高考物理 第4讲 万有引力定律及其应用考点整合复习课件.ppt

第4讲 万有引力定律及其应用 考点1 万有引力定律及应用 1 万有引力定律 1 万有引力定律的内容和公式 质量的乘积 内容 自然界中任何两个物体都是互相吸引的 引力的大小跟这两个物体的 成正比 跟它们的 成反比 距离的平方 引力常量 由英国物理学家 利用扭秤装置第一次测得 2 适用条件 公式适用于 间的相互作用 均匀的球体也可视为质量集中于球心的质点 r是两球心间的距离 2 应用万有引力定律分析天体的运动 卡文迪许 质点 1 总体思路 天体运动的轨迹近似为圆轨道 向心力来源于万有引力 线速度v 角速度 周期t 加速度a都决定于轨道半径r 参量之间相互制约 6 67 10 11 n m2 kg2 m 2r gr2 2 建立方程解决问题的方法 运动学参量给出物体需要的向心力都应与万有引力建立方程 进行讨论 3 天体质量m 密度 的估算 小 小 大 大 4 通讯卫星 即地球同步通讯卫星 与地球自转周期 角速度相同 与地球赤道同平面 在赤道的 方 高度一定 绕地球做匀速圆周运动 线速度 向心加速度大小相同 三颗 同步卫星就能覆盖地球 相同 正上 5 双星 问题 两颗星球运行的角速度 周期相等 轨道半径不等于引力距离 重要 d 1 单选 下列哪一组数据不能够估算出地球的质量 a 月球绕地球运行的周期与月地之间的距离b 地球表面的重力加速度与地球的半径c 绕地球运行卫星的周期与线速度d 地球表面卫星的周期与地球的密度 2 单选 2011年肇庆检测 嫦娥二号 卫星于2010年10月1日18时59分57秒在西昌卫星发射中心发射升空 嫦娥二号 卫星在距月球表面约100km高度的轨道上绕月运行 较 嫦娥一号 距月表200km的轨道要低 若把这两颗卫星的运 行都看成是绕月球做匀速圆周运动 下列说法正确的是 b a 嫦娥二号 的线速度较小b 嫦娥二号 的周期较小c 嫦娥二号 的角速度较小d 嫦娥二号 的向心加速度较小 3 单选 2011年广州一模 某一时刻 所有的地球同步卫 星 d a 向心力相同c 向心加速度相同 b 线速度相同d 离地心的距离相同 解析 所有的地球同步卫星离地心的高度都相同 注意线速度 向心加速度是矢量 选项d正确 4 在天体运动中 将两颗彼此距离较近的恒星称为双星 它们围绕两球连线上的某一点做圆周运动 由于两星间的引力而使它们在运动中距离保持不变 已知两星质量分别为m1和m2 相距l 求它们的角速度 解 如图22 设m1的轨道半径为r1 m2的轨道半径为r2 由于两星绕o点做匀速圆周运动的角速度相同 都设为 根据万有引力定律有 图22 考点2 卫星变轨问题和三种宇宙速度 1 卫星变轨问题 1 解卫星变轨问题 可根据其向心力的供求平衡关系进行分析求解 若f供 f求 供求平衡 物体做匀速圆周运动 若f供 f求 供不应求 物体做离心运动 若f供 f求 供过于求 物体做向心运动 卫星要达到由圆轨道变成椭圆轨道或由椭圆轨道变成圆轨 道的目的 可以通过加速 离心 或减速 向心 实现 2 行星 卫星 的运动轨道为椭圆时 恒星 或行星 位于该椭 或运动时间进行定性分析 3 速率比较 同一点上 外轨道速率大 同一轨道上 离 焦点越近速率越大 4 卫星在变轨过程中 机械能并不守恒 轨道半径越大 运动的速度越小 但发射时所需要的能量却越多 即发射速度要越大 5 在处理变轨问题时 一定要分清圆轨道与椭圆轨道 弄清楚轨道切点上速度的关系 再根据机械能的变化分析卫星的运动情况 2 三种宇宙速度 1 第一宇宙速度 环绕速度 v 7 9km s 是人造卫星近地 环绕速度 它是人造卫星在地面附近环绕地球做匀速圆周运动所必须具有的速度 是人造地球卫星的最小发射速度 该速度又是环绕地球做匀速圆周运动的卫星中的最大运行速度 第一宇宙速度的求解方法如下 2 第二宇宙速度 脱离速度 v 11 2km s 在地面上发射 物体 使之能够脱离地球的引力作用 成为绕太阳运行的人造行星或飞到其他行星上去所必需的最小发射速度 称为第二宇宙速度 3 第三宇宙速度 逃逸速度 v 16 7km s 在地面上发射 物体 使之最后能脱离太阳的引力范围 飞到太阳系以外的宇宙空间所必需的最小速度 称为第三宇宙速度 5 双选 2008年9月25日至28日我国成功实施了 神舟 七号载人航天飞行并实现了航天员首次出舱 飞船先沿椭圆轨道飞行 后在远地点343千米处点火加速 由椭圆轨道变成高度为343千米的圆轨道 在此圆轨道上飞船运行周期约为90分 钟 如图4 4 1所示 下列判断正确的是 图4 4 1 a 飞船变轨前后的机械能相等b 飞船在圆轨道上时航天员出舱前后都处于失重状态c 飞船在此圆轨道上运动的角度速度大于同步卫星运动的角速度d 飞船变轨前通过椭圆轨道远地点时的加速度大于变轨后沿圆轨道运动的加速度 在此圆轨道上运动的角速度大于同步卫星运动的角速度 c正确 飞船变轨前通过椭圆轨道远地点时只有万有引力提供向心力 变轨后沿圆轨道运动也是只有万有引力提供向心力 所以 加速度相等 d不正确 解析 飞船点火变轨 前后的机械能不守恒 所以a不正确 飞船在圆轨道上时的万有引力提供向心力 航天员出舱前后都处于失重状态 b正确 飞船在此圆轨道上运动的周期90 答案 bc 6 双选 2011年增城调研 关于卫星的说法中正确的是 a 绕地球做匀速圆周运动的卫星的运行速度可能达到10km sb 同步卫星运行经过广州正上空 cd 7 单选 地球同步卫星离地心的距离为r 运动速度为v1 加速度为a1 地球赤道上的物体随地球自转的向心加速度为a2 第一宇宙速度为v2 地球半径为r 则下列关系正确的是 a 热点 人造卫星和天体运动问题 例1 单选 2010年重庆卷 月球与地球质量之比约为1 80 有研究者认为月球和地球可视为一个由两质点构成的双星系统 它们都围绕月地连线上某点o做匀速圆周运动 据此观 点 可知月球与地球绕o点运动的线速度大小之比约为 c a 1 6400c 80 1 b 1 80d 6400 1 1 双选 2010年深圳一模 某卫星在月球上空绕月球做匀速圆周运动 若已知该卫星绕月球的周期和轨道半径 则由已 知物理量可以求出 ad a 月球的质量c 月球对卫星的引力 b 月球的密度d 卫星的向心加速度 2 单选 2010年全国卷 已知地球同步卫星离地面的高度约为地球半径的6倍 若某行星的平均密度为地球平均密度的一半 它的同步卫星距其表面的高度是其半径的2 5倍 则该 行星的自转周期约为 b a 6小时 b 12小时 c 24小时 d 36小时 易错点 人造卫星变轨问题 例1 一颗正在绕地球转动的人造卫星 由于受到阻力作 用则将会出现 b a 速度变小c 角速度变小 b 动能增大d 半径变大 1 单选 广东四校2011届高三联考 如图4 4 2所示 a