《高考风向标》年高考物理一轮复习 专题四 第4讲 万有引力定律及其应用课件

第4讲万有引力定律及其应用考点1万有引力定律及应用1．万有引力定律(1)万有引力定律的内容和公式质量的乘积

①内容：自然界中任何两个物体都是互相吸引的，引力的大小跟这两个物体的___________成正比，跟它们的__________成反比．距离的平方引力常量，由英国物理学家________利用扭秤装置第一次测得． (2)适用条件：公式适用于_____间的相互作用．均匀的球体也可视为质量集中于球心的质点，r是两球心间的距离．2．应用万有引力定律分析天体的运动卡文迪许质点

(1)总体思路：天体运动的轨迹近似为圆轨道，向心力来源于万有引力，线速度v、角速度ω、周期T、加速度a都决定于轨道半径r，参量之间相互制约．6.67×10－11N·m2/kg2mω2RgR2

(2)建立方程解决问题的方法：运动学参量给出物体需要的向心力都应与万有引力建立方程，进行讨论．(3)天体质量M、密度ρ的估算小小大大

(4)通讯卫星：即地球同步通讯卫星，与地球自转周期_____，角速度相同；与地球赤道同平面，在赤道的_____方，高度一定，绕地球做匀速圆周运动；线速度、向心加速度大小相同．三颗同步卫星就能覆盖地球．相同正上

(5)“双星”问题：两颗星球运行的角速度、周期相等；轨道半径不等于引力距离(重要)．)D1．(单选)下列哪一组数据不能够估算出地球的质量(A．月球绕地球运行的周期与月地之间的距离B．地球表面的重力加速度与地球的半径C．绕地球运行卫星的周期与线速度D．地球表面卫星的周期与地球的密度

2．(单选)(2011年肇庆检测)“嫦娥二号”卫星于2010年10月1日18时59分57秒在西昌卫星发射中心发射升空，“嫦娥二号”卫星在距月球表面约100km高度的轨道上绕月运行，较“嫦娥一号”距月表200km的轨道要低，若把这两颗卫星的运行都看成是绕月球做匀速圆周运动，下列说法正确的是()BA．“嫦娥二号”的线速度较小B．“嫦娥二号”的周期较小C．“嫦娥二号”的角速度较小D．“嫦娥二号”的向心加速度较小3．(单选)(2011年广州一模)某一时刻，所有的地球同步卫星()DA．向心力相同C．向心加速度相同B．线速度相同D．离地心的距离相同

解析：所有的地球同步卫星离地心的高度都相同；注意线速度、向心加速度是矢量．选项D正确．

4．在天体运动中，将两颗彼此距离较近的恒星称为双星．它们围绕两球连线上的某一点做圆周运动．由于两星间的引力而使它们在运动中距离保持不变．已知两星质量分别为M1

和M2，相距L，求它们的角速度．

解：如图22，设M1的轨道半径为r1，M2

的轨道半径为r2，由于两星绕O点做匀速圆周运动的角速度相同，都设为ω，根据万有引力定律有：图22考点2卫星变轨问题和三种宇宙速度

1．卫星变轨问题 (1)解卫星变轨问题，可根据其向心力的供求平衡关系进行分析求解． ①若F供＝F求，供求平衡——物体做匀速圆周运动．②若F供＜F求，供不应求———物体做离离心运动．③若F供＞F求，供过于求———物体做向向心运动．卫星要达到由由圆轨道变成成椭圆轨道或或由椭圆轨道道变成圆轨道的目的，可可以通过加速速(离心)或或减速(向心心)实现．(2)行星(卫星)的运运动轨道为椭椭圆时，恒星星(或行星)位于该椭或运动时间进进行定性分析析．(3)速率比比较：同一点点上，外轨道道速率大；同同一轨道上，，离焦点越近速率率越大．(4)卫星在在变轨过程中中，机械能并并不守恒．轨轨道半径越大大，运动的速度越越小，但发射射时所需要的的能量却越多多，即发射速速度要越大．(5)在处理理变轨问题时时，一定要分分清圆轨道与与椭圆轨道，，弄清楚轨道切点点上速度的关关系，再根据据机械能的变变化分析卫星星的运动情况．2．三种宇宙宙速度(1)第一宇宇宙速度(环环绕速度)：：v＝7.9km/s，是是人造卫星近近地环绕速度．它它是人造卫星星在地面附近近环绕地球做做匀速圆周运运动所必须具有的的速度，是人人造地球卫星星的最小发射射速度，该速速度又是环绕地球球做匀速圆周周运动的卫星星中的最大运运行速度．第第一宇宙速度的求求解方法如下下：(2)第二宇宇宙速度(脱脱离速度)：：v＝11.2km/s，，在地面上发发射物体，使之能能够脱离地球球的引力作用用，成为绕太太阳运行的人人造行星或飞到其其他行星上去去所必需的最最小发射速度度，称为第二二宇宙速度．(3)第三宇宇宙速度(逃逃逸速度)：：v＝16.7km/s，，在地面上发发射物体，使之最最后能脱离太太阳的引力范范围，飞到太太阳系以外的的宇宙空间所必需需的最小速度度，称为第三三宇宙速度．．5．(双选)2008年9月25日至28日我国国成功实施了了“神舟”七号载人航天天飞行并实现现了航天员首首次出舱．飞飞船先沿椭圆圆轨道飞行，后在在远地点343千米米处点火加速速，由椭圆轨轨道变成高度为343千米的圆圆轨道，在此此圆轨道上飞飞船运行周期期约为90分钟．如图4－4－－1所示示，下列判判断正确的的是()图4－4－1A．飞船变变轨前后的的机械能相相等B．飞船在在圆轨道上上时航天员员出舱前后后都处于失失重状态C．飞船在在此圆轨道道上运动的的角度速度度大于同步步卫星运动动的角速度D．飞船变变轨前通过过椭圆轨道道远地点时时的加速度度大于变轨轨后沿圆轨道运运动的加速速度在此圆轨道道上运动的的角速度大大于同步卫卫星运动的的角速度，，C正确；飞船变变轨前通过过椭圆轨道道远地点时时只有万有有引力提供向心力，变轨后后沿圆轨道道运动也是是只有万有有引力提供供向心力，，所以加速度相等等，D不正确．解析：飞船点火变变轨，前后后的机械能能不守恒，，所以A不正确；飞船在在圆轨道上上时的万有有引力提供供向心力，，航天员出出舱前后都处于失失重状态，，B正确；飞船船在此圆轨轨道上运动动的周期90答案：BC6．(双选)(2011年增城调研研)关于卫星的的说法中正正确的是()A．绕地球球做匀速圆圆周运动的的卫星的运运行速度可可能达到10km/sB．同步卫卫星运行经经过广州正正上空CD7．(单选)地球同步卫星离离地心的距距离为r，运动速度度为v1，加速度为a1；地球赤道道上的物体体随地球自自转的向心心加速度为为a2，第一宇宙速速度为v2，地球半径径为R，则下列关关系正确的的是()A热点人造卫星和和天体运动动问题【例1】(单选)(2010年重庆卷)月球与地球球质量之比比约为1∶80，有研研究者认为为月球和地地球可视为为一个由两两质点构成的双双星系统，它们们都围绕月月地连线上上某点O做匀速圆周周运动．据据此观点，可知月月球与地球球绕O点运动的线线速度大小小之比约为为()CA．1∶6400C．80∶∶1B．1∶80D．6400∶11．(双选)(2010年深圳一模模)某卫星在月月球上空绕绕月球做匀匀速圆圆周运运动动，，若若已已知知该该卫卫星星绕绕月月球球的的周周期期和和轨轨道道半半径径，，则则由由已已知物物理理量量可可以以求求出出()ADA．．月月球球的的质质量量C．．月月球球对对卫卫星星的的引引力B．．月月球球的的密密度度D．．卫卫星星的的向向心心加加速速度2．．(单选选)(2010年全全国国卷卷ⅡⅡ)已知知地地球球同同步步卫卫星星离离地地面面的的高高度约约为为地地球球半半径径的的6倍倍．．若若某某行行星星的的平平均均密密度度为为地地球球平平均均密密度度的一一半半，，它它的的同同步步卫卫星星距距其其表表面面的的高高度度是是其其半半径径的的2.5倍倍，，则则该该行星星的的自自转转周周期期约约为为()BA．．6小小时时B．．12小小时时C．．24小小时时D．．36小小时时易错错点点：：人人造造卫卫星星变变轨轨问问题题【例例1】】一颗颗正正在在绕绕地地球球转转动动的的人人造造卫卫星星，，由由于受受到到阻阻力力作作用则则将将会会出出现现()BA．．速速度度变变小小C．．角角速速度度变变小小B．．动动能能增增大大D．．半半径径变变大大1．．(单选选)(广东东四四校校2011届高三三联考考)如图4－－4－－2所所示示，a、b、c是在地地球大大气层层外圆圆形轨轨道上上运动动的3颗颗卫卫星，，下列列说法法正确的