。探测器从地球到月球的过程中，克服地球万有引力做的功比月球万有引力对它做的功大得多。根据动能定理得,抓住主要矛盾，忽略次要因素，建立物理模型（估算法）。,17.（2008年全国理综卷I.17）已知太阳到地球与地球到月球的距离的比值约为390，月球绕地球旋转的周期约为27天.利用上述数据以及日常的天文知识，可估算出太阳对月球与地球对月球的万有引力的比值约为（）A.0.2B.2C.20D.200,B,解析：,太阳和地球的质量之比,太阳和地球对月球的万有引力之比,14.（2009年浙江理综卷19）在讨论地球潮汐成因时，地球绕太阳运行轨道与月球绕地球运行轨道可视为圆轨道。已知太阳质量约为月球质量的2.7107倍，地球绕太阳运行的轨道半径约为月球绕地球运行的轨道半径的400倍。关于太阳和月球对地球上相同质量海水的引力，以下说法正确的是（）A太阳引力远大于月球引力B太阳引力与月球引力相差不大C月球对不同区域海水的吸引力大小相等D月球对不同区域海水的吸引力大小有差异,AD,【解析】,太阳的引力远大于月球的引力；由于月心到不同区域海水的距离不同，所以引力大小有差异。,根据已知数据可知，质量起决定作用,1.（2008年江苏卷物理1）火星的质量和半径分别约为地球的1/10和1/2，地球表面的重力加速度为g，则火星表面的重力加速度约为（）A0.2gB0.4gC2.5gD5g,B,“黄金代换”,1.（2007年理综全国卷14）据报道,最近在太阳系外发现了首颗“宜居”行星，其质量约为地球质量的6.4倍，一个在地球表面重量为600N的人在这个行星表面的重量将变为960N，由此可推知该行星的半径与地球半径之比约为（）A.0.5B.2C.3.2D.4,因此,B,本题属于天体运动万有引力问题，利用“黄金代换”解题。,4.（2009年江苏物理卷3）英国新科学家（NewScientist）