高考物理一轮 4.4万有引力定律、天体运动课件.ppt

第4节万有引力定律天体运动 一 开普勒行星运动定律 椭圆 面积 半长轴 周期 内容 自然界中任何两个物体都相互吸引 引力的大小与物体成正比 与它们之间成反比 公式 式中g为 g 3 适用条件 万有引力定律适用于两质点间万有引力大小的计算 质量的乘积 距离的平方 引力常量 6 67 10 11n m2 kg2 二 万有引力定律 1 基本方法把天体 或人造卫星 的运动看成是匀速圆周运动 其所需向心力由万有引力提供 2 解决天体圆周运动问题的两条思路 三 万有引力定律在天文学上的应用 4 同步卫星的五个 一定 1 轨道平面一定 轨道平面与共面 2 周期一定 与地球自转周期 即t 24h 3 角速度一定 与地球自转的角速度 地球赤道 相同 相同 5 三种宇宙速度 地球 太阳 太阳系 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 四 经典时空观和相对论时空观 运动状态 相同的 增大的 不同的 例1一艘宇宙飞船飞近某一新发现的行星 并进入靠近该行星表面圆形轨道运行数圈后 着陆在该行星上 宇宙飞船上备有以下实验器材 a 精确秒表一只b 质量为m的物体一个c 弹簧秤一只d 天平一架 包括砝码一套 题型一 中心天体的质量和密度的计算 已知宇航员在绕行及着陆后各做一次测量 根据所测量的数据可以求出该星球的质量m 半径r 已知引力常量为g 1 两次测量的物理量分别为 2 两次测量所选用的仪器分别为 用该仪器的字母序号表示 3 用所测值求出星球质量m 半径r 思路点拨 牢记万有引力在天文学中应用的两条思路 确定方法和要测量的物理量 再选择器材 例2如图a为静止于地球赤道上的物体 b为近地卫星 c为地球同步卫星 请分析三者的线速度 角速度 周期 加速度的大小关系为 思路点拨 弄清人造地球卫星和随地球自转物体做圆周运动的向心力来源是解题的关键 题型二 人造卫星的环绕速度 周期的比较问题 答案 vb vc va b c a tbac aa 题型三 人造卫星的发射和变轨问题 例3发射地球同步卫星时 先将卫星发射至近地圆轨道1 然后经点火 使其沿椭圆轨道2运行 最后再次点火 将卫星送入同步轨道3 轨道1 2相切于q点 轨道2 3相切于p点 如右图 关于这颗卫星分别在1 2 3轨道上正常运行时 以下说法正确的是 a 卫星在三个轨道运动的周期关系是 t1 t3 t2b 卫星在轨道3上的角速度小于在轨道1上的角速度 c 卫星在轨道1上经过q点时的动能小于它在轨道2上经过q点时的动能d 卫星在轨道2上运动时的机械能可能等于它在轨道3上运动时的机械能 答案 bc 题型四 双星系统问题 答案 a 方法与知识感悟 双星类问题要注意区分引力距离与运行半径 引力距离等于双星之间的距离 引力提供双星做匀速圆周运动的向心力 且双星具有相同的角速度 双星运行的半径不等于引力距离的一半 也不等于双星之间的距离 而应先假设双星做匀速圆周运动的圆心 进而找到双星的运行半径与引力距离之间的关系 1 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 沿椭圆轨道运行的一颗卫星 在轨道不同位置可能具有相同的速率c 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d 沿不同轨道经过北京上空的两颗卫星 它们的轨道平面一定会重合 b a 3 2012安徽 我国发射的 天宫一号 和 神舟八号 在对接前 天宫一号 的运行轨道高度为350km 神舟八号 的运行轨道高度为343km 它们的运行轨道均视为圆周 则 a 天宫一号 比 神舟八号 速度大b 天宫一号 比 神舟八号 周期长c 天宫一号 比 神舟八号 角速度大d 天宫一号 比 神舟八号 加速度大 b 4 2011全国卷 我国 嫦娥一号 探月卫星发射后 先在 24小时轨道 上绕地球运行 即绕地球一圈需要24小时 然后 经过两次变轨依次到达 48小时轨道 和 72小时轨道 最后奔向月球 如果按圆形轨道计算 并忽略卫星质量的变化 则在每次变轨完成后与变轨前相比 a 卫星动能增大 引力势能减小b 卫星动能增大 引力势能增大c 卫星动能减小 引力势能减小d 卫星动能减小 引力势能增大 d 解析 周期变长 表明轨道半径变大 速度减小 动能减小 引力做负功故引力势能增大选d 5 2012江苏 2011年8月 嫦娥二号 成功进入了环绕 日地拉格朗日点 的轨道 我国成为世界上第三个造访该点的国家 如图所示 该拉格朗日点位于太阳和地球连线的延长线上 一飞行器处于该点 在几乎不消耗燃料的情况下与地球同步绕太阳做圆周运动 则此飞行器的 a 线速度大于地球的线速度b 向心加速度大于地球的向心加速度c 向心力仅由太阳的引力提供d 向心力仅由地球的引力提供 ab 解析 飞行器与地球同步绕太阳做圆周运动 所以 飞 地 由圆周运动线速度和角速度的关系v r 得v飞 v地 选项a正确 由公式a r 2知 a飞 a地 选项b正确 飞行器受到太阳和地球的万有引力 方向均指向圆心 其合力提供向心力 故c d选项错 巩固基础 a 2 下列关于地球同步通信卫星的说法中 正确的是 a 为避免通信卫星在轨道上相撞 应使它们运行在不同的轨道上b 通信卫星定点在地球上空某处 各个通信卫星的角速度相同 但线速度可以不同c 不同国家发射通信卫星的地点不同 这些卫星轨道一定在同一平面内d 通信卫星只能运行在赤道上空某一恒定高度上 cd b 4 月球绕地球做匀速圆周运动的向心加速度大小为a 设月球表面的重力加速度大小为g1 在月球绕地球运行的轨道处由地球引力产生的加速度大小为g 则 a g g1 ab g1 g ac g ad g1 a c 提升能力 5 在日常生活中 我们并没有发现物体的质量随物体的运动的变化而变化 其原因是 a 运动物体无法称质量b 物体的速度远小于光速 质量变化极小c 物体质量太大d 物体质量不随速度变化而变化 b cd 7 嫦娥二号卫星已成功发射 这次发射后卫星直接进入近地点高度200公里 远地点高度约38万公里的地月转移轨道直接奔月 当卫星到达月球附近的特定位置时 卫星就必须 急刹车 也就是近月制动 以确保卫星既能被月球准确捕获 又不会撞上月球 并由此进入近月点100公里 周期12小时的椭圆轨道a 再经过两次轨道调整 进入100公里的近月圆轨道b 轨道a和b相切于p点 如图所示 下列说法正确的是 a 嫦娥二号卫星的发射速度大于7 9km s 小于11 2km s ad b 嫦娥二号卫星的发射速度大于11 2km sc 嫦娥二号卫星在a b轨道经过p点的速度va vbd 嫦娥二号卫星在a b轨道经过p点的加速度分别为aa ab则aa ab 8 某网站报道 美科学家发现太阳系外第一颗 全宜居 行星 其质量约为地球质量的6 4倍 如果某一天发射一颗载人航天器到该行星上去 测得一个在地球表面质量为50kg的人在该行星表面的重力约为800n 而地球表面处的重力加速度为10m s2 根据上述信息 你认为下列说法正确的是 a 载人航天器的发射速度约为7 9km sb 载人航天器的发射速度小于11 2km sc 该行星的半径与地球的半径之比约为2 1d 该行星的半径与地球的半径之比约为3 1 c 9 1930年 美国天文学家汤博发现了曾经是太阳系九大行星之一的冥王星 其发现过程可简化为 太阳系的示意图如图所示 a为太阳系的一颗行星 它绕太阳o运行的轨道近似为圆 汤博已测得a行星运动的轨道半径为r0 周期为t0 长期观测发现 a行星实际运动的轨道与圆轨道总存在一些偏离 且周期性地每隔t0时间发生一次最大的偏离 t0 t0 汤博认为形成这种现象的原因可能是a行星外侧还存在着一颗未知的行星b 它对a行星的万有引力引起a轨道的偏离 假设行星b的运行轨道与a在同一平面内 且与a的绕行方向相同 根据上述现象及假设 对于未知行星b 能估算它的 a 质量b 密度c 体积d 轨道半径 d 11 某颗地球同步卫星正下方的地球表面上有一观察者 他用天文望远镜观察被太阳光照射的此卫星 试问 春分那天 太阳光直射赤道 在日落后12小时内有多长时间该观察者看不见此卫星 已知地球半径为r 地球表面处的重力加速度为g 地球自转周期为t 不考虑大气对光的折射 解析 根据题意画出卫星接受不到太阳光的几何图景 然后由牛顿第二定律及万有引力提供向心力求出卫星的轨道半径 再由几何知识求出对应的角度 最后由周期公式求出时间即可 再上台阶 12 质量为m的登月器与航天飞机连接在一起 随航天飞机绕月球做半径为3r r为月球半径 的圆周运动 如图所示 当它们运行到轨道的a点时 登月器被弹离 航天飞机速度变大 登月器速度变小且仍沿原方向运动 随后登月器沿椭圆轨道登上月