高三物理总复习 5.4万有引力与航天课件 鲁科版.ppt

第四节万有引力与航天 基础知识梳理 一 开普勒行星运动定律 太阳 椭圆 太阳 面积 半长轴 周期 二 万有引力定律1 内容 自然界中任何两个物体都是相互吸引的 引力的方向沿两物体的连线 引力的大小f与这两个物体 成正比 与这两个物体间 成反比 质量的乘积 距离的平方 3 适用条件 公式适用于质点间的相互作用 当两物体间的距离远远大于物体本身的大小时 物体可视为质点 质量分布均匀的球体也可适用 r为两球心间的距离 3 地球同步卫星 只能在赤道 与地球自转具有相同的 相对地面静止 其环绕的高度是 4 三种宇宙速度 第一宇宙速度 环绕速度 v1 km s 是人造地球卫星的 发射速度 也是人造地球卫星绕地球做圆周运动的 环绕速度 第二宇宙速度 脱离速度 v2 km s 是使物体挣脱地球引力束缚的 发射速度 第三宇宙速度 逃逸速度 v3 km s 是使物体挣脱太阳束缚的最小发射速度 正上方 角速度和周期 一定的 7 9 最小 最大 11 2 最小 16 7 思考感悟 三种宇宙速度是指发射速度还是指卫星的环绕速度 提示 三种宇宙速度均指发射速度 不能理解为环绕速度 课堂互动讲练 即时应用 即时突破 小试牛刀 1 2009年高考全国卷 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为 a 1 8 103kg m3b 5 6 103kg m3c 1 1 104kg m3d 2 9 104kg m3 2 卫星绕地球转动与物体随地球自转的向心加速度的比较 4 地球同步卫星特点 1 地球同步卫星只能在赤道上空 2 地球同步卫星与地球自转具有相同的角速度和周期 3 地球同步卫星相对地面静止 4 同步卫星的高度是一定的 5 人造地球卫星的超重和失重 1 人造地球卫星在发射升空时 有一段加速运动 在返回地面时 有一段减速运动 这两个过程加速度方向均向上 因而都是超重状态 2 人造地球卫星在沿圆轨道运行时 由于万有引力提供向心力 因此处于完全失重状态 在这种情况下凡是与重力有关的力学现象都不会发生 因此 在卫星上的仪器 凡是制造原理与重力有关的均不能使用 同理 与重力有关的实验也将无法进行 即时应用 即时突破 小试牛刀 2 2008年9月27日 神舟七号 宇航员翟志刚顺利完成出舱活动任务 他的第一次太空行走标志着中国航天事业全新时代的到来 神舟七号 绕地球做近似匀速圆周运动 其轨道半径为r 若另有一颗卫星绕地球做匀速圆周运动的半径为2r 则可以确定 图5 4 1 三 卫星在轨运行和变轨问题1 卫星的轨道 1 赤道轨道 卫星的轨道在赤道平面内 同步卫星就是其中的一种 2 极地轨道 卫星的轨道过南北两极 即在垂直于赤道的平面内 如定位卫星系统中的卫星轨道 3 其他轨道 除以上两种轨道外的卫星轨道 名师点睛 1 一切地球卫星的轨道圆心都与地心重合 2 卫星的变轨问题是离心运动和近心运动的具体应用 即时应用 即时突破 小试牛刀 3 2010年高考江苏卷改编 2009年5月 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5 4 2所示 关于航天飞机的运动 下列说法中不正确的是 图5 4 2 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 经典题型探究 图5 4 3 规律总结 采用割补法将不规则形状的物体转化为两个规则形状物体 可以将复杂问题简单化 有助于将陌生的实际问题转化为熟悉的物理模型 2011年泉州高三统考 我国发射的 嫦娥二号 探月卫星简化后的路线示意图如图5 4 4所示 卫星由地面发射后经过发射轨道进入停泊轨道 然后在停泊轨道经过调速后进入地月转移轨道 经过几次制动后进入工作轨道 卫星开始对月球进行探测 已知地球与月球的质量之比为a 卫星的停泊轨道与工作轨道的半径之比为b 卫星在停泊轨道和工作轨道上均可视为做匀速圆周运动 则卫星 图5 4 4 a b c d 思路点拨 解决此题的关键是 1 利用万有引力充当向心力判断速度 周期与轨道半径的关系 2 根据卫星变轨问题的条件分析速度变化 答案 c 规律总结 卫星的速度增大 应做离心运动 要克服万有引力做负功 其动能要减小 速度也减小 所以稳定后速度减小与卫星原来速度增大并不矛盾 这正是能量守恒定律的具体体现 满分样板8分 2011年山东济南模拟 天文学家将相距较近 仅在彼此的引力作用下运行的两颗恒星称为双星 双星系统在银河系中很普遍 利用双星系统中两颗恒星的运动特征可推算出它们的总质量 已知某双星系统中两颗恒星围绕它们连线上的某一固定点分别做匀速圆周运动 周期均为t 两颗恒星之间的距离为r 试推算这个双星系统的总质量 引力常量为g 思路点拨 解决双星问题关键是搞清每个星的轨道半径和距离的