高考物理大一轮复习 第四章 曲线运动 万有引力与航天 第13讲 万有引力与航天课件.ppt

曲线运动万有引力与航天 第四章 第13讲万有引力与航天 栏目导航 1 开普勒三定律的内容 公式 椭圆 椭圆 面积 三次方 二次方 两物体的质量的乘积 两物体间的距离的二次方 质点 3 宇宙速度 1 第一宇宙速度 第一宇宙速度又叫 速度 其数值为 km s 第一宇宙速度是人造卫星在 附近环绕地球做匀速圆周运动时具有的速度 第一宇宙速度是人造卫星的最小 速度 也是人造卫星的最大 速度 环绕 7 9 地面 发射 环绕 地球 11 2 太阳 16 7 2 在物理学发展的过程中 许多物理学家的科学研究推动了人类文明的进程 关于物理学史 下列说法正确的是 a 经过长期的天文观测 天文学家第谷总结出行星运动三定律b 开普勒总结出了行星运动的规律 找出了行星按照这些规律运动的原因c 牛顿发现了万有引力定律 卡文迪许用扭秤实验测出了万有引力常量的数值d 开普勒经过多年的天文观测和记录 提出了 日心说 的观点 c 解析开普勒在第谷天文观测数据的基础上 总结出了行星运动的规律 但并未找出行星按照这些规律运动的原因 选项a b均错误 牛顿发现了万有引力定律 卡文迪许用扭秤实验测出了万有引力常量的数值 从而使万有引力定律有了真正的实用价值 选项c正确 哥白尼提出了 日心说 的观点 开普勒发现了行星运动的三大规律 即开普勒三定律 选项d错误 3 关于环绕地球运动的卫星 下列说法正确的是 a 分别沿圆轨道和椭圆轨道运行的两颗卫星 不可能具有相同的周期b 在赤道上空运行的两颗地球同步卫星 它们的轨道半径有可能不同c 沿椭圆轨道运行的一颗卫星 在轨道上两个不同位置可能具有相同的速率d 某个卫星绕地球的自转轴做圆周运动且经过北京的上空 c 一万有引力定律的理解与应用 c 二天体的质量和密度的计算 例2 2018 浙江宁波模拟 多选 科学家在研究地月组成的系统时 从地球向月球发射激光 测得激光往返时间为t 已知万有引力常量g 月球绕地球公转 可看成匀速圆周运动 周期t 光速c 地球到月球的距离远大于它们的半径 则由以上物理量可以求出 a 月球到地球的距离b 地球的质量c 月球受到地球的引力d 月球的质量 ab 1 卫星的各物理量随轨道半径变化的规律 三人造卫星的运行规律 1 解决力与运动关系的思想还是动力学思想 解决力与运动的关系的桥梁还是牛顿第二定律 2 卫星的an v t是相互联系的 其中一个量发生变化 其他各量也随之发生变化 3 an v t均与卫星的质量无关 只由轨道半径r和中心天体质量共同决定 c 例4 多选 地球同步卫星可视为绕地球做圆周运动 下列说法正确的是 a 同步卫星的周期可能小于24hb 同步卫星的速度小于第一宇宙速度c 同步卫星的速度大于赤道上静止 相对地球 物体的速度d 同步卫星在运行时可能经过北京的正上方 bc 同步卫星的六个 一定 四卫星 航天器 的变轨问题及对接问题 例5 2018 北京海淀区期中测试 多选 某载人飞船运行的轨道示意图如图所示 飞船先沿椭圆轨道1运行 近地点为q 远地点为p 当飞船经过点p时点火加速 使飞船由橢圆轨道1转移到圆轨道2上运行 在圆轨道2上飞船运行周期约为90min 关于飞船的运行过程 下列说法中正确的是 a 飞船在轨道1和轨道2上运动时的机械能相等b 飞船在轨道1上运行经过p点的速度小于经过q点的速度c 轨道2的半径小于地球同步卫星的轨道半径d 飞船在轨道1上运行经过p点的加速度等于在轨道2上运行经过p点的加速度 bcd 例6 我国即将发射 天宫二号 空间实验室 之后发射 神舟十一号 飞船与 天宫二号 对接 假设 天宫二号 与 神舟十一号 都围绕地球做匀速圆周运动 为了实现飞船与空间实验室的对接 下列措施可行的是 c a 使飞船与空间实验室在同一轨道上运行 然后飞船加速追上空间实验室实现对接b 使飞船与空间实验室在同一轨道上运行 然后空间实验室减速等待飞船实现对接c 飞船先在比空间实验室半径小的轨道上加速 加速后飞船逐渐靠近空间实验室 两者速度接近时实现对接 d 飞船先在比空间实验室半径小的轨道上减速 减速后飞船逐渐靠近空间实验室 两者速度接近时实现对接解析若使飞船在空间站在同一轨道上运行 然后飞船加速 所需向心力变大 则飞船将脱离原轨道而进入更高的轨道 不能实现对接 选项a错误 若使飞船与空间站在同一轨道上运行 然后空间站减速 所需向心力变小 则空间站将脱离原轨道而进入更低的轨道 不能实现对接 选项b错误 要想实现对接 可使飞船在比空间实验室半径较小的轨道上加速 然后飞船将进入较高的空间实验室轨道 逐渐靠近空间实验室后 两者速度接近时实现对接 选项c正确 若飞船在比空间实验室半径较小的轨道上减速 则飞船将进入更低的轨道 不能实现对接 选项d错误 在天体运动中 离其他星体较远的几颗星 在它们相互间万有引力的作用力下绕同一中心位置运转 这样的几颗星组成的系统称为宇宙多星模型 1 双星 系统 1 两颗恒星做匀速圆周运动所需的向心力是由它们之间的万有引力提供的 故两恒星做匀速圆周运动的向心力大小相等 2 两颗恒星均绕它们连线上的一点做匀速圆周运动 因此它们的运行周期和角速度是相等的 3 两颗恒星做匀速圆周运动的半径r1和r2与两行星间距l的大小关系r1 r2 l 五天体运动中的 多星 系统 2 多星 系统 1 多颗行星在同一轨道绕同一点做匀速圆周运动 每颗行星做匀速圆周运动所需的向心力由其他各个行星对该行星的万有引力的合力提供 2 每颗行星转动的方向相同 运行周期 角速度和线速度大小相等 abc 天体运动中的 多星 系统特点 1 不论是双星还是三星系统模型 每个星体都做匀速圆周运动 中心星体除外 且周期 角速度相等 2 注意应用数学知识 由星体距离求轨道半径 3 只有当系统中星体质量相等时 它们的轨道半径才相等 cd 2 2017 全国卷 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 c b 4 利用三颗位置适当的地球同步卫星 可使地球赤道上任意两点之间保持无线电通讯 目前地球同步卫星的轨道半径约为地球半径的6 6倍 假设地球的自转周期变小 若仍仅用三颗同步卫星来实现上述目的 则地球自转周期的最小值约为 a 1hb 4hc 8hd 16h b 5 如图所示是月亮女神 嫦娥一号绕月做圆周运行时某时刻的图片 用r1 r2 t1 t2分别表示月亮女神和嫦娥一号的轨道半径及周期 用r表示月亮的半径 例1 2017 湖北宜昌质检 6分 地球赤道上有一物体随地球自转做圆周运动 所需的向心力为f1 向心加速度为a1 线速度为v1 角速度为 1 绕地球表面附近做匀速圆周运动的人造卫星 高度可忽略 所需要的向心力为f2 向心加速度为a2 线速度为v2 角速度为 2 地球同步卫星做圆周运动所需要的向心力为f3 向心加速度为a3 线速度为v3 角速度为 3 已知地面的重力加速度为g 同步卫星离地的高度为h 若三者质量相等 则 a f1 f2 f3b a1 a2 g a3c v1 v2 v3d 1 3 2 答题送检 来自阅卷名师报告 例2 2017 四川成都诊断 12分 在天体运动中 将两颗彼此距离较近且相互绕行的行星称为双星 由于两星间的引力而使它们之间距离保持不变 如果两个行星的质量分别为m1和m2 则它们的角速度多大 致错原因 地球绕太阳 月球绕地球等运转问题 轨道半径就是两者之间的距离 按照这个模型 不加分析地死搬硬套 认为m1绕m2运转 m2绕m1运转 导致错误 扣分 12 规范答题 解析 如图所示 由于两者的引力而使其距离保持不变 m1和m2相当于一个用轻杆连接的整体 以相同的角速度运转 其连线上某点保持相对静止 这一点就是它们的旋转中心 设该点到m1的距离为x 则 1 多选 有a b c d四颗地球卫星 a还未发射 在赤道表面上随地球一起转动 b是近地轨道卫星 c是地球同步卫星 d是高空探测卫星 它们均做匀速圆周运动 各卫星排列位置如图