北京专用2020版高考物理大一轮复习专题五万有引力与航天课件.ppt

1、考点清单,考点一天体的运动 考向基础 万有引力定律及其应用 1.开普勒行星运动定律,2.万有引力定律,3.引力常量,考向突破 考向万有引力定律及其应用 运用万有引力定律研究天体运动,核心问题是计算中心天体的质量和密度,其他问题多属于此类问题的延伸和发展。处理这一类问题时,需构建天体(例如地球)的卫星绕中心天体做匀速圆周运动的模型。 通过绕天体做匀速圆周运动的卫星的周期T、半径r,由万有引力等于向心力即G=mr,得 天体质量M=。 (1)若知道天体的半径R,则天体的密度 = 。,(2)若天体的卫星环绕天体表面运动,其轨道半径r等于天体半径R,其周期为T,则天体密度=。,例1(2017北京理综,1

2、7,6分)利用引力常量G和下列某一组数据,不能计算出地球质量的是() A.地球的半径及重力加速度(不考虑地球自转) B.人造卫星在地面附近绕地球做圆周运动的速度及周期 C.月球绕地球做圆周运动的周期及月球与地球间的距离 D.地球绕太阳做圆周运动的周期及地球与太阳间的距离,解析本题考查天体运动。已知地球半径R和重力加速度g,则mg=G,所以M地=,可求M地;近地卫星做圆周运动,G=m,T=, 可解得M地=,已知v、T可求M地;对于月球:G=mr,则M 地=,已知r、T月可求M地;同理,对地球绕太阳的圆周运动,只可求出太 阳质量M太,故此题符合题意的选项是D项。,答案D,考点二人造卫星和宇宙速度

3、考向基础 一、人造卫星 1.人造卫星的线速度、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卫星所需的向心力,即F引=F向。 G=(高轨、低速、长周期),2.地球同步卫星 二、宇宙速度 1.第一宇宙速度:v1=7.9 km/s,是发射人造卫星的最小速度。,推导过程为:由mg=得:v=7.9 km/s。 第一宇宙速度是人造卫星的最小发射速度,也是卫星绕地球做匀速圆周运动的最大环绕速度。当卫星以第一宇宙速度运动时,其轨道半径为地球半径(此时卫星为近地卫星),周期T=5 075 s=85 min。 2.第二宇宙速度:v2=11.2 km/s,是使物体挣脱地球引力束缚的最小发射

4、速度。 推导过程为:设无限远处引力势能为零,从地面上以v2发射卫星到无限远的过程中机械能守恒,所以:m+=0,解得v2= v1=11.2 km/s。 3.第三宇宙速度:v3=16.7 km/s,是使物体挣脱太阳引力束缚的最,小发射速度。,考向突破 考向一万有引力定律与人造卫星 运用万有引力定律分析人造卫星问题,如果卫星做圆轨道运动,一般都是处理成万有引力作用下的匀速圆周运动,讨论和辨析卫星的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系,明确卫星的轨道半径是解题的关键。,例2若将同步卫星和月球绕地球的运动均视为匀速圆周运动,下列说法正确的是() A.同步卫星的线速度大于月球的线速度 B.同步卫星的角速度

5、小于月球的角速度 C.同步卫星的加速度小于月球的加速度 D.同步卫星离地球的距离大于月球离地球的距离,解析万有引力充当向心力,=m2r=ma,可得v=,= ,a=。因为r卫星r月,所以同步卫星的线速度大于月球的线速度, 同步卫星的角速度大于月球的角速度,同步卫星的加速度大于月球的加速度。故A选项正确,B、C、D选项错误。,答案A,考向二宇宙速度,例32017年11月5日19时45分,中国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭,以“一箭双星”方式成功发射第二十四、二十五颗北斗导航卫星。北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System,BDS)是中国自行研制的

6、全球卫星导航系统。北斗卫星导航系统空间段由35颗卫星组成,其中5颗是地球同步卫星。关于同步卫星绕地球运动的相关物理量,下列说法正确的是() A.角速度等于地球自转的角速度 B.向心加速度大于地球表面的重力加速度 C.线速度大于第一宇宙速度 D.运行周期一定大于月球绕地球运动的周期,解析地球同步卫星的周期与地球自转周期相同,由T=知,A正确。 月球绕地球运动的周期为一个月,大于地球同步卫星的周期,D错误。由G=ma,知a=G,R越大,a越小,B错误。由G=m,得v=,知 同步卫星的线速度小于第一宇宙速度,C错误。,答案A,方法技巧,方法1重力和重力加速度的计算方法 重力是因地面附近的物体受到地球

7、的万有引力而产生的;万有引力是物体随地球自转所需向心力和重力的合力。 如图所示,F引产生两个效果:一是提供物体随地球自转所需的向心力;二是产生物体的重力。由于F向=m2r,向心力随纬度的增大而减小,所以物体的重力随纬度的增大而增大,即重力加速度从赤道到两极逐渐增大。但F向一般很小,在一般情况下可认为重力和万有引力近似相等,即G =mg,g=G常用来计算星球表面的重力加速度。,在地球同一纬度处,重力加速度随物体离地面高度的增加而减小,因为物体所受万有引力随物体离地面高度的增加而减小,即g=G。 说明(1)g=G和g=G不仅适用于地球,也适用于其他星球。 (2)在赤道处,物体所受的万有引力F引分解

8、的两个分力F向和mg刚好在一条直线上,则有F引=F向+mg。,例1(多选)万有引力定律能够很好地将天体运行规律与地球上物体运动的规律具有的内在一致性统一起来。用弹簧测力计称量一个相对于地球静止的质量为m的小物体的重力,随称量位置的变化可能会有不同的结果。已知地球质量为M,引力常量为G,将地球视为半径为R、质量均匀分布的球体。下列说法正确的是() A.在北极地面称量时,弹簧测力计读数为F0=G B.在赤道地面称量时,弹簧测力计读数为F1=G C.在北极上空离地面高h处称量时,弹簧测力计读数为F2=G D.在赤道上空离地面高h处称量时,弹簧测力计读数为F3=G,解析北极地面上的物体不随地球自转,万

9、有引力等于重力,则有F0=G,故A项正确;在赤道地面称量时,万有引力等于重力加上物体随地球 一起自转所需要的向心力,则有F1G,故B项错误;在北极上空离地 面高h处称量时,万有引力等于重力,则有F2=G,故C项正确;在赤 道上空离地面高h处称量时,万有引力大于重力,弹簧测力计读数F3G,故D项错误。,答案AC,例2北京时间2016年10月17日7时30分,神舟十一号飞船搭载两名航天员在酒泉卫星发射中心发射升空。10月19日凌晨,神舟十一号飞船与天宫二号自动交会对接成功,航天员景海鹏和陈冬入驻天宫二号空间实验室,开始为期30天的太空驻留生活。已知地球表面的重力加速度g,地球半径R,神舟十一号飞船对接后随天宫二号做匀速圆周运动的周期T及引力常量G,下列说法中正确的是() A.要完成对接,应先让神舟十一号飞船和天宫二号处于同一轨道上,然后点火加速 B.若对接前飞船在较低轨道上做匀速圆周运动,对接后飞船速度和运行周期都增大 C.由题给条件可求出神舟十一号飞船的质量,D.由题给条件可求出神舟十一号飞船对接后距离地面的高度h,解析若神舟十一号飞船与天宫二号在同一轨道上,神舟十一号飞船受到的万有引力等于向心力,若让神舟十一号飞船加速,其所需要的向心力变大,而