高考物理一轮复习 第4章 第4讲 万有引力与航天课件.ppt

第4讲万有引力与航天 1 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 与它们之间距离r的平方 万有引力定律及其应用 考纲要求 成反比 成正比 2 表达式 f g为引力常量 g 6 67 10 11n m2 kg2 3 适用条件 1 公式适用于 间的相互作用 当两个物体间的距离远远大于物体本身的大小时 物体可视为质点 2 质量分布均匀的球体可视为质点 r是 的距离 质点 两球心间 判断正误 正确的划 错误的划 答案 1 2 3 4 1 第一宇宙速度又叫 2 第一宇宙速度是人造地球卫星在 环绕地球做匀速圆周运动时具有的速度 3 第一宇宙速度是人造卫星的 速度 也是人造地球卫星的 速度 环绕速度 考纲要求 环绕速度 地面附近 最大环绕 最小发射 1 第二宇宙速度 脱离速度 v2 km s 使物体挣脱地球引力束缚的最小发射速度 2 第三宇宙速度 逃逸速度 v3 km s 使物体挣脱太阳引力束缚的最小发射速度 第二宇宙速度和第三宇宙速度 考纲要求 11 2 16 7 判断正误 正确的划 错误的划 1 第一宇宙速度是人造地球卫星的最小发射速度 也是贴近地面运行的卫星的运行速度 即人造地球卫星的最大运行速度 2 第一宇宙速度与地球的质量有关 3 地球同步卫星的运行速度大于第一宇宙速度 4 若物体的发射速度大于第二宇宙速度 小于第三宇宙速度 则物体可以绕太阳运行 答案 1 2 3 4 1 经典时空观 1 在经典力学中 物体的质量是不随 而改变的 2 在经典力学中 同一物理过程发生的位移和对应时间的测量结果在不同的参考系中是 的 经典时空观和相对论时空观 考纲要求 运动状态 相同 增大 不同 3 狭义相对论的两条基本假设 1 相对性原理 在不同的惯性参考系中 一切物理规律都是 的 2 光速不变原理 不管在哪个惯性系中 测得的真空中的光速都是 的 不同 不变 1 单选 关于地球的第一宇宙速度 下列表述正确的是 a 第一宇宙速度又叫环绕速度b 第一宇宙速度又叫脱离速度c 第一宇宙速度跟地球的质量无关d 第一宇宙速度跟地球的半径无关 基础自测 答案a 答案c c 当物体以较小速度运动时 质量变化十分微弱 经典力学理论仍然适用 只有当物体以接近光速运动时 质量变化才明显 故经典力学适用于低速运动 而不适用于高速运动d 通常由于物体的运动速度太小 故质量的变化引不起我们的感觉 在分析地球上物体的运动时 不必考虑质量的变化 解析公式中的m0是物体静止时的质量 m是物体以速度v运动时的质量 故a错误 由公式可知 只有当v接近光速时 物体的质量变化才明显 一般情况下物体的质量变化十分微小 故经典力学仍然适用 b错误 c d正确 答案cd 4 2013 深圳第一次调研 多选 在地球的圆形同步轨道上有某一卫星正在运行 则下列正确的是 a 卫星的重力小于在地球表面时受到的重力b 卫星处于完全失重状态 所受重力为零c 卫星离地面的高度是一个定值d 卫星相对地面静止 处于平衡状态 解析在地球的圆形同步轨道上的卫星处于完全失重状态但所受重力不为零 且小于在地面时受到的重力 a正确 b错误 同步卫星离地面的高度是一个定值 相对于地面静止 做匀速圆周运动 这不是平衡状态 c正确 d错误 答案ac 5 单选 随着 神舟十号 与 天宫一号 成功 牵手 及 嫦娥 系列月球卫星技术的成熟 我国将于2020年前发射月球登陆器 采集月球表面的一些样本后返回地球 为中国人登陆月球积累实验数据 月球登陆器返回时 先由月球表面发射后绕月球在近月圆轨道上飞行 经轨道调整后与停留在较高轨道的轨道舱对接 对接完成后再经加速脱离月球飞回地球 下列关于此过程的描述中正确的是 a 登陆器在近月圆轨道上运行的速度必须大于月球第一宇宙速度b 登陆器与轨道舱对接后的运行周期小于对接前登陆器的运行周期c 登陆器与轨道舱对接后必须加速到等于或大于月球第二宇宙速度才可以返回地球d 登陆器与轨道舱对接时登陆器的速度大于其在近月轨道上的运行速度 答案c 热点一星体表面上的重力加速度问题 答案ac 答案d 热点二天体质量和密度的估算 典例2 2013 大纲 18 嫦娥一号 是我国首次发射的探月卫星 它在距月球表面高度为200km的圆形轨道上运行 运行周期为127分钟 已知引力常量g 6 67 10 11n m2 kg2 月球半径约为1 74 103km 利用以上数据估算月球的质量约为 a 8 1 1010kgb 7 4 1013kgc 5 4 1019kgd 7 4 1022kg 答案d 答案b 3 已知引力常量为g 那么在下列给出的各种情境中 能根据测量的数据估算出火星的平均密度的是 a 在火星表面使一个小球做自由落体运动 测出下落的高度h和时间tb 发射一颗贴近火星表面绕火星做圆周运动的飞船 测出飞船的周期tc 观察火星绕太阳的圆周运动 测出火星的直径d和火星绕太阳运行的周期td 发射一颗绕火星做圆周运动的卫星 测出卫星绕火星运行的轨道半径r和卫星的周期t 答案b 热点三卫星运行参量的分析与计算 3 地球同步卫星的特点 4 卫星的可能轨道 如图4 4 1所示 卫星的轨道平面一定过地球的地心图4 4 1 答案a 跟踪短训 4 2013 广东卷 14 如图4 4 2所示 甲 乙两颗卫星以相同的轨道半径分别绕质量为m和2m的行星做匀速圆周运动 下列说法正确的是 a 甲的向心加速度比乙的小b 甲的运行周期比乙的小c 甲的角速度比乙的大d 甲的线速度比乙的大 图4 4 2 答案a 5 我国于2013年6月11日17时38分发射 神舟十号 载人飞船 并与 天宫一号 目标飞行器对接 如图4 4 3所示 开始对接前 天宫一号 在高轨道 神舟十号 飞船在低轨道 各自绕地球做匀速圆周运动 距离地面的高度分别为h1和h2 设地球半径为r 天宫一号 的运行周期约为90分钟 则以下说法正确的是 图4 4 3 答案bc 1 模型条件 1 两颗星彼此相距较近 2 两颗星靠相互之间的万有引力做匀速圆周运动 3 两颗星绕同一圆心做圆周运动 物理建模7 宇宙双星模型 2 模型特点 1 向心力等大反向 两颗星做匀速圆周运动的向心力由它们之间的万有引力提供 故f1 f2 且方向相反 分别作用在两颗行星上 是一对作用力和反作用力 2 周期 角速度相同 两颗行星做匀速圆周运动的周期 角速度相等 3 半径反比 圆心在两颗行星的连线上 且r1 r2 l 两颗行星做匀速圆周运动的半径与行星的质量成反比 3 解答双星问题应注意 两等 两不等 1 双星问题的 两等 它们的角速度相等 双星做匀速圆周运动的向心力由它们之间的万有引力提供 即它们受到的向心力大小总是相等的 2 两不等 双星做匀速圆周运动的圆心是它们连线上的一点 所以双星做匀速圆周运动的半径与双星间的距离是不相等的 它们的轨道半径之和才等于它们间的距离 由m1 2r1 m2 2r2知由于m1与m2一般不相等 故r1与r2一般也不相等 答案b 反思总结双星系统问题的误区 1 不能区分星体间距与轨道半径 万有引力定律中的r为两星体间距离 向心力公式中的r为所研究星球做圆周运动的轨道半径 2 找不准物理现象的对应规律 即学即练如图4 4 4所示 双星系统中的星球a b都可视为质点 a b绕两者连线上的o点做匀速圆周运动 a b之间距离不变 引力常量为g 观测到a的速率为v 运行周期为t a b的质量分别为m1 m2 1 求b的周期和速率 2 a受b的引力fa可等效为位于o点处质量为m 的星体对它的引力 试求m 用m1 m2表示 图4 4 4 附 对应高考题组 答案a 2 2012 四川卷 15 今年4月30日 西昌卫星发射中心发射的中圆轨道卫星 其轨道半径为2 8 107m 它与另一颗同质量的同步轨道卫星 轨道半径为4 2 107m 相比 a 向心力较小b 动能较大c 发射速度都是第一宇宙速度d 角速度较小 答案b 答案a 4 2011 山东卷 17 甲 乙为两颗地球卫星 其中甲为地球同步卫星 乙的运行高度低于甲的运行高度 两卫星轨道均可视为圆轨道 以下判断