重庆市万州区龙宝中学高考物理总复习 第4章 第3讲 万有引力与航天课件.ppt

第3讲万有引力与航天 解析三个疑难 抓住四个考点 备选视频展台 突破四个考向 随堂基础训练 1 万有引力定律及其应用2 环绕速度3 第二宇宙速度和第三宇宙速度4 经典时空观和相对论时空观状元微博 1 万有引力定律的应用2 对宇宙速度的理解及计算3 天体运动中的基本参量的求解及比较4 有关万有引力相关参量的估算问题 疑难突破2卫星的运行问题1 卫星的变轨问题2 近地卫星 赤道上物体及同步卫星的运行问题3 双星模型 第四章曲线运动万有引力与航天备选多媒体展台1 蜡块在运动细管中的上浮2 运动的合成与分解 小船过河 3 钢球做曲线运动的方向4 曲线运动的方向 割线和切线 5 平抛运动的研究6 平抛运动的剖析7 平抛运动的性质8 飞机投弹9 飞机连续投弹闪光照片分析10 同一高度平抛物体的运动与自由落体运动等时性演示实验11 根据平抛轨迹计算平抛初速度12 匀速圆周运动的向心加速度13 皮带传动的动力学特点14 汽车匀速过凸桥的径向动力学分析15 汽车过凹桥最低点的动力学分析16 火车拐弯时的向心力分析17 开普勒行星运行定律18 地面重物所受重力和地球引力间的关系19 地球同步卫星20 根据近地卫星的周期判断行星的密度 01抓住四个考点 思维驱动 注意万有引力公式的适用条件 01抓住四个考点 知识存盘 1 内容 自然界中任何两个物体都相互吸引 引力的方向在它们的连线上 引力的大小与物体的质量m1和m2的乘积 与它们之间距离r的平方成 2 表达式 f g为引力常量 g 6 67 10 11n m2 kg2 3 适用条件 1 公式适用于 间的相互作用 当两个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 2 质量分布均匀的球体可视为质点 r是 的距离 成正比 反比 质点 两球心间 思考 引力常量由卡文迪许扭秤实验测定 思维驱动 01抓住四个考点 关于地球的第一宇宙速度 下列表述正确的是 a 第一宇宙速度又叫脱离速度b 第一宇宙速度又叫环绕速度c 第一宇宙速度跟地球的质量无关d 第一宇宙速度跟地球的半径无关 解析由于对第一宇宙速度与环绕速度两个概念识记不准 造成误解 其实第一宇宙速度是指最大的环绕速度 答案b 01抓住四个考点 2 第一宇宙速度是人造地球卫星在 环绕地球做匀速圆周运动时具有的速度 3 第一宇宙速度是人造卫星的 速度 也是人造地球卫星的 速度 7 9 知识存盘 地面附近 最大环绕 最小发射 01抓住四个考点 思维驱动 01抓住四个考点 01抓住四个考点 知识存盘 1 第二宇宙速度 脱离速度 v2 km s 使物体挣脱 引力束缚的最小发射速度 2 第三宇宙速度 逃逸速度 v3 km s 使物体挣脱 引力束缚的最小发射速度 16 7 11 2 太阳 特别提醒 1 两种周期 自转周期和公转周期的不同 2 两种速度 环绕速度与发射速度的不同 最大的环绕速度等于最小的发射速度 3 两个半径 天体半径r和卫星轨道半径r不同 地球 01抓住四个考点 思维驱动 01抓住四个考点 解析公式中的m0是物体静止时的质量 m是物体以速度v运动时的质量 故a错误 由公式可知 只有当v接近光速时 物体的质量变化才明显 一般情况下物体的质量变化十分微小 故经典力学仍然适用 b错误 c d正确 答案cd 01抓住四个考点 知识存盘 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 的 2 相对论时空观 1 在狭义相对论中 物体的质量是随物体运动速度的增大而 的 用公式表示为m 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 3 狭义相对论的两条基本假设 1 相对性原理 在不同的惯性参考系中 一切物理规律都是 的 2 光速不变原理 不管在哪个惯性系中 测得的真空中的光速都 运动状态 相同 不变 增大 不同 不同 01抓住四个考点 01抓住四个考点 2 同步卫星的五个 一定 与地球自转周期相同 即t 24h 与地球自转的角速度相同 轨道平面与赤道平面共面 02突破四个考向 审题导析1 地球球心处的物体所受地球的万有引力为零 2 地面下深为d处的物体受厚度为d的地球壳的万有引力为零 地球的另一部分对此物体的万有引力产生了重力加速度 r d 02突破四个考向 02突破四个考向 以题说法 02突破四个考向 02突破四个考向 典例2 我国在西昌卫星发射中心 将巴基斯坦通信卫星1r paksat 1r 成功送入地球同步轨道 发射任务获得圆满成功 关于成功定点后的 1r 卫星 下列说法正确的是 a 运行速度大于第一宇宙速度 小于第二宇宙速度b 离地面的高度一定 相对地面保持静止c 绕地球运行的周期比月球绕地球运行的周期大d 向心加速度与静止在赤道上物体的向心加速度大小相等 审题导析1 题中信息表明 该卫星是同步卫星 参考同步卫星特点解答本题 2 区分运行速度 第一宇宙速度 第二宇宙速度这几个概念 02突破四个考向 解析人造地球卫星 包括地球同步卫星 的发射速度大于第一宇宙速度 小于第二宇宙速度 而其运行速度小于第一宇宙速度 选项a错误 地球同步卫星在赤道上空相对地面静止 并且距地面的高度一定 大约是3 6 104km 选项b正确 地球同步卫星绕地球运动的周期与地球自转周期相同 即t 24h 而月球绕地球运行的周期大约是27天 选项c错误 地球同步卫星与静止在赤道上物体的运行周期相同 角速度也相同 根据公式a 2r可知 运行半径大的向心加速度大 所以地球同步卫星的向心加速度大于静止在赤道上物体的向心加速度 选项d错误 答案b 02突破四个考向 第一宇宙速度三种不同的说法 1 最小的发射速度 2 最大的环绕速度 3 近地卫星的线速度 第一宇宙速度的两种计算方法 借题发挥 02突破四个考向 卫星的可能轨道 如下图所示 卫星的轨道平面一定过地球的地心 赤道轨道 极地轨道 倾斜轨道 02突破四个考向 02突破四个考向 02突破四个考向 典例3 2012 广东卷 21 如图所示 飞船从轨道1变轨至轨道2 若飞船在两轨道上都做匀速圆周运动 不考虑质量变化 相对于在轨道1上 飞船在轨道2上的 a 动能大b 向心加速度大c 运行周期长d 角速度大 轨道1 轨道2 审题导析1 卫星在轨道1上运行时v t a的大小决定因素 2 卫星变轨到轨道2上时 各量变化情况 02突破四个考向 02突破四个考向 利用万有引力定律解决天体运动的一般思路1 一个模型天体 包括卫星 的运动可简化为质点的匀速圆周运动模型 2 两组公式 借题发挥 02突破四个考向 借题发挥 描述天体运动的五大物理量之间的关系向心加速度a 线速度v 角速度 周期t 轨道半径r之间的关系 1 定量关系 2 定性关系 轨道半径r大 向心加速度a小 线速度v小 角速度 小 周期t大 即高轨道a v 小 t大 02突破四个考向 变式跟踪3 2012年6月24日 神舟九号 飞船与 天宫一号 飞行器成功手动对接 神舟九号 与 天宫一号 对接前按如图所示的轨道示意图运行 下列说法中正确的是 a 神舟九号 的加速度比 天宫一号 小b 神舟九号 运行的速率比 天宫一号 小c 神舟九号 运行的周期比 天宫一号 长d 神舟九号 运行的角速度比 天宫一号 大 解析 显隐 02突破四个考向 典例4 2012 福建卷 16 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 审题导析满足公式2 可知 n mg 解联立关系式即可得解 02突破四个考向 02突破四个考向 1 天体质量及密度的估算 1 天体质量的估算 借题发挥 02突破四个考向 变式跟踪4 美国宇航局2011年12月5日宣布 他们发现了太阳系外第一颗类似地球的 能适合居住的行星 开普勒226 其直径约为地球的2 4倍 至今其确切质量和表面成分仍不清楚 假设该行星的密度和地球相当 根据以上信息 估算该行星的第一宇宙速度等于 a 3 3 103m sb 7 9 103m sc 1 2 104m sd 1 9 104m s 难点1卫星的变轨问题1 圆轨道上的稳定运行 03解析三个疑难 2 变轨运行分析 03解析三个疑难 典例1 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 上的与地球相切的一点 如图所示 关于航天飞机的运动 下列说法中正确的有 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 审题导析1 物体要做近心运动 vaii vai 速度减小 2 a为远地点 b为近地点 速度不同 3 因为有椭圆轨道 故用开普勒定律判定周期较合适 轨道i 轨道ii b a 03解析三个疑难 03解析三个疑难 难点2近地卫星 赤道上物体及同步卫星的运行问题近地卫星 同步卫星和赤道上随地球自转的物体三种匀速圆周运动的异同 1 轨道半径 r同 r近 r物2 运行周期 t同 t物 t近3 向心加速度 a近 a同 a物4 动力学规律 近地卫星 同步卫星满足gmm r2 mv2 r赤道上的物体 不是万有引力完全充当向心力 即gmm r2 mv2 r 如典例2 03解析三个疑难 典例2 2013 泰兴模拟 如图所示 a为地球赤道上的物体 b为沿地球表面附近做匀速圆周运动的人造卫星 c为地球同步卫星 关于a b c做匀速圆周运动的说法中正确的是 a 地球对b c两星的万有引力提供了向心力 因此只有a受重力 b c两星不受重力b 周期关系为ta tc tbc 线速度的大小关系为vaab ac 03解析三个疑难 难点3双星模型双星系统的特点 两星都绕它们连线上的一点做匀速圆周运动 故 1 2 t1 t2 两星所需向心力相等 均为f向 gmm l2 r1 r2 l 如典例3 03解析三个疑难 典例3