《万有引力与航天》PPT课件课件

1、万有引力与航天PPT课件第第3讲讲万有引力与航天万有引力与航天万有引力与航天PPT课件(单选单选)太阳系中的太阳系中的8大行星的轨道均可以近似看成圆轨大行星的轨道均可以近似看成圆轨道下列道下列4幅图是用来描述这些行星运动所遵从的某一规律幅图是用来描述这些行星运动所遵从的某一规律的图象图中坐标系的横轴是的图象图中坐标系的横轴是lg(T/T0)，纵轴是，纵轴是lg(R/R0)；这里这里T和和R分别是行星绕太阳运行的周期和相应的圆轨道半分别是行星绕太阳运行的周期和相应的圆轨道半径，径，T0和和R0分别是水星绕太阳运行的周期和相应的圆轨道分别是水星绕太阳运行的周期和相应的圆轨道半径下列半径下列4幅图中

2、正确的是幅图中正确的是 ()开普勒行星运动定律开普勒行星运动定律(考纲要求考纲要求) )【思维驱动】【思维驱动】万有引力与航天PPT课件万有引力与航天PPT课件答案答案B万有引力与航天PPT课件定律定律内容内容公式或图示公式或图示开普勒开普勒第一定律第一定律所有所有_绕太阳绕太阳运动的轨道都是运动的轨道都是_，太阳处在，太阳处在_的一个的一个_上上开普勒开普勒第二定律第二定律从太阳到行星的连从太阳到行星的连线在线在_内内扫过扫过_【知识存盘】【知识存盘】行星行星椭圆椭圆椭圆椭圆焦点焦点相等的时间相等的时间相等的面积相等的面积万有引力与航天PPT课件开普开普勒第勒第三定三定律律所有所有_的轨道的

3、的轨道的_的三次方跟的三次方跟它的它的_的二的二次方的比值都次方的比值都_无关无关行星行星半长轴半长轴公转周期公转周期相等相等万有引力与航天PPT课件A公式只适用于星球之间的引力计算，不适用于质量较小公式只适用于星球之间的引力计算，不适用于质量较小 的物体的物体B当两物体间的距离趋近于当两物体间的距离趋近于0时，万有引力趋近于无穷大时，万有引力趋近于无穷大C两物体间的万有引力也符合牛顿第三定律两物体间的万有引力也符合牛顿第三定律D公式中引力常量公式中引力常量G的值是牛顿规定的的值是牛顿规定的万有引力定律及其应用万有引力定律及其应用(考纲要求考纲要求) )【思维驱动】【思维驱动】万有引力与航天P

4、PT课件答案答案C万有引力与航天PPT课件1内容内容：自然界中任何两个物体都相：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上，引力的大小与物体的质量m1和和m2的乘积的乘积_，与它们之间距，与它们之间距离离r的平方的平方_ 2表达式表达式：F _，G为引为引 力常量：力常量：G6.671011 Nm2/kg2.【知识存盘】【知识存盘】成正比成正比成反比成反比万有引力与航天PPT课件(1)公式适用于公式适用于_间的相互作用当两个物体间的距离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，物体可视为质点远远大于物体本身的大

5、小时，物体可视为质点(2)质量分布均匀的球体可视为质点，质量分布均匀的球体可视为质点，r是是_的距的距离离3适用条件适用条件质点质点两球心间两球心间万有引力与航天PPT课件(单选单选)关于地球的第一宇宙速度，下列表述正确的是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第一宇宙速度跟地球的半径无关解析解析由于对第一宇宙速度与环绕速度两个概念识记不准，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

6、第一宇宙速度是指最大的环绕速度造成误解，其实第一宇宙速度是指最大的环绕速度答案答案B第一宇宙速度第一宇宙速度(考纲要求考纲要求) )【思维驱动】【思维驱动】万有引力与航天PPT课件 v_ km/s.2第一宇宙速度是人造地球卫星在第一宇宙速度是人造地球卫星在_环绕地球做环绕地球做 匀速圆周运动时具有的速度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第一宇宙速度是人造卫星的_速度，也是人造速度，也是人造 地球卫星的地球卫星的_速度速度【知识存盘】【知识存盘】地面附近地面附近最大环绕最大环绕最小发射最小发射7.9 万有引力与航天PPT课件(多选多选)如图如图531所示是牛顿研究抛体所示是牛顿研

7、究抛体运动时绘制的一幅草图，以不同速度抛运动时绘制的一幅草图，以不同速度抛出的物体分别沿出的物体分别沿a、b、c、d轨迹运动，轨迹运动，其中其中a是一段曲线，是一段曲线，b是贴近地球表面的是贴近地球表面的圆，圆，c是椭圆，是椭圆，d是双曲线的一部分已是双曲线的一部分已知引力常量为知引力常量为G、地球质量为、地球质量为M、半径为、半径为R、地球附近的重力加速度为、地球附近的重力加速度为g.以下说法以下说法中正确的是中正确的是 ()第二宇宙速度和第三宇宙速度第二宇宙速度和第三宇宙速度 ( (考纲要求考纲要求) )【思维驱动】【思维驱动】图图531万有引力与航天PPT课件万有引力与航天PPT课件答案

8、答案AB万有引力与航天PPT课件1第二宇宙速度第二宇宙速度( (脱离速度脱离速度) )：v2_ km/s，使物体挣，使物体挣脱脱_引力束缚的最小发射速度引力束缚的最小发射速度2第三宇宙速度第三宇宙速度( (逃逸速度逃逸速度) )：v3 _ km/s，使物体挣，使物体挣脱脱_引力束缚的最小发射速度引力束缚的最小发射速度 特别提醒特别提醒 (1)两种周期两种周期自转周期和公转周期的不同自转周期和公转周期的不同 (2)两种速度两种速度环绕速度与发射速度的不同，最大的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环绕速度等于最小的发射速度 (3)两个半径两个半径天体半径天体半径R和卫星轨道

9、半径和卫星轨道半径r不同不同【知识存盘】【知识存盘】11.2地球地球16.7太阳太阳万有引力与航天PPT课件1卫星的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系卫星的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系 做匀速圆周运动的卫星所受万有引力完全提供所需向做匀速圆周运动的卫星所受万有引力完全提供所需向 心力，即心力，即F引引F向向万有引力与航天PPT课件万有引力与航天PPT课件【典例典例1】 (单选单选)(2012课标全国卷课标全国卷，21)假设地球是一半径为假设地球是一半径为R、质量分布均匀的球体一矿井深度为、质量分布均匀的球体一矿井深度为d.已知质量分布已知质量分布均匀的球壳对壳内物体的引力为零矿井底部

10、和地面处的均匀的球壳对壳内物体的引力为零矿井底部和地面处的重力加速度大小之比为重力加速度大小之比为 ()考点一考点一万有引力定律的应用万有引力定律的应用万有引力与航天PPT课件答案答案A万有引力与航天PPT课件【变式跟踪变式跟踪1】 (多选多选)美国航空航天局发射的美国航空航天局发射的“月球勘测轨道月球勘测轨道器器”LRO，LRO每天在每天在50 km的高度穿越月球两极上空的高度穿越月球两极上空10次若以次若以T表示表示LRO在离月球表面高度在离月球表面高度h处的轨道上做匀处的轨道上做匀速圆周运动的周期，以速圆周运动的周期，以R表示月球的半径，则表示月球的半径，则 ()万有引力与航天PPT课件

11、答案答案BD万有引力与航天PPT课件以题说法以题说法万有引力与航天PPT课件A运行速度大于第一宇宙速度，小于第二宇宙速度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向心加速度与静止在赤道上物体的向心加速度大小相等考点二考点二对宇宙速度的理解及计算对宇宙速度的理解及计算【典例典例2】 (单选单选)我国在西昌卫星发射中心，将巴基斯坦通信卫我国在西昌卫星发射中心，将巴基斯坦通信卫星星1R(Paksat1

12、R)成功送入地球同步轨道，发射任务获得圆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满成功关于成功定点后的“1R”卫星，下列说法正确的是卫星，下列说法正确的是 ()万有引力与航天PPT课件解析解析人造地球卫星人造地球卫星(包括地球同步卫星包括地球同步卫星)的发射速度大于第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，选项宙速度，选项A错误；地球同步卫星在赤道上空相对地面静错误；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，大约是止，并且距地面的高度一定，大约是3.6104 km，选项，选

13、项B正正确；地球同步卫星绕地球运动的周期与地球自转周期相同，确；地球同步卫星绕地球运动的周期与地球自转周期相同，即即T24 h，而月球绕地球运行的周期大约是，而月球绕地球运行的周期大约是27天，选项天，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，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，根据公式角速度也相同，根据公式a2r可知，运行半径大的向心加可知，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，选项物体的向心加速度，选项D错误错误答案答案B万有引力与航天PPT课

14、件【变式跟踪变式跟踪2】 (单选单选)(2013西安名校联考西安名校联考)“静止静止”在赤道上空在赤道上空的地球同步气象卫星把广阔视野内的气象数据发回地面，的地球同步气象卫星把广阔视野内的气象数据发回地面，为天气预报提供准确、全面和及时的气象资料设地球同为天气预报提供准确、全面和及时的气象资料设地球同步卫星的轨道半径是地球半径的步卫星的轨道半径是地球半径的n倍，下列说法中正确的倍，下列说法中正确的是是 ()万有引力与航天PPT课件答案答案C万有引力与航天PPT课件1第一宇宙速度三种不同的说法第一宇宙速度三种不同的说法 (1)最小的发射速度最小的发射速度 (2)最大的环绕速度最大的环绕速度 (3

15、)近地卫星的线速度近地卫星的线速度2第一宇宙速度的计算方法第一宇宙速度的计算方法借题发挥借题发挥万有引力与航天PPT课件3卫星的可能轨道卫星的可能轨道(如图如图532所示所示) 卫星的轨道平面一定过地球的地心卫星的轨道平面一定过地球的地心图图532万有引力与航天PPT课件【典例典例3】 (多选多选)2011年年8月，月，“嫦娥二号嫦娥二号”成功进入了环绕成功进入了环绕“日地拉格朗日点日地拉格朗日点”的的轨道，我国成为世界上第三个造访该轨道，我国成为世界上第三个造访该点的国家如图点的国家如图533所示，该拉所示，该拉格朗日点位于太阳和地球连线的延长格朗日点位于太阳和地球连线的延长线上，一飞行器处

16、于该点，在几乎不线上，一飞行器处于该点，在几乎不消耗燃料的情况下与地球同步绕太阳消耗燃料的情况下与地球同步绕太阳做圆周运动，则此飞行器的做圆周运动，则此飞行器的 ()考点三考点三天体运动中的基本参量的求解及比较天体运动中的基本参量的求解及比较图图533万有引力与航天PPT课件A线速度大于地球的线速度线速度大于地球的线速度B向心加速度大于地球的向心加速度向心加速度大于地球的向心加速度C向心力仅由太阳的引力提供向心力仅由太阳的引力提供D向心力仅由地球的引力提供向心力仅由地球的引力提供解析解析飞行器与地球同步绕太阳做圆周运动，所以飞行器与地球同步绕太阳做圆周运动，所以飞飞 地地，由圆周运动线速度和角

17、速度的关系，由圆周运动线速度和角速度的关系vr得得v飞飞v地地，选，选项项A正确；由公式正确；由公式ar2知，知，a飞飞a地地，选项，选项B正确；飞行器正确；飞行器受到太阳和地球的万有引力，方向均指向圆心，其合力提供受到太阳和地球的万有引力，方向均指向圆心，其合力提供向心力，故向心力，故C、D选项错选项错答案答案AB万有引力与航天PPT课件【变式跟踪变式跟踪3】 (单选单选)2012年年6月月24日，日，“神舟九号神舟九号”飞船与飞船与“天宫一号天宫一号”飞行器飞行器成功手动对接，成功手动对接，“神舟九号神舟九号”与与“天宫天宫一号一号”对接前按如图对接前按如图534所示的轨所示的轨道示意图运

18、行，下列说法中正确的是道示意图运行，下列说法中正确的是 ()图图534A“神舟九号神舟九号”的加速度比的加速度比“天宫一号天宫一号”小小B“神舟九号神舟九号”运行的速率比运行的速率比“天宫一号天宫一号”小小C“神舟九号神舟九号”运行的周期比运行的周期比“天宫一号天宫一号”长长D“神舟九号神舟九号”运行的角速度比运行的角速度比“天宫一号天宫一号”大大万有引力与航天PPT课件答案答案D万有引力与航天PPT课件(1)一一个模型个模型天体天体(包括卫星包括卫星)的运动可简化为质点的匀速圆周运动模型的运动可简化为质点的匀速圆周运动模型(2)两组公式两组公式借题发挥借题发挥1利用万有引力定律解决天体运动的

19、一般思路利用万有引力定律解决天体运动的一般思路万有引力与航天PPT课件向心加速度向心加速度a、线速度、线速度v、角速度、角速度、周期、周期T、轨道半径、轨道半径r之之间的关系：间的关系：(1)定量关系：定量关系：(2)定性关系定性关系：轨道半径：轨道半径r大，向心加速度大，向心加速度a小、线速度小、线速度v小、角速度小、角速度小、周期小、周期T大，即高轨道大，即高轨道a、v、小，小，T大大2描述天体运动的五大物理量之间的关系描述天体运动的五大物理量之间的关系万有引力与航天PPT课件【典例典例4】 (单选单选)(2012福建卷福建卷，16)一卫星绕某一行星表面一卫星绕某一行星表面附近做匀速圆周运

20、动，其线速度大小为附近做匀速圆周运动，其线速度大小为v.假设宇航员在该假设宇航员在该行星表面上用弹簧测力计测量一质量为行星表面上用弹簧测力计测量一质量为m的物体重力，物的物体重力，物体静止时，弹簧测力计的示数为体静止时，弹簧测力计的示数为N.已知引力常量为已知引力常量为G，则，则这颗行星的质量为这颗行星的质量为 ()考点四考点四有关万有引力相关参量的估算问题有关万有引力相关参量的估算问题万有引力与航天PPT课件答案答案B万有引力与航天PPT课件A3.3103 m/s B7.9103 m/s C1.2104 m/s D1.9104 m/s【变式跟踪变式跟踪4】 (单选单选)美国宇航局美国宇航局2

21、011年年12月月5日宣布，他们日宣布，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“开普勒开普勒226”，其直径约为地球的，其直径约为地球的2.4倍至今其确切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当，根据以上信息，估算该行星的第一宇宙速度等于 ()万有引力与航天PPT课件答案答案D万有引力与航天PPT课件借题发挥借题发挥万有引力与航天PPT课件(1)天体质量估算中常有隐含条件，如地球的自转周期为天体质量估算中常有隐含条件，

22、如地球的自转周期为24 h，公转周期为，公转周期为365天等天等(2)注意黄金代换式注意黄金代换式GMgR2的应用的应用2估算天体问题应注意三点估算天体问题应注意三点万有引力与航天PPT课件 疑难突破疑难突破3卫星的运行问题卫星的运行问题万有引力与航天PPT课件万有引力与航天PPT课件(多选多选)航天飞机在完成对哈勃空间望远镜航天飞机在完成对哈勃空间望远镜的维修任务后，在的维修任务后，在A点从圆形轨道点从圆形轨道进入进入椭圆轨道椭圆轨道，B为轨道为轨道上的与地球相切上的与地球相切的一点，如图的一点，如图535所示关于航天飞所示关于航天飞机的运动，下列说法中正确的有机的运动，下列说法中正确的有(

23、)图图535典例典例1A在轨道在轨道上经过上经过A的速度小于经过的速度小于经过B的速度的速度B在轨道在轨道上经过上经过A的动能小于在轨道的动能小于在轨道上经过上经过A的动能的动能C在轨道在轨道上运动的周期小于在轨道上运动的周期小于在轨道上运动的周期上运动的周期D在轨道在轨道上经过上经过A的加速度小于在轨道的加速度小于在轨道上经过上经过A的加的加 速度速度万有引力与航天PPT课件答案答案ABC万有引力与航天PPT课件难点难点2近地卫星、赤道上物体及同步卫星的运行问题近地卫星、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近地卫星、同步卫星和赤道上随地球自转的物体三

24、种 匀速圆周运动的异同：匀速圆周运动的异同：1轨道半径：轨道半径：r同同r近近r物物2运行周期：运行周期：T同同T物物T近近3向心加速度：向心加速度：a近近a同同a物物万有引力与航天PPT课件(多选多选)(2013泰州模拟泰州模拟)如图如图536所示，所示，a为地球赤道上为地球赤道上的物体，的物体，b为沿地球表面附近做匀速圆周运动的人造卫星，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为地球同步卫星关于a、b、c做匀速圆周运动的说法中做匀速圆周运动的说法中正确的是正确的是 ()图图536典例典例2万有引力与航天PPT课件A地球对地球对b、c两星的万有引力提供了向心力，因此只有

25、两星的万有引力提供了向心力，因此只有 a受重力，受重力，b、c两星不受重力两星不受重力B周期关系为周期关系为TaTcTbC线速度的大小关系为线速度的大小关系为vavcabac万有引力与航天PPT课件答案答案BC万有引力与航天PPT课件难点难点3双星模型双星模型双星系统的特点双星系统的特点1两星都绕它们连线上的一点做匀速圆周运动，故两星都绕它们连线上的一点做匀速圆周运动，故1 2，T1T23r1r2L 如右栏典例如右栏典例3.万有引力与航天PPT课件(单选单选)(2012重庆卷重庆卷，18)冥王星与其附近的另一星体卡戎可冥王星与其附近的另一星体卡戎可视为双星系统，质量比约为视为双星系统，质量比约

26、为7 1，同时绕它们连线上某点，同时绕它们连线上某点O做匀速圆周运动由此可知，冥王星绕做匀速圆周运动由此可知，冥王星绕O点运动的点运动的 ()典例典例3万有引力与航天PPT课件答案答案A万有引力与航天PPT课件一、天体运动中基本参量的求解及比较一、天体运动中基本参量的求解及比较1(单选单选)(2012南京调研南京调研)据报道，据报道，“嫦娥一号嫦娥一号”和和“嫦娥二号嫦娥二号”绕绕月飞行器的圆形轨道距月球表面分别约为月飞行器的圆形轨道距月球表面分别约为200 km和和100 km，运动速率分别为运动速率分别为v1和和v2，那么，那么v1和和v2的比值为的比值为(月球半径取月球半径取1 700

27、km) ()万有引力与航天PPT课件答案答案A万有引力与航天PPT课件A“天宫一号天宫一号”比比“神舟八号神舟八号”速度大速度大B“天宫一号天宫一号”比比“神舟八号神舟八号”周期长周期长C“天宫一号天宫一号”比比“神舟八号神舟八号”角速度大角速度大D“天宫一号天宫一号”比比“神舟八号神舟八号”加速度大加速度大2(单选单选)(2012安徽卷安徽卷，14)我国发射的我国发射的“天宫一号天宫一号”和和“神舟八神舟八号号”在对接前，在对接前，“天宫一号天宫一号”的运行轨道高度为的运行轨道高度为350 km，“神神舟八号舟八号”的运行轨道高度为的运行轨道高度为343 km.它们的运行轨道均视为它们的运行

28、轨道均视为圆周，则圆周，则 ()万有引力与航天PPT课件答案答案B万有引力与航天PPT课件3(多选多选)(2012广东卷广东卷，21)如图如图537所示，飞船从轨道所示，飞船从轨道1变轨至轨道变轨至轨道2.若飞船在两轨道上都做匀速圆周运若飞船在两轨道上都做匀速圆周运动，不考虑质量变化，相对于在轨动，不考虑质量变化，相对于在轨道道1上，飞船在轨道上，飞船在轨道2上的上的 () A动能大动能大B向心加速度大向心加速度大 C运行周期长运行周期长 D角速度小角速度小图图537万有引力与航天PPT课件答案答案CD万有引力与航天PPT课件二、对宇宙速度的理解二、对宇宙速度的理解4(多选多选)2011年中俄

29、联合实施探测火星计划，由中国负责研年中俄联合实施探测火星计划，由中国负责研制的制的“萤火一号萤火一号”火星探测器将与俄罗斯研制的火星探测器将与俄罗斯研制的“福布斯福布斯土壤土壤”火星探测器一起由俄罗斯火星探测器一起由俄罗斯“天顶天顶”运载火箭发射前往运载火箭发射前往火星已知火星的质量约为地球质量的火星已知火星的质量约为地球质量的1/9，火星的半径约，火星的半径约为地球半径的为地球半径的1/2.下列关于火星探测器的说法中正确的是下列关于火星探测器的说法中正确的是 () A发射速度只要大于第一宇宙速度即可发射速度只要大于第一宇宙速度即可 B发射速度只有达到第三宇宙速度才可以发射速度只有达到第三宇宙速度