高考物理一輪復習第四章曲線運動萬有引力與航天專題強化五天體運動的“四類熱點”問題課件

1、第四章 曲線運動 萬有引力與航天專題強化五天體運動的“四類熱點”問題過好雙基關一、衛(wèi)星的軌道1.赤道軌道：衛(wèi)星的軌道在 平面內(nèi)，同步衛(wèi)星就是其中的一種.2.極地軌道：衛(wèi)星的軌道過南、北兩極，即在 赤道的平面內(nèi)，如極地氣象衛(wèi)星.3.其他軌道：除以上兩種軌道外的衛(wèi)星軌道.所有衛(wèi)星的軌道平面一定通過地球的 .赤道垂直于球心自測1(多選)可以發(fā)射一顆這樣的人造地球衛(wèi)星，使其圓軌道A.與地球表面上某一緯線(非赤道)是共面同心圓B.與地球表面上某一經(jīng)線所決定的圓是共面同心圓C.與地球表面上的赤道線是共面同心圓，且衛(wèi)星相對地球表面是靜止的D.與地球表面上的赤道線是共面同心圓，但衛(wèi)星相對地球表面是運動的答案解

2、析解析人造地球衛(wèi)星運行時，由于地球對衛(wèi)星的引力提供它做圓周運動的向心力，而這個力的方向必定指向圓心，即指向地心，也就是說人造地球衛(wèi)星所在軌道圓的圓心一定要和地球的中心重合，不可能是地軸上(除地心外)的某一點，故A錯誤；由于地球同時繞著地軸在自轉，所以衛(wèi)星的軌道平面也不可能和經(jīng)線所決定的平面共面，所以B錯誤；相對地球表面靜止的衛(wèi)星就是地球的同步衛(wèi)星，它必須在赤道平面內(nèi)，且距地面有確定的高度，這個高度約為三萬六千千米，而低于或高于這個軌道的衛(wèi)星也可以在赤道平面內(nèi)運動，不過由于它們公轉的周期和地球自轉周期不同，就會相對于地面運動，C、D正確.二、地球同步衛(wèi)星的特點相對于地面靜止且與地球自轉具有相同周

3、期的衛(wèi)星叫地球同步衛(wèi)星.同步衛(wèi)星有以下“七個一定”的特點：(1)軌道平面一定：軌道平面與 共面.(2)周期一定：與地球自轉周期 ，即T .(3)角速度一定：與地球自轉的角速度 .赤道平面相同24 h相同(5)速率一定：v 3.1103 m/s.(7)繞行方向一定：運行方向與地球自轉方向 .一致自測2(多選)北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)是我國自行研制開發(fā)的區(qū)域性三維衛(wèi)星定位與通信系統(tǒng)(CNSS)，建立后的北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)包括5顆同步衛(wèi)星和30顆一般軌道衛(wèi)星.關于這些衛(wèi)星，以下說法正確的是A.5顆同步衛(wèi)星的軌道半徑都相同B.5顆同步衛(wèi)星的運行軌道必定在同一平面內(nèi)C.導航系統(tǒng)所有衛(wèi)星的運行速度一定大于第一宇宙速

4、度D.導航系統(tǒng)所有衛(wèi)星中，運行軌道半徑越大的，周期越小答案解析解析所有同步衛(wèi)星的軌道都位于赤道平面，軌道半徑和運行周期都相同，選項A、B正確；三、衛(wèi)星變軌近心減小自測3“嫦娥三號”探測器由“長征三號乙”運載火箭從西昌衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射，首次實現(xiàn)月球軟著陸和月面巡視勘察.如圖1所示，假設“嫦娥三號”在環(huán)月圓軌道和橢圓軌道上運動時，只受到月球的萬有引力，則A.若已知“嫦娥三號”環(huán)月圓軌道的半徑、運動周期 和引力常量，則可以算出月球的密度B.“嫦娥三號”由環(huán)月圓軌道變軌進入環(huán)月橢圓軌道 時，應讓發(fā)動機點火使其加速C.“嫦娥三號”在環(huán)月橢圓軌道上P點的速度大于Q點的速度D.“嫦娥三號”在環(huán)月圓軌道上的運

5、行速率比月球的第一宇宙速度小圖1答案解析“嫦娥三號”在環(huán)月圓軌道上P點減速，使萬有引力大于運行所需向心力，做近心運動，才能進入環(huán)月橢圓軌道，B錯誤；“嫦娥三號”在環(huán)月橢圓軌道上P點向Q點運動過程中，距離月球越來越近，月球對其引力做正功，故速度增大，即P點的速度小于Q點的速度，C錯誤；衛(wèi)星離月球表面越高其速度越小，第一宇宙速度是星球表面附近衛(wèi)星的環(huán)繞速度，故“嫦娥三號”在環(huán)月圓軌道上的運行速率比月球的第一宇宙速度小，D正確.研透命題點1.解決同步衛(wèi)星問題的“四點”注意 命題點一近地衛(wèi)星、同步衛(wèi)星和赤道上物體的運行問題能力考點師生共研(2)重要手段：構建物理模型，繪制草圖輔助分析.(3)物理規(guī)律：

6、不快不慢：具有特定的運行線速度、角速度和周期.不高不低：具有特定的位置高度和軌道半徑.不偏不倚：同步衛(wèi)星的運行軌道平面必須處于地球赤道平面上，只能靜止在赤道上方的特定的點上.(4)重要條件：地球的公轉周期為1年，其自轉周期為1天(24小時)，地球表面半徑約為6.4103 km，表面重力加速度g約為9.8 m/s2.月球的公轉周期約27.3天，在一般估算中常取27天.人造地球衛(wèi)星的運行半徑最小為r6.4103 km，運行周期最小為T84.8 min，運行速度最大為v7.9 km/s.2.兩個向心加速度衛(wèi)星繞地球運行的向心加速度物體隨地球自轉的向心加速度產(chǎn)生原因由萬有引力產(chǎn)生由萬有引力的一個分力(

7、另一分力為重力)產(chǎn)生方向指向地心垂直且指向地軸大小a (地面附近a近似等于g)ar2，r為地面上某點到地軸的距離，為地球自轉的角速度特點隨衛(wèi)星到地心的距離的增大而減小從赤道到兩極逐漸減小3.兩種周期(1)自轉周期是天體繞自身某軸線轉動一周所需的時間，取決于天體自身轉動的快慢.例1(2017江西鷹潭模擬)有a、b、c、d四顆衛(wèi)星，a還未發(fā)射，在地球赤道上隨地球一起轉動，b在地面附近近地軌道上正常運行，c是地球同步衛(wèi)星，d是高空探測衛(wèi)星，設地球自轉周期為24 h，所有衛(wèi)星的運動均視為勻速圓周運動，各衛(wèi)星排列位置如圖2所示，則下列關于衛(wèi)星的說法中正確的是A.a的向心加速度等于重力加速度gB.c在4

8、h內(nèi)轉過的圓心角為C.b在相同的時間內(nèi)轉過的弧長最長D.d的運動周期可能是23 h答案解析圖2解析同步衛(wèi)星的運行周期與地球自轉周期相同，角速度相同，則a和c的角速度相同，根據(jù)a2r知，c的向心加速度大，由 ma知，c的向心加速度小于b的向心加速度，而b的向心加速度約為g，故a的向心加速度小于重力加速度g，選項A錯誤；由于c為同步衛(wèi)星，所以c的周期為24 h，因此4 h內(nèi)轉過的圓心角為 ，選項B錯誤；由四顆衛(wèi)星的運行情況可知，b運行的線速度是最大的，所以其在相同的時間內(nèi)轉過的弧長最長，選項C正確；d的運行周期比c要長，所以其周期應大于24 h，選項D錯誤.例2(2016全國卷17)利用三顆位置適

9、當?shù)牡厍蛲叫l(wèi)星，可使地球赤道上任意兩點之間保持無線電通訊.目前，地球同步衛(wèi)星的軌道半徑約為地球半徑的6.6倍.假設地球的自轉周期變小，若仍僅用三顆同步衛(wèi)星來實現(xiàn)上述目的，則地球自轉周期的最小值約為A.1 h B.4 hC.8 h D.16 h答案解析解析地球自轉周期變小，衛(wèi)星要與地球保持同步，則衛(wèi)星的公轉周期也應隨之變小，由開普勒第三定律 k可知衛(wèi)星離地球的高度應變小，要實現(xiàn)三顆衛(wèi)星覆蓋全球的目的，則衛(wèi)星周期最小時，由數(shù)學幾何關系可作出它們間的位置關系如圖所示.解得T24 h.變式1(2016四川理綜3)國務院批復，自2016年起將4月24日設立為“中國航天日”.如圖3所示，1970年4月2

10、4日我國首次成功發(fā)射的人造衛(wèi)星東方紅一號，目前仍然在橢圓軌道上運行，其軌道近地點高度約為440 km，遠地點高度約為2 060 km；1984年4月8日成功發(fā)射的東方紅二號衛(wèi)星運行在赤道上空35 786 km的地球同步軌道上.設東方紅一號在遠地點的加速度為a1，東方紅二號的加速度為a2，固定在地球赤道上的物體隨地球自轉的加速度為a3，則a1、a2、a3的大小關系為A.a2a1a3 B.a3a2a1C.a3a1a2 D.a1a2a3答案解析圖3解析由于東方紅二號衛(wèi)星是同步衛(wèi)星，則其角速度和赤道上的物體角速度相等，根據(jù)a2r，r2r3，則a2a3；由萬有引力定律和牛頓第二定律得， ma，由題目中數(shù)

11、據(jù)可以得出，r1r2，則a2a2a3，選項D正確.1.變軌原理及過程(1)為了節(jié)省能量，在赤道上順著地球自轉方向發(fā)射衛(wèi)星到圓軌道上.如圖4所示.圖4(2)在A點(近地點)點火加速，由于速度變大，萬有引力不足以提供在軌道上做圓周運動的向心力，衛(wèi)星做離心運動進入橢圓軌道.(3)在B點(遠地點)再次點火加速進入圓形軌道.命題點二衛(wèi)星變軌問題能力考點師生共研2.變軌過程各物理量分析(1)速度：設衛(wèi)星在圓軌道和上運行時的速率分別為v1、v3，在軌道上過A點和B點時速率分別為vA、vB.在A點加速，則vAv1，在B點加速，則v3vB，又因v1v3，故有vAv1v3vB.(2)加速度：因為在A點，衛(wèi)星只受到

12、萬有引力作用，故不論從軌道還是軌道上經(jīng)過A點，衛(wèi)星的加速度都相同，同理，經(jīng)過B點加速度也相同.(3)周期：設衛(wèi)星在、軌道上的運行周期分別為T1、T2、T3，軌道半徑分別為r1、r2(半長軸)、r3，由開普勒第三定律 k可知T1T2T3.(4)機械能：在一個確定的圓(橢圓)軌道上機械能守恒.若衛(wèi)星在、軌道的機械能分別為E1、E2、E3，則E1E2A，而BA，則CB，又根據(jù)vr，rCrB，得vCvB，故B項正確，A項錯誤.1234567891011125.(多選)如圖3所示，A表示地球同步衛(wèi)星，B為運行軌道比A低的一顆衛(wèi)星，C為地球赤道上某一高山山頂上的一個物體，兩顆衛(wèi)星及物體C的質(zhì)量都相同，關于

13、它們的線速度、角速度、運行周期和所受到的萬有引力的比較，下列關系式正確的是A.vBvAvC B.ABCC.FAFBFC D.TATCTB123456789101112圖3答案解析1234567891011126.(多選)“嫦娥三號”探月衛(wèi)星于2013年12月2日順利發(fā)射升空，已知“嫦娥三號”探月衛(wèi)星繞月球表面做勻速圓周運動，飛行N圈用時為t；地球的質(zhì)量為M，半徑為R，表面重力加速度為g；月球半徑為r，地球和月球間的距離為L，則綜合提升練123456789101112答案解析衛(wèi)星運行中只能估算中心天體的質(zhì)量，無法估算衛(wèi)星的質(zhì)量，C錯；1234567891011127.(多選)在發(fā)射一顆質(zhì)量為m的

14、地球同步衛(wèi)星時，先將其發(fā)射到貼近地球表面運行的圓軌道上(離地面高度忽略不計)，再通過一橢圓軌道變軌后到達距地面高度為h的預定圓軌道上.已知它在圓軌道上運行時的加速度為g，地球半徑為R，圖4中PQ長約為8R，衛(wèi)星在變軌過程中質(zhì)量不變，則C.衛(wèi)星在軌道上運行時經(jīng)過P點的速率大于在軌道 上運行時經(jīng)過P點的速率D.衛(wèi)星在軌道上的動能大于在軌道上的動能圖4123456789101112答案解析1234567891011128.(多選)“行星沖日”是指當?shù)厍蚯『眠\行到某地外行星和太陽之間且三者排成一條直線的天文現(xiàn)象.2014年4月9日發(fā)生了火星沖日的現(xiàn)象.已知火星和地球繞太陽公轉的方向相同，軌跡都可近似為

15、圓，火星公轉軌道半徑為地球的1.5倍，以下說法正確的是A.火星的公轉周期比地球的大B.火星的運行速度比地球的大C.每年都會出現(xiàn)火星沖日現(xiàn)象D.2015年一定不會出現(xiàn)火星沖日現(xiàn)象123456789101112答案解析1234567891011129.(多選)最近我國連續(xù)發(fā)射了多顆北斗導航定位衛(wèi)星，使我國的導航定位精度不斷提高.北斗導航衛(wèi)星有一種是處于地球同步軌道，假設其離地高度為h，地球半徑為R，地面附近重力加速度為g，則有A.該衛(wèi)星運行周期為24 h123456789101112答案解析解析地球同步衛(wèi)星和地球自轉同步，周期為24 h，A正確；12345678910111210.(2018山西晉

16、城質(zhì)檢)天文學家將相距較近、僅在彼此的引力作用下運行的兩顆恒星稱為雙星.若某雙星的質(zhì)量分別為M、m，間距為L，雙星各自圍繞其連線上的某點O做勻速圓周運動，其角速度分別為1、2，質(zhì)量為M的恒星軌道半徑為R，已知引力常量為G，則描述雙星運動的上述物理量滿足A.12C.GM22(LR)L2 D.Gm12R3解析雙星系統(tǒng)中兩顆星的角速度相同，12，則A、B項錯誤.123456789101112答案解析11.如圖5所示，A是地球的同步衛(wèi)星.另一衛(wèi)星B的圓形軌道位于赤道平面內(nèi)，離地面高度為h.已知地球半徑為R，地球自轉的角速度為0，地球表面的重力加速度為g，O為地心.(1)求衛(wèi)星B的運行周期.123456

17、789101112圖5答案見解析答案解析123456789101112解析根據(jù)萬有引力定律和牛頓第二定律，(2)若衛(wèi)星B繞行方向與地球自轉方向相同，某時刻A、B兩衛(wèi)星相距最近(O、B、A在同一直線上)，則至少經(jīng)過多長時間，它們再一次相距最近？解析由題意得(B0)t2123456789101112答案解析答案見解析(1)試推導第二宇宙速度的表達式.123456789101112答案解析解析設距地心無窮遠處的引力勢能為零，地球的半徑為R，第二宇宙速度為v，所謂第二宇宙速度，就是衛(wèi)星擺脫中心天體束縛的最小發(fā)射速度.則衛(wèi)星由地球表面上升到離地球表面無窮遠的過程，根據(jù)機械能守恒定律得EkEp012345

18、6789101112(2)已知逃逸速度大于真空中光速的天體叫黑洞，設某黑洞的質(zhì)量等于太陽的質(zhì)量M1.981030 kg，求它可能的最大半徑？答案2.93103 m則該黑洞可能的最大半徑為2.93103 m.123456789101112答案解析編后語 聽課對同學們的學習有著非常重要的作用。課聽得好好，直接關系到大家最終的學習成績。如何聽好課，同學們可以參考如下建議： 一、聽要點。 一般來說，一節(jié)課的要點就是老師們在備課中準備的講課大綱。許多老師在講課正式開始之前會告訴大家，同學們對此要格外注意。例如在學習物理課“力的三要素”這一節(jié)時，老師會先列出力的三要素大小、方向、作用點。這就是一堂課的要點。把這三點認真聽好了，這節(jié)課就基本掌握了。 二、聽思路。 思路就是我們思考問題的步驟。例如老師在講解一道數(shù)學題時，首先思考應該從什么地方下手，然后在思考用什么方法，通過什么樣的過程來進行解答。聽課時關鍵應該弄清楚老師講解問題的思路。 三、聽問題。 對于自己預習中不懂的內(nèi)容，上課時要重點把握。在聽講中要特別注意老師和課本中是怎么解釋的。如果老師在講課中一帶而過，并沒有詳細解答，大家要及時地把它們記下來，下課再向老師請教。 四、聽方法。 在課堂上不僅要聽老師講課的結論而且要認真關注老師分析、解決問題的方法。比如上語文課學習漢字，一般都