高考物理二轮复习方案 专题4 万有引力与天体运动课件 新课标

1、专题四 万有引力与天体运动专题四万有引力与天体运动主干知识整合专题四 主干知识整合 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的乘积成正比，与它们之间距离r的二次方成反比公式其中引力常量G6.671011Nm2/ kg2适用条件适用于质点或均匀球体之间，其中r为质点间、球心间或质点与球心间的距离一、万有引力定律专题四 主干知识整合 二、天体运动问题的处理方法1在处理天体的运动问题时，通常把天体的运动简化为：中心天体是不动的，环绕天体以中心天体的球心为圆心做匀速圆周运动；环绕天体只受到中心天体的万有引力作用，这个引力提供环绕天体做匀速圆周运动的

2、向心力2人造卫星的加速度、线速度、角速度、周期与轨道半径的关系专题四 主干知识整合 专题四 主干知识整合 卫星运行轨道半径r与该轨道上的线速度v、角速度、周期T、向心加速度a存在着一一对应的关系，若r、v、T、a中有一个确定，则其余皆确定，与卫星的质量无关，例如所有地球轨道同步卫星的r、v、T、a大小均相等3求解天体问题的一般思路(1)环绕天体绕中心天体做匀速圆周运动，所需要的向心力由万有引力提供，即专题四 主干知识整合 (2)物体在地球表面附近受到的重力近似等于万有引力，(R为地球半径)在地球质量未知的情况下，可应用GMgR2转换三、宇宙速度1第一宇宙速度(环绕速度)：是发射地球卫星的最小速

3、度，也是卫星围绕地球做圆周运动的最大运行速度，大小为7.9 km/s.2第二宇宙速度(逃逸速度)：是人造卫星挣脱地球束缚而成为一颗太阳的人造小行星的最小发射速度，大小为11.2 km/s.专题四 主干知识整合 3第三宇宙速度(脱离速度)：是人造卫星挣脱太阳的束缚而成为一颗绕银河系中心运行的小恒星的最小发射速度，大小为16.7 km/s.注意：1.三个宇宙速度的大小都是以地球中心为参考系的2以上数据是地球上的宇宙速度，其他星球上都有各自的宇宙速度，计算方法与地球相同3人造卫星的理论发射速度在7.9 km/s到11.2 km/s之间要点热点探究专题四 要点热点探究探究点一天体质量和密度的估算问题专

4、题四 要点热点探究若测得中心天体的近表卫星周期T，此时rR，则中心天体的平均密度为可见只需要测得中心天体近表卫星的周期，就可以得到中心天体的密度2已知星球表面的重力加速度g，求星球质量在星球表面附近，重力近似等于万有引力，即mg(多用代换)，可求得星球质量M，或星球表面的重力加速度g专题四 要点热点探究例12011福建卷 “嫦娥二号”是我国月球探测第二期工程的先导星若测得“嫦娥二号”在月球(可视为密度均匀的球体)表面附近圆形轨道运行的周期T，已知引力常量为G，半径为R的球体体积公式则可估算月球的()A密度 B质量C半径 D自转周期专题四 要点热点探究专题四 要点热点探究2011北京卷一物体静置

5、在平均密度为的球形天体表面的赤道上已知引力常量为G，若由于天体自转使物体对天体表面压力恰好为零，则天体自转周期为()变式题专题四 要点热点探究例1 变式题D【解析】 物体对天体表面压力恰好为零，则物体随天体自转需要的向心力恰好由物体受到的万有引力提供：专题四 要点热点探究探究点二航天器的动力学分析与变轨问题提供天体做圆周运动的向心力是该天体受到的万有引力F供天体做圆周运动需要的向心力是F需m当F供F需时，天体在圆轨道上做匀速圆周运动；当F供F需时，万有引力充当向心力过余，天体做向心运动；当F供F需时，万有引力充当向心力不足，天体做离心运动专题四 要点热点探究运行半径较大的人造卫星的一般发射过程

6、如图141所示，先将卫星发射到离地面较近的圆轨道上，运行稳定后再启动火箭(或发动机)短暂加速(位置B)，由于速度变大，万有引力充当向心力不足，卫星将沿椭圆轨道做离心运动，当卫星将沿椭圆轨道运动到椭圆轨道的远地点A时，再次启动火箭短暂加速，卫星再次变轨绕圆轨道做匀速圆周运动专题四 要点热点探究专题四 要点热点探究例2 2011全国卷我国“嫦娥一号”探月卫星发射后，先在“24小时轨道”上绕地球运行(即绕地球一圈需要24小时)；然后，经过两次变轨依次到达“48小时轨道”和“72小时轨道”；最后奔向月球如果按圆形轨道计算，并忽略卫星质量的变化，则在每次变轨完成后与变轨前相比()A卫星动能增大，引力势能

7、减小B卫星动能增大，引力势能增大C卫星动能减小，引力势能减小D卫星动能减小，引力势能增大专题四 要点热点探究专题四 要点热点探究专题四 要点热点探究2010年10月1日18时59分57秒，搭载着“嫦娥二号”卫星的长征三号丙运载火箭在西昌卫星发射中心点火发射，卫星由地面发射后，进入地月转移轨道，经多次变轨最终进入距离月球表面100公里，周期为118分钟的工作轨道，开始对月球进行探测，如图142所示已知万有引力常量为G，则()A卫星在轨道上的运动速度比月球的第一宇宙速度小B卫星在轨道上经过P点的速度比在轨道上经过P点时大C由已知条件可求月球的密度D卫星在轨道上的机械能比在轨道上大变式题专题四 要点

8、热点探究专题四 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同步卫星、近地卫星与极地卫星问题1地球轨道同步卫星(1)同步卫星位于赤道正上方，轨道平面与赤道平面共面；(2)同步卫星的轨道半径一定，距离地球表面的高度一定，约36000 km；(3)同步卫星的运行周期和地球的自转周期相同，T24 h，且转动方向相同；(4)所有地球轨道同步卫星的半径、线速度大小、角速度大小及周期都相同专题四 要点热点探究2近地卫星：当人造地球卫星在近地轨道上运行时，轨道半径近似等于地球的半径R，近地卫星的运行速度即地球的第一宇宙速度(1)设地球的质量为M，卫星的质量为m，当人造地球卫星在近地轨道上运行

9、时，轨道半径近似等于地球的半径R，万有引力提供近地卫星做圆周运动的向心力，专题四 要点热点探究(2)卫星刚好绕地球表面运动，重力近似等于万有引力，mg 7.9 km/s.3极地轨道卫星：绕地球做圆周运动的卫星在运行过程中通过两极正上方由于地球自转，极地卫星并不是沿同一经度线的上方运行专题四 要点热点探究例3 2011广东卷已知地球质量为M，半径为R，自转周期为T，地球同步卫星质量为m，引力常量为G.有关同步卫星，下列表述正确的是()A卫星距地面的高度为B卫星的运行速度小于第一宇宙速度C卫星运行时受到的向心力大小为D卫星运行的向心加速度小于地球表面的重力加速度专题四 要点热点探究专题四 要点热点

10、探究专题四 要点热点探究【点评】 解答地球轨道同步卫星问题时，应关注同步卫星的轨道总在地球赤道正上方、运行周期与地球自转周期相同且转动方向相同、轨道半径相同等要点下面的变式题综合考查地球自转、近地卫星和地球轨道同步卫星的运动问题专题四 要点热点探究西昌卫星发射中心的火箭发射架上有一待发射的卫星，它随地球自转的线速度为v1，加速度为a1；发射升空后在近地轨道上做匀速圆周运动，线速度为v2，加速度为a2；实施变轨后，使其在同步卫星轨道上做匀速圆周运动，运动的线速度为v3，加速度为a3.v1、v2、v3的大小关系是_；a1、a2、a3的大小关系是_变式题专题四 要点热点探究专题四 要点热点探究探究点

11、四双星与多星问题1“双星”与“多星”系统“双星”是两颗星相距较近，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一定的距离不变，是因为它们绕着连线上的共同“中心”以相同的周期做匀速圆周运动，它们之间的万有引力提供它们做圆周运动的向心力解答“双星”问题要抓住两个要点，即双星的运动周期相等，向心力大小相等专题四 要点热点探究另有“三星”、“四星”、“多星”系统，其共同点是同一系统中各天体间的距离不变，各星受到的向心力不一定相等，但其运动周期一定相同2“黑洞”近代引力理论预言的一种引力极强的特殊天体“黑洞”，能将任何物

12、体吸引进来，包括光线在内的任何物体却不能脱离它由于黑洞中的光无法逃逸，所以我们无法直接观测“黑洞”专题四 要点热点探究专题四 要点热点探究例4 2010全国卷如图143所示，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点做匀速圆周运动，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，引力常量为G.(1)求两星球做圆周运动的周期(2)在地月系统中，若忽略其他星球的影响，可以将月球和地球看成上述星球A和B，月球绕其轨道中心运行的周期记为T1.但在近似处理问题时，常常认为月球是绕地心做圆周运动的，这样算得的运行周期记为T2.已知地球和月球的质量分别为5

13、.981024 kg 和 7.35 1022 kg.求T2与T1两者平方之比(结果保留3位小数)专题四 要点热点探究专题四 要点热点探究例4(1)(2)1.012【解析】 (1)A和B绕O做匀速圆周运动，且A和B和O始终共线，它们之间的万有引力提供向心力，属“双星”模型，“双星”A和B的向心力大小相等，角速度相同由m2rM2R，其中rRL，解得专题四 要点热点探究对A，根据牛顿第二定律和万有引力定律得联立解得(2)将地月系统看成双星系统，由(1)得将月球看作绕地心做圆周运动，根据牛顿第二定律和万有引力定律得专题四 要点热点探究解得所以两种周期的平方比值为专题四 要点热点探究【高考命题者说】 本

14、题以双星系统的运动为载体，考查考生运用万有引力定律和匀速圆周运动的规律分析解决问题的能力第一问比较常规，考生直接运用万有引力定律和匀速圆周运动的规律即能求解第二问将地球和月球视为双星系统，设问方式新颖，探讨在一般情形下将月球视作绕地心做圆周运动的合理性，具有一定的探究性试题要求比较两种情形下月球运动的周期，对考生分析问题、理解问题的能力有较高的要求专题四 要点热点探究本题抽样统计难度为0.312，对物理得分在20分以上的考生区分较好.24%的考生得零分，9.1%的考生得1分，10.3%的考生得2分，9.6%的考生得16分，4.8%的考生得满分(引自教育部考试中心2011高考理科试题分析第355

15、页)专题四 要点热点探究宇宙中存在一些质量相等的且离其他恒星较远的四颗星组成的四星系统，通常可忽略其他星体对它们的引力作用设四星系统中每个星体质量均为m，半径均为R，四颗星稳定分布在边长为a的正方形的四个顶点上已知引力常数为G，关于“四星”系统，下列说法正确的是()A四颗星围绕正方形对角线的交点做匀速圆周运动B四颗星的线速度均为C四颗星表面的重力加速度均为变式题D四颗星的周期均为专题四 要点热点探究专题四 教师备用习题教师备用习题专题四 教师备用习题专题四 教师备用习题专题四 教师备用习题专题四 教师备用习题9、静夜四无邻，荒居旧业贫。2022/10/162022/10/16Sunday, O

16、ctober 16, 202210、雨中黄叶树，灯下白头人。2022/10/162022/10/162022/10/1610/16/2022 1:58:21 AM11、以我独沈久，愧君相见频。2022/10/162022/10/162022/10/16Oct-2216-Oct-2212、故人江海别，几度隔山川。2022/10/162022/10/162022/10/16Sunday, October 16, 202213、乍见翻疑梦，相悲各问年。2022/10/162022/10/162022/10/162022/10/1610/16/202214、他乡生白发，旧国见青山。16 十月 2022

17、2022/10/162022/10/162022/10/1615、比不了得就不比，得不到的就不要。十月 222022/10/162022/10/162022/10/1610/16/202216、行动出成果，工作出财富。2022/10/162022/10/1616 October 202217、做前，能够环视四周；做时，你只能或者最好沿着以脚为起点的射线向前。2022/10/162022/10/162022/10/162022/10/169、没有失败，只有暂时停止成功！。2022/10/162022/10/16Sunday, October 16, 202210、很多事情努力了未必有结果，但是不

18、努力却什么改变也没有。2022/10/162022/10/162022/10/1610/16/2022 1:58:21 AM11、成功就是日复一日那一点点小小努力的积累。2022/10/162022/10/162022/10/16Oct-2216-Oct-2212、世间成事，不求其绝对圆满，留一份不足，可得无限完美。2022/10/162022/10/162022/10/16Sunday, October 16, 202213、不知香积寺，数里入云峰。2022/10/162022/10/162022/10/162022/10/1610/16/202214、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样

19、任意揉捏。16 十月 20222022/10/162022/10/162022/10/1615、楚塞三湘接，荆门九派通。十月 222022/10/162022/10/162022/10/1610/16/202216、少年十五二十时，步行夺得胡马骑。2022/10/162022/10/1616 October 202217、空山新雨后，天气晚来秋。2022/10/162022/10/162022/10/162022/10/169、杨柳散和风，青山澹吾虑。2022/10/162022/10/16Sunday, October 16, 202210、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。2022/10/162022/10/162022/10/1610/16/2022 1:58:21 AM11