2019版高考物理大一轮复习专题四曲线运动万有引力定律第4讲万有引力定律及其应用课件.ppt

1、第4讲,万有引力定律及其应用,一、开普勒运动定律,焦点,面积,半长轴,公转周期,(3)开普勒第三定律 中，k值只与中心天体的质量有,需要注意：,(1)行星绕太阳的运动通常按圆轨道处理,(2)开普勒行星运动定律也适用于其他天体，例如月球、卫,星绕地球的运动,关，不同的中心天体 k 值不同,【基础检测】 1北斗卫星导航系统(BDS)是中国自行研制的全球卫星导 航系统，该系统由 35 颗卫星组成，卫星的轨道有三种：地球同 步轨道、中地球轨道和倾斜轨道 其中，同步轨道半径大约是 中轨道半径的 1.5 倍，那么同步卫星与中轨道卫星的周期之比,约为(,),二、万有引力定律,乘积,二次方,1内容：自然界中任

2、何两个物体都相互吸引，引力的方向 在它们的连线上，引力的大小跟物体的质量 m1 和 m2 的_ 成正比，与它们之间距离 r 的_成反比 2公式：F_，其中 G6.671011 Nm2/kg2，,叫引力常量,两球心间的距离,3特殊情况,质点到球心间的距离,(1)两个质量分布均匀的球体间的相互作用，也可用本定律 来计算，其中 r 为_ (2)一个质量分布均匀的球体和球外一个质点间的万有引 力也适用，其中 r 为_,【基础检测】,，以下说法中正确的是,(,2关于万有引力公式 FG ),A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 B当两物体间的距离趋近于 0 时，万有引力趋近于无穷 大

3、 C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 G 的值是牛顿规定的,三、三种宇宙速度 1(1)第一宇宙速度(环绕速度)：v1_km/s，v1 是 人造地球卫星的最小_速度，也是人造地球卫星绕地球,做圆周运动的_速度 (2)第一宇宙速度的计算方法,发射,7.9,最大,2第二宇宙速度(脱离速度)：v2_km/s，是使 物体挣脱_引力束缚的最小发射速度 3第三宇宙速度(逃逸速度)：v3_km/s，是使 物体挣脱_引力束缚的最小发射速度,11.2,地球,16.7,太阳,考点 1,万有引力定律及其应用,重点归纳 1地球表面的重力与万有引力 地球上的物体所受地球的吸引力产生两个效果，其中一个

4、 分力提供了物体绕地轴做圆周运动的向心力，另一个分力等于 重力,【考题题组】 1(2016 年山西质检)据报道，目前我国正在研制“萤火二 号”火星探测器探测器升空后，先在地球表面附近以线速度 v 环绕地球飞行，再调整速度进入地火转移轨道，最后以线速 度 v在火星表面附近环绕火星飞行若认为地球和火星都是 质量分布均匀的球体，已知火星与地球的半径之比为 12，密 度之比为 57.设火星与地球表面的重力加速度分别为 g和 g.,),下列结论正确的是(,答案：C,2(多选)如图 4-4-1 所示，两质量相等的卫星 A、B 绕地球 做匀速圆周运动，用 R、T、Ek、S 分别表示卫星的轨道半径、 周期、动

5、能、与地心连线在单位时间内扫过的面积下列关系,式正确的有(,),图 4-4-1,运动的向心力,考点 2,天体质量及密度的计算,重点归纳 1利用行星(或卫星)绕中心天体做匀速圆周运动求中心天 体的质量 计算天体的质量和密度问题的关键是明确中心天体对它的 卫星(或行星)的引力就是卫星(或行星)绕中心天体做匀速圆周,【考题题组】 3过去几千年来，人类对行星的认识与研究仅限于太阳 系内，行星“51 peg b”的发现拉开了研究太阳系外行星的序幕 “51 peg b”绕其中心恒星做匀速圆周运动，周期约为 4 天，轨道,1 20,.该中心恒星与太阳的质量,半径约为地球绕太阳运动半径的 比约为(),A,1

6、10,B1,C5,D10,考点 3,卫星运行参量的分析与比较,重点归纳,1环绕同一天体的不同轨道高度的卫星运行参量比较,2.人造卫星的运动学特征,(续表),3.同步卫星的六个“一定”,【考题题组】 4(2016年浙江十二校联考)“北斗系统”的卫星由若干周 期为 24 h 的地球静止轨道卫星(如图 4-4-2 中丙)、倾斜地球同步 轨道卫星(如图中乙)和中圆地球轨道卫星(如图中丁)三种轨道 卫星组成，设定它们都绕地心做匀速圆周运动甲是地球赤道,),上的一个物体(图中未画出)下列说法中正确的是( 图 4-4-2,答案：B,5(2016年四川卷)国务院批复，自 2016 年起将 4 月 24 日 设

7、立为“中国航天日”.1970 年 4 月 24 日我国首次成功发射的 人造卫星东方红一号，目前仍然在椭圆轨道上运行，如图 4-4-3 所示，其轨道近地点高度约为 440 km，远地点高度约为 2060 km；1984 年 4 月 8 日成功发射的东方红二号卫星运行在赤道上 空 35 786 km 的地球同步轨道上设东方红一号在远地点的加 速度为 a1，东方红二号的加速度为 a2，固定在地球赤道上的物,体随地球自转的加速度为 a3，则 a1、a2、a3 的大小关系为(,),Aa2a1a3 Ba3a2a1 Ca3a1a2,Da1a2a3,图 4-4-3,考点 3,卫星的在轨运行和变轨问题,重点归纳

8、 1卫星发射及变轨过程概述 人造卫星的发射过程要经过多次变轨方可到达预定轨道， 如图 4-4-4 所示 图 4-4-4,(1)为了节省能量，在赤道上顺着地球自转方向发射卫星到,圆轨道上,(2)在 A 点点火加速，由于速度变大，万有引力不足以提供,向心力，卫星做离心运动进入椭圆轨道.,(3)在 B 点(远地点)再次点火加速进入圆形轨道.,3卫星变轨的实质,【考题题组】 6(多选，2017年山西四校联考)如图 4-4-5所示为“嫦娥 三号”登月轨迹示意图图中 M 点为环地球运行的近地点，N 点为环月球运行的近月点a 为环月球运行的圆轨道，b 为环月,),球运行的椭圆轨道，下列说法中正确的是( 图

9、4-4-5,A “嫦娥三号”在环地球轨道上的运行速度大于 11.2,km/s,B“嫦娥三号”在 M 点进入地月转移轨道时应点火加速 C设“嫦娥三号”在圆轨道 a 上经过 N 点时的加速度为 a1，在椭圆轨道 b 上经过 N 点时的加速度为 a2，则 a1a2 D“嫦娥三号”在圆轨道 a 上的机械能小于在椭圆轨道 b,上的机械能,考点 5,天体的追及相遇问题,重点归纳,1根据,，可判断出谁的角速度大,2从两星相距最近开始，两星追上或相距最近时，两星运 行的角度之差等于 2的整数倍；相距最远时，两星运行的角度 之差等于的奇数倍卫星与地面上物体追及(卫星在地面上物 体的正上方)时，要根据地面上物体与

10、同步卫星角速度相同的特 点进行判断,方法思路：,1轨道在同一平面内的两颗卫星之间的距离有最近和最远 之分，但它们都处在同一条直线上由于它们的轨道不是重合 的，因此在最近和最远的相遇问题上不能通过位移或弧长相等 来处理，而是通过卫星运动的圆心角来衡量，若它们初始位置 在同一直线上，实际上内轨道上卫星所转过的圆心角与外轨道 上卫星所转过的圆心角之差为的整数倍时就是出现最近或最 远的时刻,2轨道不在同一平面内的两颗卫星也可以发生碰撞，但轨,道高度要相同,【考题题组】 7设地球的自转角速度为0，地球半径为 R，地球表面重 力加速度为 g，某人造卫星在赤道上空做匀速圆周运动，轨道 半径为 r，且 r5R

11、，飞行方向与地球的自转方向相同在某时 刻，该人造卫星通过赤道上某建筑物的正上方，则到它下一次,通过该建筑物正上方所需要的时间为(,),答案：D,8如图 4-4-6 所示，有 A、B 两颗行星绕同一颗恒星 M 做 圆周运动，旋转方向相同，A 行星的周期为 T1，B 行星的周期 为 T2，在某一时刻两行星相距最近，则： (1)经过多长时间，两行星再次相距最近？ (2)经过多长时间，两行星第一次相距最远？,图 4-4-6,模型,双星、三星模型,1双星模型,在天体模型中，将两颗彼此距离较近的恒星称为双星，如,图 4-4-7 所示,(1)两星做匀速圆周运动的向心力大小相等，都等于两者之,间的万有引力,(

12、2)双星具有相同的角速度和周期,(3)双星圆周运动的半径之和等于双星间距,图 4-4-7,2三星模型,例 1：(多选，2016 年武汉武昌区调研)太空中存在一些离 其他恒星很远的、由三颗星体组成的三星系统，可忽略其他星 体对它们的引力作用已观测到稳定的三星系统存在两种基本 的构成形式：一种是直线三星系统三颗星体始终在一条直 线上；另一种是三角形三星系统三颗星体位于等边三角形 的三个顶点上已知某直线三星系统 A 每颗星体的质量均为 m， 相邻两颗星体中心间的距离都为 R；某三角形三星系统 B 的每 颗星体的质量恰好也均为 m，且三星系统 A 外侧的两颗星体与 三星系统 B 每颗星体做匀速圆周运动

13、的周期相等引力常量为,G，则(,),【触类旁通】 1(多选，2017 年河北衡水模拟)宇宙中存在一些质量相等 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的质量均为 m， 半径均为 R，四颗星稳定分布在边长为 L 的正方形的四个顶点 上，其中 L 远大于 R.已知万有引力常量为 G，忽略星体自转效,应，则关于四星系统，下列说法正确的是(,),方法,万有引力定律与几何知识的综合应用,人造卫星绕地球运动，太阳发出的光线沿直线传播，地球 或卫星都会遮挡光线，从而使万有引力、天体运动与几何知识 综合起来 求解此类问题时，要根据题中情景，由光线沿直线传

14、播画 出几何图形，通过几何图形找到边界光线，从而确定临界条件， 并结合万有引力提供卫星做圆周运动所需的向心力，列式求解,例 2：如图 4-4-8 所示，地球和某行星在同一轨道平面内同 向绕太阳做匀速圆周运动地球的轨道半径为 R，运行周期为 T. 地球和太阳中心的连线与地球和行星的连线的夹角叫地球对行 星的观察视角(简称视角)已知该行星的最大视角为，当行星 处于最大视角处时，是地球上天文爱好者观察该行星的最佳时 期若某时刻该行星正好处于最佳观察期，问该行星下一次处 于最佳观察期至少需经历多长时间？,图 4-4-8,图449,【触类旁通】,2由三颗星体构成的系统，忽略其他星体对它们的作用， 存在着一种运动形式，三颗星体在