高考物理復(fù)習(xí) 高效學(xué)習(xí)方略 44 萬有引力與航天課件.ppt

一 開普勒運動定律 一個焦點 太陽 面積 半長軸 公轉(zhuǎn)周期 二 萬有引力定律1 內(nèi)容 自然界中任何兩個物體都相互吸引 引力的大小與成正比 與它們之間成反比 2 公式 f 其中g(shù) n m2 kg2 叫做引力常量 物體的質(zhì)量m1和m2的乘積 距離r的二次方 6 67 10 11 3 適用條件 公式適用于間的相互作用 當(dāng)兩物體間的距離遠(yuǎn)大于物體本身的大小時 物體可視為質(zhì)點 均勻的球體可視為質(zhì)點 r是間的距離 一個均勻球體與球外一個質(zhì)點的萬有引力也適用 其中r為球心到間的距離 質(zhì)點 兩球心 質(zhì)點 三 三種宇宙速度1 第一宇宙速度 1 推導(dǎo)過程 由mg mv2 r gmm r2得 v km s 2 第一宇宙速度是人造地球衛(wèi)星在環(huán)繞地球做勻速圓周運動時具有的速度 3 第一宇宙速度是人造衛(wèi)星的速度 也是人造地球衛(wèi)星的速度 7 9 地面附近 最大環(huán)繞 最小發(fā)射 2 第二宇宙速度 脫離速度 v2 km s 使物體掙脫引力束縛的最小發(fā)射速度 3 第三宇宙速度 逃逸速度 v3 km s 使物體掙脫引力束縛的最小發(fā)射速度 11 2 16 7 地球 太陽 四 經(jīng)典時空觀和相對論時空觀1 經(jīng)典時空觀 1 在經(jīng)典力學(xué)中 物體的質(zhì)量是不隨而改變的 2 在經(jīng)典力學(xué)中 同一物理過程發(fā)生的位移和對應(yīng)時間的測量結(jié)果在不同的參考系中是的 3 經(jīng)典力學(xué)只適用于低速 宏觀 弱力 運動狀態(tài)的改變 相同 2 在狹義相對論中 同一物理過程發(fā)生的位移和對應(yīng)時間的測量結(jié)果在不同的參考系中是的 增大 不同 解析cd由萬有引力公式的適用條件可知a b錯誤 c d正確 3 若已知行星繞太陽公轉(zhuǎn)的半徑為r 公轉(zhuǎn)的周期為t 萬有引力恒量為g 則由此可求出 a 某行星的質(zhì)量b 太陽的質(zhì)量c 某行星的密度d 太陽的密度 4 2010 福建理綜 火星探測項目是我國繼神舟載人航天工程 嫦娥探月工程之后又一個重大太空探索項目 假設(shè)火星探測器在火星表面附近圓形軌道運行周期為t1 神舟飛船在地球表面附近圓形軌道運行周期為t2 火星質(zhì)量與地球質(zhì)量之比為p 火星半徑與地球半徑之比為q 則t1 t2之比為 5 兩顆人造地球衛(wèi)星a b距地面的高度分別為r和2r r為地球半徑 求 1 a b衛(wèi)星的線速度之比 2 a b衛(wèi)星的周期之比 要點一幾組概念的比較 2 人造地球衛(wèi)星的最小發(fā)射速度應(yīng)是衛(wèi)星發(fā)射到近地表面運行 此時發(fā)射動能全部作為繞行的動能而不需要轉(zhuǎn)化為重力勢能 此速度即為第一宇宙速度 此時v發(fā)射 v環(huán)繞 2 兩種加速度 衛(wèi)星的向心加速度和隨地球自轉(zhuǎn)的向心加速度的比較 3 兩個半徑 天體半徑r和衛(wèi)星軌道半徑r的比較衛(wèi)星的軌道半徑是天體的衛(wèi)星繞天體做圓周運動的圓的半徑 所以r r h 當(dāng)衛(wèi)星貼近天體表面運動時 h 0 可近似認(rèn)為軌道半徑等于天體半徑 4 兩種周期 自轉(zhuǎn)周期和公轉(zhuǎn)周期的比較自轉(zhuǎn)周期是天體繞自身某軸線運動一周的時間 公轉(zhuǎn)周期是衛(wèi)星繞中心天體做圓周運動一周的時間 一般情況下天體的自轉(zhuǎn)周期和公轉(zhuǎn)周期是不等的 如 地球自轉(zhuǎn)周期為24小時 公轉(zhuǎn)周期為365天 但也有相等的 如月球 自轉(zhuǎn) 公轉(zhuǎn)周期都約為27天 所以地球上看到的都是月球固定的一面 在應(yīng)用中要注意區(qū)別 1 請判斷上面的結(jié)果是否正確 并說明理由 如不正確 請給出正確的解法和結(jié)果 2 請根據(jù)已知條件再提出兩種估算地球質(zhì)量的方法并解得結(jié)果 規(guī)律方法 解決萬有引力定律的應(yīng)用問題 盡管題目很多 但其基本方法是不變的 即把繞行天體的運動看成圓周運動 萬有引力提供向心力 選擇合適的表達式求解 要點二衛(wèi)星的變軌問題 例2 2010 江蘇物理 2009年5月 航天飛機在完成對哈勃空間望遠(yuǎn)鏡的維修任務(wù)后 在a點從圓形軌道 進入橢圓軌道 b為軌道 上的一點 如圖所示 關(guān)于航天飛機的運動 下列說法中正確的有 a 在軌道 上經(jīng)過a點的速度小于經(jīng)過b點的速度b 在軌道 上經(jīng)過a點的動能小于軌道 上經(jīng)過a點的動能c 在軌道 上運動的周期小于在軌道 上運動的周期d 在軌道 上經(jīng)過a點的加速度小于在軌道 上經(jīng)過a點的加速度 規(guī)律方法 1 做圓周運動的衛(wèi)星 其a v t等由軌道半徑r及中心天體質(zhì)量m決定 分析半徑是解題和處理問題的關(guān)鍵 2 衛(wèi)星變軌是通過調(diào)整速度來實現(xiàn)的 若衛(wèi)星加速 則做離心運動 軌道半徑變大 穩(wěn)定后v變小 若衛(wèi)星減速 則做向心運動 軌道半徑變小 穩(wěn)定后v變大 2010 天津理綜 探測器繞月球做勻速圓周運動 變軌后在周期較小的軌道上仍做勻速圓周運動 則變軌后與變軌前相比 a 軌道半徑變小b 向心加速度變小c 線速度變小d 角速度變小 易錯點混淆同步衛(wèi)星 近地衛(wèi)星 地球赤道上物體運動的特點導(dǎo)致錯誤 例 如圖 同步衛(wèi)星與地心的距離為r 運行速率為v1 向心加速度為a1 地球赤道上的物體隨地球自轉(zhuǎn)的向心加速度為a2 第一宇宙速度為v2 地球半徑為r 則下列比值正確的是 答案 ad 1 2011 廣東六校聯(lián)考 2010年1月17日00時12分 我國成功發(fā)射 北斗二號 衛(wèi)星并定點于地球同步衛(wèi)星軌道 北斗二號 衛(wèi)星與近地表面做勻速圓周運動的衛(wèi)星對比 a 北斗二號 衛(wèi)星的線速度更大b 北斗二號 衛(wèi)星的周期更大c 北斗二號 衛(wèi)星的角速度更大d 北斗二號 衛(wèi)星的向心加速度更大 2 2011 全國新課標(biāo)理綜 我國 嫦娥一號 探月衛(wèi)星發(fā)射后 先在 24小時軌道 上繞地球運行 即繞地球一圈需要24小時 然后 經(jīng)過兩次變軌依次到達 48小時軌道 和 72小時軌道 最后奔向月球 如果按圓形軌道計算 并忽略衛(wèi)星質(zhì)量的變化 則在每次變軌完成后與變軌前相比 a 衛(wèi)星動能增大 引力勢能減小b 衛(wèi)星動能增大 引力勢能增大c 衛(wèi)星動能減小 引力勢能減小d 衛(wèi)星動能減小 引力勢能增大 3 2011 北京理綜 由于通訊和廣播等方面的需要 許多國家發(fā)射了地球同步軌道衛(wèi)星 這些衛(wèi)星的 a 質(zhì)量可以不同b 軌道半徑可以不同c 軌道平面可以不同d 速率可以不同 4 2011 杭州質(zhì)檢 如圖所示 從地面上a點發(fā)射一枚遠(yuǎn)程彈道導(dǎo)彈 在引力作用下 沿acb橢圓軌道飛行擊中地面目標(biāo)b c為軌道的遠(yuǎn)地點 距地面高度為h 已知地球半徑為r 地球質(zhì)量為m 引力常量為g 設(shè)距地面高度為h的圓軌道上衛(wèi)星運動周期為t0 下列結(jié)論正確的是 5 2011 福州質(zhì)檢 神舟 七號載人航天飛行獲得