高三物理二轮专题复习万有引力定律及其应用模板ppt课件.ppt

1 万有引力定律及其应用 2 2 卫星的线速度v 角速度 周期T 向心加速度an与轨道半径r的关系 1 由 得v 则r越大 v 2 由G m 2r 得 则r越大 3 由 得T 则r越大 T 4 由G man 得an 则r越大 an 越小 越小 越大 越小 基础知识 1 重力加速度与高度和纬度的关系 3 2 近地卫星与同步卫星 1 近地卫星 近地卫星的线速度即 是卫星绕地球做圆周运动的 也是发射卫星的 2 同步卫星 运行周期 运行轨道 与 共面 所有同步卫星高度 第一宇宙速度 最大速度 最小速度 等于地球的自转周期 赤道 相同 4 1 2012年6月18日 神舟九号 飞船与 天宫一号 目标飞行器在离地面343km的近圆形轨道上成功进行了我国首次载人空间交会对接 对接轨道所处的空间存在极其稀薄的大气 下列说法正确的是 例题 A 为实现对接 两者运行速度的大小都应介于第一宇宙速度和第二宇宙速度之间B 如不加干预 在运行一段时间后 天宫一号 的动能可能会增加C 如不加干预 天宫一号 的轨道高度将缓慢降低D 航天员在 天宫一号 中处于失重状态 说明航天员不受地球引力作用 5 2 迄今发现的二百余颗太阳系外行星大多不适宜人类居住 绕恒星 Gliese581 运行的行星 Gl 581c 却很值得我们期待 该行星的温度在0 到40 之间 质量是地球的6倍 直径是地球的1 5倍 公转周期为13个地球日 Gliese581 的质量是太阳质量的0 31倍 设该行星与地球均视为质量分布均匀的球体 绕其中心天体做匀速圆周运动 则 A 在该行星和地球上发射卫星的第一宇宙速度相同B 如果人到了该行星 其体重是地球上的2倍C 该行星与 Gliese581 的距离是日地距离的倍D 由于该行星公转速率比地球大 地球上的米尺如果被带上该行星 其长度一定会变短 6 3 双星系统由两颗恒星组成 两恒星在相互引力的作用下 分别围绕其连线上的某一点做周期相同的匀速圆周运动 研究发现 双星系统演化过程中 两星的总质量 距离和周期均可能发生变化 若某双星系统中两星做圆周运动的周期为T 经过一段时间演化后 两星总质量变为原来的k倍 两星之间的距离变为原来的n倍 则此时圆周运动的周期为 A B C D 7 热点考向1天体质量和密度的估算 典例1 嫦娥二号 卫星是在绕月极地轨道上运动的 加上月球的自转 卫星能探测到整个月球的表面 卫星CCD相机已对月球背面进行成像探测 并获取了月球部分区域的影像图 假设卫星在绕月极地轨道上做圆周运动时距月球表面高为H 绕行的周期为TM 月球绕地球公转的周期为TE 半径为R0 地球半径为RE 月球半径为RM 若忽略地球及太阳引力对绕月卫星的影响 则月球与地球质量之比为 A B C D 8 拓展延伸 典例中 1 能否求出卫星与月球 月球与地球的万有引力之比 2 能否求出卫星绕月球 月球绕地球做圆周运动的线速度 角速度之比 9 总结提升 估算中心天体的质量和密度的两条思路 1 测出中心天体表面的重力加速度g 由G mg求出M 进而求得 2 利用环绕天体的轨道半径r 周期T 由若环绕天体绕中心天体表面做匀速圆周运动时 轨道半径r R 则 10 变式训练 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 67 10 11N m2 kg2 由此估算该行星的平均密度约为 A 1 8 103kg m3B 5 6 103kg m3C 1 1 104kg m3D 2 9 104kg m3 11 热点考向2人造卫星问题 典例2 我国自主研制的 嫦娥二号 卫在奔月的旅途中 先后完成了一系列高难度的技术动作 在其环月飞行的高度距离月球表面100km时开始全面工作 国际上还没有分辨率优于10米的全月球立体图像 而 嫦娥二号 立体相机具有的这种高精度拍摄能力 有助于人们对月球表面了解得更清楚 所探测到的有关月球的数据比环月飞行高度约为200km的 嫦娥一号 更加详实 若两颗卫星环月运行均可视为匀速圆周运动 运行轨道如图所示 则下列说法不正确的是 A 嫦娥二号 环月运行的周期比 嫦娥一号 更长B 嫦娥二号 环月运行的速度比 嫦娥一号 更大C 嫦娥二号 环月运行的向心加速度比 嫦娥一号 更大D 嫦娥二号 环月运行的角速度比 嫦娥一号 更大 12 总结提升 人造卫星运动规律分析 1 在讨论有关卫星的运动规律时 关键要明确向心力 轨道半径 线速度 角速度 周期和向心加速度 彼此影响 互相联系 只要其中一个量确定了 其他的量也就不变了 只要一个量发生了变化 其他的量也随之变化 2 不管是定性分析还是定量计算 必须抓住卫星运动的特点 万有引力提供卫星绕地球做匀速圆周运动的向心力 由方程求出相应物理量的表达式即可讨论或求解 需要注意的是a v T均与卫星质量无关 13 变式训练 北斗 卫星导航定位系统由地球静止轨道卫星 同步卫星 中轨道卫星和倾斜同步卫星组成 地球静止轨道卫星和中轨道卫星都在圆轨道上运行 它们距地面的高度分别约为地球半径的6倍和3 4倍 下列说法正确的是 A 静止轨道卫星的周期大B 静止轨道卫星的线速度大C 静止轨道卫星的角速度大D 静止轨道卫星的向心加速度大 14 变式备选 质量为m的探月航天器在接近月球表面的轨道上飞行 其运动视为匀速圆周运动 已知月球质量为M 月球半径为R 月球表面重力加速度为g 引力常量为G 不考虑月球自转的影响 则航天器的 A 线速度v B 角速度 C 运行周期T 2 D 向心加速度a 15 热点考向3航天器的变轨问题 典例3 航天飞机在完成对哈勃空间望远镜的维修任务后 在A点从圆形轨道 进入椭圆轨道 B为轨道 上的一点 如图所示 关于航天飞机的运动 下列说法中错误的是 A 在轨道 上经过A的速度小于经过B的速度B 在轨道 上经过A的动能小于在轨道 上经过A的动能C 在轨道 上运动的周期小于在轨道 上运动的周期D 在轨道 上经过A的加速度小于在轨道 上经过A的加速度 16 总结提升 求解航天器变轨问题时的五点注意 1 卫星的a 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 2 a 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 3 卫星变轨时半径的变化 根据万有引力和所需向心力的大小关系判断 稳定在新轨道上的运行速度变化由v 判断 4 航天器在不同轨道上运行时机械能不同 轨道半径越大 机械能越大 5 航天器经过不同轨道相交的同一点时加速度相等 外轨道的速度大于内轨道的速度 17 变式训练 2013 新课标全国卷 改编 目前 在地球周围有许多人造地球卫星绕着它运转 其中一些卫星的轨道可近似为圆 且轨道半径逐渐变小 若卫星在轨道半径逐渐变小的过程中 只受到地球引力和稀薄气体阻力的作用 则下列判断正确的是 A 卫星运行的速率逐渐减小B 卫星运行的速度始终大于第一宇宙速度C 由于气体阻力做负功 地球引力做正功 机械能保持不变D 卫星的机械能逐渐减小 18 1 卫星绕某一行星的运动轨道可近似看成是圆轨道 观察发现每经过时间t 卫星运动所通过的弧长为l 该弧长对应的圆心角为 弧度 如图所示 已知万有引力常量为G 由此可计算出行星的质量为 课堂训练 A B C D 19 2 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 20 3 小行星绕恒星运动 恒星均匀地向四周辐射能量 质量缓慢减小 可认为小行星在绕恒星运动一周的过程中近似做圆周运动 则经过足够长的时间后 小行星运动的 A 半径变大B 速率变大C 角速度变大D 加速度变大 21 五天体运动综合问题的规范求解我国将在2017年前后发射一颗返回式月球软着陆器 进行首次月球样品自动取样并安全返回地球 假设探月宇航员站在月球表面一斜坡上的M点 并 沿水平方向以初速度v0 16m s抛出一个质量m 1kg的小球 测得小球经时间15s 落到斜坡上另一点N 斜面的倾角为 37 如图 已知月球半径R 1600km 月球的质量分布均匀 万有引力常量G 6 67 10 11N m2 kg2 tan37 求 1 月球表面的 重力加速度g 2 小球 落在斜面上时的动能 3 月球的质量 22 审题 抓住信息 准确推断 23 解题 规范步骤 水到渠成 1 设MN间距为L 由平抛运动规律得 水平方向 Lcos v0t 2分 竖直方向 Lsin g t2 2分 解得 g 1 6m s2 2分 2 小球平抛过程由动能定理得 mg Lsin EkN 3分 解得 EkN 416J 2分 3 在月球表面处有 G mg 2分 解得 M 6 14 1022kg 2分 24 点题 突破瓶颈 稳拿满分 1 常见的思维障碍 在求解月球表面重力加速度g 时 把平抛运动的位移关系tan 误认为速度关系ta