优化探究高考物理一轮复习 4.4万有引力与航天课件.ppt

想一想 1 开普勒行星运动定律不仅适用于行星绕太阳运动 也适用于卫星绕地球运动 若一颗卫星绕地球做椭圆轨道运动 则它在近地点和远地点的速度大小关系如何 2 请根据万有引力定律和牛顿第二定律分析地球表面上不同质量的物体的重力加速度大小关系 第4单元万有引力与航天 基础探究 万有引力定律 填一填 1 开普勒行星运动定律 温馨提示 均匀的球体可视为质点 r是两球心间的距离 一个均匀球体与球外一个质点间的万有引力也适用 其中r为球心到质点间的距离 质点 想一想 在地球周围飞行着许多人造地球卫星 由于用途不同 它们的运行轨道也不相同 请思考以下问题 1 若各卫星的轨道均为圆形轨道 这些轨道有什么共同点 2 各圆形轨道卫星的飞行速度是不同的 卫星离地面越近 其飞行速度越大还是越小 它们的最大速度是多少 提示 1 各圆形轨道的圆心均为地球的球心 2 离地面越近的卫星 飞行速度越大 卫星沿圆形轨道运行的最大速度为7 9km s 也就是第一宇宙速度 卫星运行规律及宇宙速度 2 极地卫星和近地卫星 1 极地卫星运行时每圈都经过 由于地球自转 极地卫星可以实现全球覆盖 2 近地卫星是在地球表面附近环绕地球做匀速圆周运动的卫星 其运行的轨道半径可近似认为等于 其运行线速度约为km s 3 两种卫星的轨道平面一定通过 3 三种宇宙速度比较 南北两极 地球的半径 7 9 地球的球心 想一想 在狭义相对论中 物体的质量随物体的速度的变化而变化 为什么日常生活中 当物体的速度发生变化时 并没有发现其质量发生变化 提示 只有高速运动的物体 速度变化时 质量的变化才比较明显 日常生活中遇到的都是低速物体 所以质量可认为没变 填一填 1 经典时空观 1 在经典力学中 物体的质量不随而改变 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 运动状态 相同 2 在狭义相对论中 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 不同 答案 c 2 下列说法正确的是 a 牛顿运动定律就是经典力学b 经典力学的基础是牛顿运动定律c 牛顿运动定律可以解决自然界中所有的问题d 经典力学可以解决自然界中所有的问题解析 经典力学并不等于牛顿运动定律 牛顿运动定律只是经典力学的基础 经典力学并非万能 也有其适用范围 并不能解决自然界中所有的问题 没有哪个理论可以解决自然界中所有的问题 因此只有搞清牛顿运动定律和经典力学的隶属关系 明确经典力学的适用范围 才能正确解决此类问题 答案 b 3 关于地球的同步卫星下列说法正确的是 a 所有地球的同步卫星一定处于赤道的正上方 但不一定在同一个圆周上b 所有地球的同步卫星离地面的高度相同 但不一定位于赤道的正上方c 所有地球的同步卫星的向心加速度 线速度 角速度 周期一定相同d 所有地球同步卫星的向心加速度大小 线速度大小 角速度和周期一定相等解析 同步卫星高度一定 故a错 同步卫星都在赤道面内 故b错 向心加速度 线速度都是矢量 故c错 d对 答案 d 答案 b 互动探究 1 解答卫星运行问题的基本思路是什么 2 地球卫星主要有哪几类 它们的区别是什么 3 卫星的线速度 角速度 周期 向心加速度等随轨道半径变化的规律是什么 核心突破 1 一种模型无论自然天体 如地球 月亮 还是人造天体 如宇宙飞船 人造卫星 都可以看做质点 围绕中心天体 视为静止 做匀速圆周运动 人造卫星的运行问题 3 三个物体求解卫星运动问题时 一定要认清三个物体 赤道上的物体 近地卫星 同步卫星 之间的关系 典例1 2013年高考广东理综 如图 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 答案 a 1 2012年高考浙江理综卷 如图所示 在火星与木星轨道之间有一小行星带 假设该带中的小行星只受到太阳的引力 并绕太阳做匀速圆周运动 下列说法正确的是 a 太阳对各小行星的引力相同b 各小行星绕太阳运动的周期均小于一年c 小行星带内侧小行星的向心加速度值大于外侧小行星的向心加速度值d 小行星带内各小行星圆周运动的线速度值大于地球公转的线速度值 答案 c 天体质量和密度的估算 思路点拨 1 明确行星表面附近的绕行卫星的轨道半径与行星半径的大小关系 2 弹簧测力计的示数 物体的重力与其所受万有引力的大小关系 答案 b 2 2013年高考全国卷大纲版 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127min 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 卫星的变轨问题 思路点拨 变轨是通过在两轨道的切点瞬间改变速度来实现的 但点火后瞬间的速度并不是稳定运行时的速度 答案 b 3 2013年6月11日17时38分02 666秒 神舟十号飞船由长征二号f改进型运载火箭成功发射 在距地面343公里的近圆轨道上 与等待已久的 天宫一号 实现交会对接 分离 于6月26日成功返回地面 下列关于 神舟十号 与 天宫一号 的说法正确的是 a 若知道 天宫一号 的绕行周期 再利用引力常量 就可算出地球的质量b 在对接前 神舟十号 轨道应稍低于 天宫一号 的轨道 然后让 神舟十号 加速追上 天宫一号 并与之对接c 在对接前 应让 神舟十号 和 天宫一号 在同一轨道上绕地球做圆周运动 然后让 神舟十号 加速追上 天宫一号 并与之对接d 神舟十号 返回地面时应在绕行轨道上先减速 答案 b 双星模型 模型构建 在天体运动中 将两颗彼此相距较近 且在相互之间万有引力作用下绕两者连线上的某点做周期相同的匀速圆周运动的行星称为双星 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 典例 质量分别为m和m的两个星球a和b在万有引力作用下都绕o点做匀速圆周运动 星球a和b两者中心之间距离为l 已知a b的中心和o三点始终共线 a和b分别在o的两侧 引力常量为g 1 求两星球做圆周运动的周期 2 在地月系统中 若