【物理】2011届高考二轮专题复习课件：第1单元-力与运动专题4 天体运动(大纲版)

专题四 天体运动 专题四天体运动 专题四 主干知识整合 一 开普勒三定律1 第一定律 所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆 太阳处于所有椭圆的一个 上 2 第二定律 对于每一颗行星而言 太阳和行星之间的连线在相等的时间内 3 第三定律 所有行星轨道半长轴的立方与其公转周期的平方的比值都相等 公共焦点 扫过相等的面积 专题四 主干知识整合 二 万有引力定律1 定律内容 自然界的一切物体都相互吸引 两个物体间的引力的大小 跟它们的质量乘积成正比 跟它们的 成反比 2 公式形式 G 6 67 10 11N m2 kg2 3 适用条件 适用于相距很远 可视为质点的两物体间的相互作用 质量分布均匀的球体也可用此公式计算 其中r指球心间距离 距离的平方 专题四 主干知识整合 专题四 主干知识整合 专题四 主干知识整合 3 三种特殊卫星 1 近地卫星 沿半径约为地球半径的轨道运行的地球卫星 其发射速度与环绕速度相等 均等于第一宇宙速度 v 2 同步卫星 运行时相对于地面静止 T h 同步卫星只有一个运行轨道 它一定位于 正上方 且距地面高度为h 3 6 104km 运行时的速率v 3 1km s 3 极地卫星 指轨道经过地球南北极极点的卫星 侦察卫星和气象卫星一般是极地卫星 24 赤道 专题四 要点热点探究 探究点一万有引力定律及其应用 1 研究重力加速度g随离地面高度h的变化情况 物体的重力近似为地球对物体的引力 即G mg 所以重力加速度g G 可见 g随h的增大而减小 2 求天体的质量和密度 通过某天体的卫星的运动周期T和轨道半径r就可以求出天体的质量M 通过某天体表面的重力加速度g和天体半径R也可以求出天体的质量M 求得天体质量自然就可以求天体密度 专题四 要点热点探究 例 为了迎接太空时代的到来 美国国会通过一项计划 在2050年前建造成太空升降机 就是把长绳的一端搁置在地球的卫星上 另一端系住升降机 放开绳 升降机能到达地球上 人坐在升降机里 科学家控制卫星上的电动机把升降机拉到卫星上 已知地球表面的重力加速度g 10m s2 地球半径R 6400km 地球自转周期为24h 某宇航员在地球表面用体重计称得体重为800N 站在升降机中 某时刻当升降机以加速度a 10m s2垂直地面上升 这时此人再一次用同一体重计称得视重为850N 忽略地球公转的影响 根据以上数据 专题四 要点热点探究 A 如果把绳的一端搁置在同步卫星上 可知绳的长度至少有多长B 可以求出升降机此时距地面的高度C 可以求出升降机此时所受万有引力的大小D 可以求出宇航员的质量 专题四 要点热点探究 点拨 本题考查人造卫星的动力学分析 专题四 要点热点探究 点评 万有引力定律的另一项重要应用就是分析天体估算问题 这是一类常见高考题型 引起估算的原因主要是以下几方面 1 把天体运动视为匀速圆周运动这一模型化处理引起的估算 2 忽略星球自转引起的估算 3 数据处理中进行的估算 4 题目中给出的近似数据引起的估算等等 例如下面变式题 专题四 要点热点探究 专题四 要点热点探究 专题四 要点热点探究 探究点二人造地球卫星 专题四 要点热点探究 专题四 要点热点探究 例2地球上空有人造地球同步通讯卫星 它们向地球发射微波 但无论同步卫星数目增到多少个 地球表面上两极附近总有一部分面积不能直接收到它们发射来的微波 设想再发射一颗极地卫星 将这些面积覆盖起来 问这颗极地卫星绕地球运动的周期至少有多大 已知地球半径为R0 地球表面的重力加速度为g 地球自转周期为T 专题四 要点热点探究 点拨 因为同步卫星总是在赤道的上空 其高度也是一定的 由它画一条到地球表面的切线 可见两极周围的区域内就收不到微波通讯 专题四 要点热点探究 专题四 要点热点探究 点评 1 理解好同步卫星 通讯卫星 近地卫星 极地卫星等概念 有助于准确理解题意 根据题意画出示意图有助于迅速找出题目中所隐含的几何关系 2 对于卫星变轨问题要特别注意以下结论的理解和应用 卫星由低空轨道进入高空轨道 需要进行两次点火 向着运动的反方向喷出气体 加速 进入高空轨道后其运行线速度 角速度 动能减小 而轨道半径 引力势能 周期 总机械能增大 卫星由高空轨道进入低空轨道的过程和变轨前后其运行参量变化规律与结论 刚好相反 如下面变式题 专题四 要点热点探究 专题四 要点热点探究 专题四 要点热点探究 探究点三宇宙探测问题 双星和黑洞是宇宙探测问题中出现几率较高的两个话题 所谓 双星 是两颗相距较近 它们之间的万有引力对两者运动都有显著影响 而其他天体的作用力影响可以忽略的特殊天体系统 它们之所以没有被强大的引力吸引到一起而保持距离L不变 是因为它们绕着共同 中心 以相同的角速度做匀速圆周运动 它们之间的万有引力提供它们做圆周运动的向心力 专题四 要点热点探究 专题四 要点热点探究 例3 专题四 要点热点探究 点拨 黑洞是客观存在的一种天体 涉及黑洞问题的分析与其他天体一样 专题四 要点热点探究 专题四 要点热点探究 B 课标新题借鉴 本题考查考生对万有引力定律的理解及其在研究天体运行规律方面的应用 同时对考生估算能力也进行了检测 太阳系的行星做圆周运动的向心力是太阳对行星的万有引力 设木星与地球绕太阳运行的线速度分别为v1和v2 太阳 木星和地球的质量分别为M m木和m地 木星和地球绕太阳运行的轨道半径分别为r木日和r地日 根据圆周运行的规律有 专题四 要点热点探究 专题四 教师备用题 1 我国发射的 神州 五号载入宇宙飞船的周期约为90min 如果把它绕地球的运动看作是匀速圆周运动 则飞船的运动和人造地球同步卫星 轨道平面与地球赤道平面共面 运行周期与地球自转周期相同 的运动相比 下列判断中正确的是 A 飞船的轨道半径大于同步卫星的轨道半径B 飞船运行的向心加速度大于同步卫星运行的向心加速度C 飞船的运行速度小于同步卫星的运行速度D 飞船运行的角速度小于同步卫星运行的角速度 专题四 教师备用题 专题四 教师备用题 2 北京2009年8月19日电 作为我国对月球实施无人探测的第二阶段任务 嫦娥二号 卫星预计在2011年前发射 登月器也将指日登陆月球 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 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 随后登月器沿椭圆登上月球表面的B点 在月球表面逗留一段时间后 经快速起动仍沿原椭圆轨道回到分离点A并立即与航天飞机实现对接 已知月球表面的重力 专题四 教师备用题 加速度为g 开普勒第三定律内容 所有的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 试求 1 登月器与航天飞机一起在圆周轨道上绕月球运行的周期是多少 2 若登月器被弹射后 航天飞机的椭圆轨道长轴为8R 则为保证登月器能顺利返回A点 登月器可以在月球表面逗留的时间是多少 专题四 教师备用题 专题四 教师备用题 专题四 教师备用题 3 如下图 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点做匀速周运动 星球A和B两者中心之间距离为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 引力常数为G 1 求两星球做圆周运动的周期 2 在地月系统中 若忽略其它星球