2021屆人教版高三物理課件：萬有引力定律與航天優(yōu)秀

1、 萬有引力定律一、萬有引力定律的基本知識(shí)1、定律的發(fā)現(xiàn)2、定律的內(nèi)容宏觀性萬有引力相互性卡文迪許 測出的。兩質(zhì)點(diǎn)間的距離均勻球體，球心間的距離牛頓1、萬有引力與重力的關(guān)系二、萬有引力的簡單應(yīng)用FG在地面：重力是萬有引力的一個(gè)分力F向但一般計(jì)算重力：故赤道上的g_最小在空中：故，離地越高，g 越_小1、某個(gè)行星的質(zhì)量是地球質(zhì)量的一半，半徑也是地球的一半，那么一個(gè)物體在此行星上的重力加速度是地球上重力加速度的A、1/4 B、1/2 C、4 倍 D、2倍2、在離地高為地球半徑2倍處的重力加速度是地面重力加速度的幾倍？當(dāng)衛(wèi)星所受萬有引力剛好提供向心力時(shí)，它的運(yùn)行速率就不再發(fā)生變化，軌道半徑確定不變從而

2、做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，我們稱為穩(wěn)定運(yùn)行.2、利用萬有引力定律分析天體運(yùn)動(dòng)二、萬有引力的簡單應(yīng)用解題關(guān)鍵：萬有引力充當(dāng)向心力輔助式：應(yīng)用1、計(jì)算天體的質(zhì)量和密度3、已知引力常數(shù)G和下列哪組數(shù)據(jù)，能計(jì)算出地球質(zhì)量的是 （ ）A、地球繞太陽運(yùn)行的周期及地球離太陽的距離B、月球繞地球運(yùn)行的周期及月球離地球的距離C、人造地球衛(wèi)星在地面附近繞行的速度及運(yùn)行周期D、若不考慮地球自轉(zhuǎn)，己知地球的半徑及重力加速度E、人造地球衛(wèi)星繞地運(yùn)行的速度及運(yùn)行角速度4、（2005全國）已知引力常量G，月球中心到地球中心的距離R和月球繞地球運(yùn)行的周期T，僅利用這三個(gè)數(shù)據(jù)，可以估算的物理量是：A、月球的質(zhì)量B、地球的質(zhì)量C、地球的半

3、徑D、月球繞地球運(yùn)行速度的大小應(yīng)用1、計(jì)算天體的質(zhì)量和密度5、已知飛船繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期為T，離地面高度為H，地球半徑為R，則根據(jù)T、H、R和萬有引力常量G，能計(jì)算的物理量是（）A、地球質(zhì)量B、地球的平均密度C、飛船所需要的向心力D、飛船線速度的大小應(yīng)用1、計(jì)算天體的質(zhì)量和密度若知T、r，可得若r=R，可得 中心天體的質(zhì)量和密度人造衛(wèi)星 萬有引力定律萬有引力定律定律的發(fā)現(xiàn)定律的內(nèi)容G 的測定應(yīng)用萬有引力與重力的關(guān)系地球同步衛(wèi)星衛(wèi)星的變軌和能量雙星問題1、可以發(fā)射一顆這樣的人造衛(wèi)星：（ ）A、使其圓軌道與地球表面上某緯度線（非赤道）是共面同心圓B、使其圓軌道與地球表面上某一經(jīng)度線所決定的

4、圓是共面同心圓C、使其圓軌道與地球表面上赤道線是共面同心圓.人造衛(wèi)星問題D、使其圓軌道與地球表面上赤道線是共面同心圓，但衛(wèi)星相對地球表面是運(yùn)動(dòng)的E、使其運(yùn)行速度為8km/sF、使其運(yùn)行周期為50min且衛(wèi)星相對地球表面靜止CD2、人造地球衛(wèi)星做圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑越大，則：A、線速度越小，周期越大B、線速度越小，角速度越大C、角速度越小，周期越小D、角速度越小，加速度越小衛(wèi)星的v、 T、 、a與r的關(guān)系總結(jié)：對于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)的衛(wèi)星: r越小，v、a越大，T越小當(dāng)r=R地時(shí):v最大,v=7.9km/s T最小，T=84min-第一宇宙速度3、關(guān)于第一宇宙速度，下列說法正確的是A、它是人造地球衛(wèi)星繞

5、地球作勻速圓周運(yùn)動(dòng)的最大速度B、它是人造地球衛(wèi)星在圓形軌道上的最小運(yùn)行速度C、它是能使衛(wèi)星繞地球運(yùn)行的最小發(fā)射速度第一宇宙速度4.（07廣東）土星周圍有許多大小不等的巖石顆粒，其繞土星的運(yùn)動(dòng)可視為圓周運(yùn)動(dòng)。其中有兩個(gè)巖石顆粒A和B與土星中心距離分別位rA=8.0104km和rB=1.2105km。忽略所有巖石顆粒間的相互作用。（結(jié)果可用根式表示）（1）求巖石顆粒A和B的線速度之比。（2）求巖石顆粒A和B的周期之比。5.我國發(fā)射的“嫦娥一號(hào)”探月衛(wèi)星簡化后的路線如圖所示。衛(wèi)星由地面發(fā)射后，經(jīng)過發(fā)射軌道進(jìn)入停泊軌道，然后在停泊軌道經(jīng)過調(diào)速后進(jìn)入地月轉(zhuǎn)移軌道，再次調(diào)速后進(jìn)入工作軌道，衛(wèi)星開始對月球進(jìn)

6、行探測。已知地球與月球的質(zhì)量之比為a，衛(wèi)星的停泊軌道與工作軌道的半徑之比為b，衛(wèi)星在停泊軌道與工作軌道上均可視為做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，則，計(jì)算:衛(wèi)星在停泊軌道和工作軌道運(yùn)行的速度之比_周期之比_向心加速度之比_?衛(wèi)星在停泊軌道運(yùn)行的速度地球的第一宇宙速度地月停泊軌道工作軌道地月轉(zhuǎn)移軌道發(fā)射軌道2、利用萬有引力等于重力： 1、利用萬有引力等于向心力：解題思路：1.對于做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星15、(13分)2006年2月10日，如圖所示的圖形最終被確定為中國月球探測工程形象際志，它以中國書法的筆觸，抽象地色勾勒出一輪明月，一雙腳印踏在其上，象征著月球探測的終極夢想，一位敢于思考的同學(xué)，為探月宇航員設(shè)計(jì)了測

7、量一顆衛(wèi)星繞某星球表面做圓周運(yùn)動(dòng)的最小周期的方法: 在某星球表面以初速度v0豎直上拋一個(gè)物體，若物體只受該星球引力作用，忽略其他力的影響，物體上升的最大高度為h，已知該星球的直徑為d，如果在這個(gè)星球上發(fā)射一顆繞它運(yùn)行的衛(wèi)星，其做圓周運(yùn)動(dòng)的最小周期是多少? 1、下列關(guān)于地球同步衛(wèi)星的說法正確的是 A、它的周期與地球自轉(zhuǎn)同步，但高度和速度可以選擇，高度增大，速度減小B、它的周期、高度、速度都是一定的C、我國發(fā)射的同步通訊衛(wèi)星定點(diǎn)在北京上空D、我國發(fā)射的同步通訊衛(wèi)星也定點(diǎn)在赤道上空地球同步衛(wèi)星定軌道平面（軌道平面必與赤道平面重合；定方向 （自西向東運(yùn)行）定周期 （與地球自轉(zhuǎn)周期相同）定高度 （ h=

8、3.6104km ： ）定線速度 （約為3.08km/s ）同步衛(wèi)星- （定點(diǎn)通訊衛(wèi)星）（1）相對地面靜止（2）特點(diǎn)：(五確定）設(shè)地球質(zhì)量為M，半徑為R，地表重力加速度為g、自轉(zhuǎn)周期為T0角速度/周期同步衛(wèi)星近地衛(wèi)星地表物體線速度加速度向心力萬有引力86400s 約5100s 86400s角速度/周期3.08km/s等于引力同步衛(wèi)星 7.9km/s等于引力近地衛(wèi)星0.46km/s遠(yuǎn)小于引力地表物體線速度向心加速度向心力萬有引力 設(shè)地球質(zhì)量為M，半徑為R，地表重力加速度為g、自轉(zhuǎn)周期為T0離地高度h軌道半徑r運(yùn)行速度v周期T近地衛(wèi)星06.4106m7.9km/s84.6min=5000s同步衛(wèi)星

9、3.6107m4.2107m3.1km/s1天月球3.8108m3.8108m1km/s28天地球的衛(wèi)星神舟七號(hào)飛船的運(yùn)行軌道離地面的高度為343km，線速度約7.6km/s，周期約90min。當(dāng)運(yùn)行的衛(wèi)星，其所受萬有引力不是剛好提供向心力，此時(shí)，衛(wèi)星的運(yùn)行速率及軌道半徑就要發(fā)生變化，萬有引力做功，我們將其稱為不穩(wěn)定運(yùn)行即變軌運(yùn)動(dòng)； 人造衛(wèi)星如何變軌 衛(wèi)星從橢圓軌道變到圓軌道或從圓軌道變到橢圓軌道是衛(wèi)星技術(shù)的一個(gè)重要方面，衛(wèi)星定軌和返回都要用到這個(gè)技術(shù) 以發(fā)射同步衛(wèi)星例，先進(jìn)入一個(gè)近地的圓軌道，然后在P點(diǎn)點(diǎn)火加速，進(jìn)入橢圓形轉(zhuǎn)移軌道（該橢圓軌道的近地點(diǎn)為近地圓軌道上的P，遠(yuǎn)地點(diǎn)為同步軌道上的Q

10、），到達(dá)遠(yuǎn)地點(diǎn)時(shí)再次自動(dòng)點(diǎn)火加速，進(jìn)入同步軌道。 QPv12、在“嫦娥一號(hào)”奔月飛行過程中，在月球上空有一次變軌是由橢圓軌道A變?yōu)榻聢A形軌道B，如圖所示，在a、b兩軌道的切點(diǎn)處，下列說法正確的是：A、衛(wèi)星運(yùn)行的速度Va=VbB、衛(wèi)星受月球的引力Fa=FbC、衛(wèi)星的加速度aaabD、衛(wèi)星的動(dòng)能EKaEKb當(dāng)衛(wèi)星不是勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)ab例2、 “神舟六號(hào)”順利發(fā)射升空后，在離地面345km的圓軌道上運(yùn)行了108圈。運(yùn)行中需要進(jìn)行多次“軌道維持”。所謂“軌道維持”就是通過控制飛船上發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火時(shí)間和推力的大小方向，使飛船能保持在預(yù)定軌道上穩(wěn)定運(yùn)行。如果不進(jìn)行軌道維持，由于飛船受軌道上稀薄空氣的摩擦阻

11、力，軌道高度會(huì)逐漸降低，在這種情況下飛船的動(dòng)能、重力勢能和機(jī)械能變化情況將會(huì)是 ( )A.動(dòng)能、重力勢能和機(jī)械能都逐漸減小B.重力勢能逐漸減小,動(dòng)能逐漸增大,機(jī)械能不變C.重力勢能逐漸增大,動(dòng)能逐漸減小,機(jī)械能不變D.重力勢能逐漸減小,動(dòng)能逐漸增大,機(jī)械能逐漸減小D解答:由于阻力很小，軌道高度的變化很慢，衛(wèi)星運(yùn)行的每一圈仍可認(rèn)為是勻速圓周運(yùn)動(dòng)。由于摩擦阻力做負(fù)功所以衛(wèi)星的機(jī)械能減?。挥捎谥亓ψ稣λ灾亓菽軠p?。挥缮鲜鲆?guī)律可知衛(wèi)星動(dòng)能將增大(說明重力做的功大于克服阻力做的功，外力做的總功為正)。 4、某人造地球衛(wèi)星因受高空稀薄空氣的阻力作用，繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)的軌道會(huì)慢慢改變。每次測量中衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)可

12、近似看作圓周運(yùn)動(dòng)。某次測量衛(wèi)星的半徑為r1，后來變r(jià)2，r2r1。以Ek1、EK2表示衛(wèi)星在這兩個(gè)軌道上的動(dòng)能，T1、T2表示衛(wèi)星在這兩個(gè)軌道上繞地球運(yùn)動(dòng)的周期，則：A、EK2EK1，T2T1 B、EK2T1C、EK2EK1，T2EK1，T2T13、宇宙飛船要與軌道空間站對接，飛船為了追上軌道空間站A、只能從較低軌道上加速B、只能從較高軌道上加速C、只能從同空間站同一高度軌道上加速D、無論在什么軌道上加速都行。v1v2v3v4v2v1v4v3v1v4v1v4v3利用離心和向心運(yùn)動(dòng)的知識(shí)分析衛(wèi)星的 變軌衛(wèi)星的回收實(shí)際上是衛(wèi)星發(fā)射過程的逆過程。 3我國的國土范圍在東西方向上大致分布在東經(jīng)700到東

13、經(jīng)1350之間，所以我國發(fā)射的同步通信衛(wèi)星一般定點(diǎn)在赤道上空3.6萬公里，東經(jīng)1000附近。假設(shè)某顆通信衛(wèi)星計(jì)劃定點(diǎn)在赤道上空東經(jīng)1040的位置。經(jīng)測量剛進(jìn)入軌道時(shí)位于赤道上空3.6萬公里，東經(jīng)1030處。為了把它調(diào)整到1040處，可以短時(shí)間啟動(dòng)星上的小型噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)整衛(wèi)星的高度，改變其周期，使其“漂移”到預(yù)定經(jīng)度后，再短時(shí)間啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)整衛(wèi)星的高度，實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)。兩次調(diào)整高度的方向依次是： A、向下、向上 B、向上、向下 C、向上、向上 D、向下、向下 【例1】在天體運(yùn)動(dòng)中，將兩顆彼此相距較近的行星稱為雙星。它們在相互的萬有引力作用下間距保持不變，并沿半徑不同的同心圓軌道做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。如果雙星

14、間距為L，質(zhì)量分別為M1和M2，試計(jì)算：（1）雙星的軌道半徑；（2）雙星的運(yùn)行周期；（3）雙星的線速度。雙星多星問題 解:因?yàn)殡p星受到同樣大小的萬有引力作用，且保持距離不變，繞同一圓心做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，所以具有周期、頻率和角速度均相同；而軌道半徑、線速度不同的特點(diǎn)。（1）根據(jù)萬有引力定律及可得：（2）同理，還有,所以，周期為（3）根據(jù)線速度公式宇宙中存在一些離其它恒星較遠(yuǎn)的、由質(zhì)量相等的三顆星組成的三星系統(tǒng)，通?？珊雎云渌求w對它們的引力作用。已觀測到穩(wěn)定的三星系統(tǒng)存在兩種基本的構(gòu)成形式：一種是三顆星位于同一直線上，兩顆星圍繞中央星在同一半徑為R的圓軌道上運(yùn)行；另一種形式是三顆星位于等邊三角形的

15、三個(gè)項(xiàng)點(diǎn)上，并沿外接于等邊三角形的圓形軌道運(yùn)行。設(shè)每個(gè)星體的質(zhì)量均為m。（1）試求第一種形式下，星體運(yùn)動(dòng)的線速度和周期。（2）假設(shè)兩種形式星體的運(yùn)動(dòng)周期相同，第二種形式下星體之間的距離應(yīng)為多少？銀河系的恒星中大約有四分之一是雙星。某雙星由質(zhì)量不等的星體S1和S2構(gòu)成，雙星在相互之間的萬有引力作用下繞兩者連線上的某一點(diǎn)C做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，由天文觀測得其運(yùn)動(dòng)周期為T，S1到C點(diǎn)的距離為r1，S1和S2的距離為r，已知引力常量為G，由此可求出S2的質(zhì)量為雙星問題11、兩個(gè)星球組成雙星系統(tǒng)，在相互之間的萬有引力作用下，繞連線上某點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，現(xiàn)測得兩星間的距離為R，其運(yùn)動(dòng)周期為T，求兩星的總質(zhì)量。衛(wèi)

16、星的能量假定地球、月球都靜止不動(dòng)，用火箭從地球沿地月連線向月球發(fā)射一探測器，假定探測器在地球表面附近脫離火箭。用W表示探測器從火箭處飛到月球的過程中克服地球引力做的功，用EK表示探測器脫離火箭時(shí)的動(dòng)能，若不計(jì)空氣阻力，則：A、EK必須大于或等于W，探測器才能到達(dá)月球B、 EK小于W，探測器也可能到達(dá)月球C、 EK=W/2，探測器一定能到達(dá)月球D、 EK=W/2，探測器一定不能到達(dá)月球9某一物體在地球表面用彈簧秤稱得重力為160N，把該物體放在航天器中，若航天器以加速度a=g/2（g為地球表面的重力加速度）豎直上升，某時(shí)刻再用同一彈簧秤稱得物體的視重為90N，忽略地球的自轉(zhuǎn)影響，已知地球半徑為R

17、，求此時(shí)航天器離地面的高度h。超重=3R衛(wèi)星上的超重失重超重:衛(wèi)星進(jìn)入軌道前的加速過程,完全失重:進(jìn)入軌道正常運(yùn)轉(zhuǎn)后,重力提供向心力凡制造原理與重力有關(guān)的儀器均不能使用:如水銀氣壓計(jì),密度計(jì),天平.凡與重力有關(guān)現(xiàn)象不再發(fā)生,如浮力不再有,但測力計(jì)仍可用(胡克定律),但彈簧秤不能用來測重力.07屆1月武漢市調(diào)研考試1616（12分）一顆在赤道上空運(yùn)行的人造衛(wèi)星，其軌道半徑為r=2R（R為地球半徑），衛(wèi)星的運(yùn)轉(zhuǎn)方向與地球自轉(zhuǎn)方向相同. 已知地球自轉(zhuǎn)的角速度為0，地球表面處的重力加速度為g. 求：（1）該衛(wèi)星繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度；（2）該衛(wèi)星相鄰兩次經(jīng)過赤道上同一建筑物正上方的時(shí)間間隔t. 解:（1）

18、地球?qū)πl(wèi)星的萬有引力提供衛(wèi)星作勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力,設(shè)地球質(zhì)量為M,衛(wèi)星質(zhì)量為m,有：設(shè)地球表面有一個(gè)質(zhì)量為m物體，有：聯(lián)立式，把r=2R代入，可得：（2）衛(wèi)星下次通過該建筑物上方時(shí)，衛(wèi)星比地球多 轉(zhuǎn)2弧度，所需時(shí)間：例2、氫原子輻射出一個(gè)光子后，下列判斷下確的是：A、電子繞核旋轉(zhuǎn)的半徑增大B、電子的動(dòng)能減小C、氫原子的電勢能增大D、氫原子的能級減小D、氫原子的能級減小例5. 氫原子的核外電子由一個(gè)軌道躍遷到另一軌道時(shí)，可能發(fā)生的情況有（）A. 放出光子，電子動(dòng)能減少，原子勢能增加，且動(dòng)能減少量小于勢能的增加量B. 放出光子，電子動(dòng)能增加，原子勢能減少，且動(dòng)能增加量與勢能減少量相等C. 吸收光子，電子動(dòng)能減少，原子