高考物理总复习 第4章 第4讲 万有引力与航天课件 新人教版.ppt

第四章曲线运动万有引力定律 第四讲万有引力与航天 知识点一开普勒行星运行定律1 开普勒第一定律 轨道定律 所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆 太阳处在的一个焦点上 2 开普勒第二定律 面积定律 对任意一个行星来说 太阳和行星的连线在相等的时间内 椭圆 扫过的面积相等 三次方 二次方 1 关于行星绕太阳运动的下列说法中正确的是 a 所有行星都在同一椭圆轨道上绕太阳运动b 所有行星的轨道的半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等c 离太阳越近的行星运动周期越大d 行星绕太阳运动时太阳位于行星轨道的中心处 解析 所有行星都沿不同的椭圆轨道绕太阳运动 太阳位于椭圆轨道的一个公共焦点上 故a d均错误 由开普勒第三定律知 所有行星的轨道半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等 而且半长轴越大 行星运行周期越大 b对 c错 答案 b 知识点二万有引力定律1 内容 自然界中任何两个物体都相互吸引 引力的大小与成正比 与它们之间 成反比 2 公式 其中g n m2 kg2 叫引力常量 6 67 10 11 物体的质量m1和m2的乘积 距离r的 二次方 3 适用条件 两个的相互作用 1 质量分布均匀的球体间的相互作用 也可用本定律来计算 其中r为 2 一个质量分布均匀的球体和球外一个质点之间的万有引力也适用 其中r为 质点之间 两球心间的距离 质点对球心间的距离 2 天体质量和密度的计算 1 估算中心天体的质量 从环绕天体出发 通过观测环绕天体运动的周期t和轨道半径r 就可以求出中心天体的质量m 从中心天体本身出发 只要知道中心天体表面的重力加速度g和半径r 就可以求出中心天体的质量m 2 如图所示 是美国的 卡西尼 号探测器经过长达7年的 艰苦 旅行 进入绕土星飞行的轨道 若 卡西尼 号探测器在半径为r的土星上空离土星表面高h的圆形轨道上绕土星飞行 环绕n周飞行时间为t 已知万有引力常量为g 则下列关于土星质量m和平均密度 的表达式正确的是 答案 d 知识点三三种宇宙速度 4 极地卫星和近地卫星 1 极地卫星运行时每圈都经过南北两极 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地球的半径 其运行线速度约为7 9km s 3 两种卫星的轨道平面一定通过地球的球心 3 2012年6月24日 神舟九号 飞船和 天宫一号 目标飞行器 在距离地面高度343公里的轨道上成功实施了首次手动交会对接 在交会对接前 天宫一号 在高度约为350公里的近圆轨道上绕行 如图所示 若它们绕地球的运行均可视为匀速圆周运动 如图所示 关于对接前的下列分析正确的是 a 神舟九号 的绕行周期比 天宫一号 更长b 神舟九号 的绕行速度比 天宫一号 更大c 神舟九号 的向心加速度比 天宫一号 更大d 神舟九号 运行时角速度比 天宫一号 更小 答案 bc 知识点四经典时空观和相对论时空观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 运动状态 相同 2 相对论时空观 1 在狭义相对论中 物体的质量随物体的速度的增加而 用公式表示为 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 增加 不同 两种时空观的理解 1 经典时空观认为时间和空间是脱离物质而存在的 是绝对的 时间和空间之间也是没有联系的 2 相对论时空观认为有物质才有时间和空间 空间和时间与物质的运动状态有关 它们不是相互独立的 4 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 物体运动无法称质量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 物体的质量不随速度变化而变化 答案 b 2012 福建高考 一卫星绕某一行星表面附近做匀速圆周运动 其线速度大小为v 假设宇航员在该行星表面上用弹簧测力计测量一质量为m的物体重力 物体静止时 弹簧测力计的示数为n 已知引力常量为g 则这颗行星的质量为 天体质量和密度的估算 答案 b 变式训练 1 美国宇航局发布声明宣布 通过开普勒太空望远镜项目证实了太阳系外第一颗类似地球的 可适合居住的行星 该行星被命名为开普勒 22b kepler 22b 距离地球约600光年之遥 体积是地球的2 4倍 这是目前被证实的从大小和运行轨道来说最接近地球形态的行星 它每290天环绕着一颗类似于太阳的恒星运转一圈 若行星开普勒 22b绕恒星做圆运动的轨道半径可测量 万有引力常量g己知 根据以上数据可以估算的物理量有 a 行星的质量b 行星的密度c 恒星的质量d 恒星的密度 答案 c 卫星的运行规律 答案 c 变式训练 2 如图所示 a b是在地球大气层外圆周轨道上运行的质量不等的两颗卫星 它们的轨道半径满足ra 2r rb 3r r为地球半径 下列说法正确的是 答案 bc 嫦娥二号 探月卫星沿地月转移轨道直奔月球 在距月球表面100km的p点进行第一次 刹车制动 后被月球捕获 进入椭圆轨道 绕月飞行 之后 卫星在p点又经过第二次 刹车制动 进入距月球表面100km的圆形工作轨道 绕月球做匀速圆周运动 如图所示 则下列说法正确的是 卫星变轨问题 a 卫星在轨道 上运动周期比在轨道 上长b 卫星在轨道 上运动周期比在轨道 上短c 卫星沿轨道 经p点时的加速度小于沿轨道 经p点时的加速度d 卫星沿轨道 经p点时的加速度等于沿轨道 经p点时的加速度 解析 由图可知 卫星轨道 半长轴大于轨道 由开普勒定律可知 卫星在轨道 上运动周期比在轨道 上长 选项a正确 b错误 卫星在同一点所受引力相同 其加速度相同 卫星沿轨道 经p点时的加速度等于沿轨道 经p点时的加速度 选项d正确 c错误 答案 ad 卫星稳定运行与变轨运行的区别 变式训练 3 北京航天飞行控制中心对 嫦娥一号 卫星实施多次变轨控制并获得成功 首次变轨是在卫星运行到远地点时实施的 紧随其后进行的3次变轨均在近地点实施 嫦娥一号 卫星的首次变轨之所以选择在远地点实施 是为了抬高卫星近地点的轨道高度 同样的道理 要抬高远地点的高度就需要在近地点实施变轨 如图为 嫦娥一号 某次在近地点a由轨道1变轨为轨道2的示意图 下列说法中正确的是 a 嫦娥一号 在轨道1的a点处应点火加速b 嫦娥一号 在轨道1的a点处的速度比轨道2的a点处的速度大c 嫦娥一号 在轨道1的a点处的加速度比在轨道2的a点处的加速度大d 嫦娥一号 在轨道1的b点处的机械能比在轨道2的c点处的机械能大 答案 a 16分 如图所示 质量分别为m和m的两个星球a和b在引力作用下都绕o点做匀速圆周运动 星球a和b两者中心之间的距离为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 双星问题 1 求两星球做圆周运动的周期 2 在地月系统中 若忽略其他星球的影响 可以将月球和地球看成上述星球a和b 月球绕其轨道中心运行的周期记为t1 但在近似处理问题时 常常认为月球是绕地心做圆周运动的 这样算得的运行周期记为t2 已知地球和月球的质量分别为5 98 1024kg和7 35 1022kg 求t2与t1两者平方之比 结果保留3位小数 1 a和b绕o做匀速圆周运动 它们之间的万有引力提供向心力 则a和b的向心力相等 且a b的中心和o始终共线 说明a和b有相同的角速度和周期 双星问题的特点在天体运动中 将两颗彼此相距较近的行星称为双星 星体在万有引力提供向心力的情况下做匀速圆周运动 具有以下三个特点 1 两颗行星做圆周运动所需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m1 m2两颗行星上 2 由于两颗行星之间的距离总是恒定不变的 所以两颗行星的运行周期就必须相等 即t1 t2 3 由于圆心在两颗行星的连线上 所以r1 r2 l 变式训练 4 天文学家如果观察到一个星球独自做圆周运动 那么就想到在这个星球附近存在着一个看不见的星体黑洞 星球与黑洞由万有引力的作用组成双星 以两者连线上某点为圆心做匀速圆周运动 那么 a 它们做圆周运动的角速度与其质量成反比b 它们做圆周运动的周期与其质量成反比c 它们做圆周运动的半径与其质量成反比d 它们所受的向心力与其质量成反比 解析 设星球与黑洞做匀速圆周运动的半径分别为r1 r2 质量分别为m m 在组成的双星运动中 其角速度与周期都相同 故a b错误 由f万 mr1 2 mr2 2可知 c正确 d错误