【優(yōu)化方案】浙江省高考物理總復習 第4章第四節(jié) 萬有引力與航天課件 大綱人教

第四節(jié)萬有引力與航天

課堂互動講練經(jīng)典題型探究知能優(yōu)化演練第四節(jié)萬有引力與航天基礎知識梳理基礎知識梳理一、開普勒行星運動規(guī)律定律內(nèi)容圖示開普勒第一定律所有的行星繞太陽運動的軌道都是_____，太陽處在橢圓的一個______上開普勒第二定律對任意一個行星而言，它與太陽的_____在相等的時間內(nèi)掃過_____的面積開普勒第三定律所有行星軌道半長軸的____方跟它的公轉(zhuǎn)周期的____方的比值都相等.＝k橢圓焦點連線相等三次二次特別提示：(1)開普勒三定律雖然是根據(jù)行星繞太陽的運動總結出來的，但也適用于衛(wèi)星繞行星的運動．(2)開普勒第三定律中的k是一個與運動天體無關的量，只與被環(huán)繞的中心天體有關．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，引力的方向在它們的連線上，引力的大小與物體的質(zhì)量m1和m2的______成正比，與它們之間______________成反比．2．公式：F＝_________，其中G＝6.67×10－11N·m2/kg2.3．適用條件：嚴格地說，公式只適用于_____間的相互作用，當兩個物體間的距離_______物體本身的大小時，公式也可以使用．對于均勻的球體，r是________________．乘積距離r的二次方遠大于質(zhì)點兩球心間的距離三、三種宇宙速度宇宙速度數(shù)值(km/s)意義第一宇宙速度7.9這是衛(wèi)星繞地球做圓周運動的最小發(fā)射速度，若7.9km/s≤v<11.2km/s，物體繞______運行(環(huán)繞速度)第二宇宙速度11.2這是物體掙脫地球引力束縛的最小發(fā)射速度，若11.2km/s≤v<16.7km/s，物體繞_____運行(脫離速度)第三宇宙速度16.7這是物體掙脫太陽引力束縛的最小發(fā)射速度，若

v≥16.7km/s，物體將脫離_______在宇宙空間運行(逃逸速度)地球太陽太陽系名師點撥：(1)三種宇宙速度均指的是發(fā)射速度，不能理解為環(huán)繞速度．(2)第一宇宙速度既是最小發(fā)射速度，又是衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動的最大環(huán)繞速度．四、關于同步衛(wèi)星的五個“一定”1．軌道平面一定：軌道平面與赤道平面共面．2．周期一定：與地球自轉(zhuǎn)周期相同，即T＝24h.3．角速度一定：與地球自轉(zhuǎn)的角速度相同．課堂互動講練一、萬有引力與重力的關系1．萬有引力對物體的作用效果可以等效為兩個力的作用，一個是重力mg，另一個是物體隨地球自轉(zhuǎn)所需的向心力F向．如圖4－4－1所示，圖4－4－1答案：：AB三、人人造衛(wèi)衛(wèi)星的的繞行行速度度、角角速度度、周周期、、向心心加速速度與與半徑徑的關關系即時應應用(即時突突破，，小試試牛刀刀)3.美國的的全球球衛(wèi)星星定位位系統(tǒng)統(tǒng)(簡稱GPS)由24顆衛(wèi)星星組成成，這這些衛(wèi)衛(wèi)星距距地面面的高高度均均為20000km.我國的的“北斗一一號”衛(wèi)星定定位系系統(tǒng)由由三顆顆衛(wèi)星星組成成，三三顆衛(wèi)衛(wèi)星都都定位位在距距地面面36000km的地球球同步步軌道道上．．比較較這些些衛(wèi)星星，下下列說說法中中正確確的是是()A．“北斗一一號”系統(tǒng)中中的三三顆衛(wèi)衛(wèi)星的的質(zhì)量量必須須相同同B．GPS的衛(wèi)星星比“北斗一一號”的衛(wèi)星星周期期短C．GPS的衛(wèi)星星比“北斗一一號”的衛(wèi)星星的加加速度度大D．GPS的衛(wèi)星星比“北斗一一號”的衛(wèi)星星的運運行速速度小小(2)人造地地球衛(wèi)衛(wèi)星的的最小小發(fā)射射速度度等于于近地地衛(wèi)星星的運運行速速度，，此時時發(fā)射射衛(wèi)星星的動動能全全部作作為繞繞行的的動能能而不不需要要轉(zhuǎn)化化為重重力勢勢能．．此速速度即即為第第一宇宇宙速速度，，此時時v發(fā)射＝v環(huán)繞，即第第一宇宇宙速速度也也等于于最大大環(huán)繞繞速度度．2．兩種種周期期——自轉(zhuǎn)周周期和和公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)周期期自轉(zhuǎn)周周期是是天體體繞自自身某某軸線線轉(zhuǎn)動動一周周的時時間，，公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)周期期是衛(wèi)衛(wèi)星繞繞中心心天體體做圓圓周運運動一一周的的時間間．一一般情情況下下天體體的自自轉(zhuǎn)周周期和和公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)周期期是不不等的的，如如：地地球自自轉(zhuǎn)周周期為為24小時，，公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)周期期為365天．但但也有有相等等的，，如月月球，，自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)、公公轉(zhuǎn)周周期都都約為為27天，所以以地球上上同一地地點看到到的都是是月球固固定的一一面(同步衛(wèi)星星也是如如此)．即時應用用(即時突破破，小試試牛刀)4.(2010年高考天天津卷)探測器繞繞月球做做勻速圓圓周運動動，變軌軌后在周周期較小小的軌道道上仍做做勻速圓圓周運動動，則變變軌后與與變軌前前相比()A．軌道半半徑變小小B．向心加加速度變變小C．線速度度變小D．角速度度變小經(jīng)典題型探究題型一有關天體的計算例1(2011年麗水模模擬)我國“嫦娥二號號”月球探測測器在繞繞月球成成功運行行之后，，為進一一步探測測月球的的詳細情情況，又又發(fā)射了了一顆繞繞月球表表面飛行行的科學學試驗衛(wèi)衛(wèi)星．假假設衛(wèi)星星繞月球球做圓周周運動，，月球繞繞地球也也做圓周周運動，，且軌道道都在同同一平面面內(nèi)．已已知衛(wèi)星星繞月球球運動周周期T0，地球表面處處的重力加速速度g，地球半徑R0，月心與地心心間的距離r0m，引力常量G，試求：(1)月球的平均密密度ρ；(2)月球繞地球運運轉(zhuǎn)的周期T.變式訓練1(2009年高考全國卷卷Ⅰ)天文學家新發(fā)發(fā)現(xiàn)了太陽系系外的一顆行行星．這顆行行星的體積是是地球的4.7倍，質(zhì)量是地地球的25倍．已知某一一近地衛(wèi)星繞繞地球運動的的周期約為1.4小時，引力常常量G＝6.67×10－11N·m2/kg2，由此估算該該行星的平均均密度約為()A．1.8×103kg/m3B．5.6×103kg/m3C．1.1×104kg/m3D．2.9×104kg/m3(2009年高考安徽理理綜卷)2009年2月11日，俄羅斯的的“宇宙－2251”衛(wèi)星和美國的的“銥－33”衛(wèi)星在西伯利利亞上空約805km處發(fā)生碰撞．．這是歷史上上首次發(fā)生的的完整在軌衛(wèi)衛(wèi)星碰撞事件件．碰撞過程程中產(chǎn)生的大大量碎片可能能會影響太空空環(huán)境．假定定有甲、乙兩兩塊碎片，繞繞地球運動的的軌道都是圓圓，甲的運行行速率比乙的的大，則下列列說法中正確確的是()A．甲的運行周周期一定比乙乙的長B．甲距地面的的高度一定比比乙的高C．甲的向心力力一定比乙的的小D．甲的加速度度一定比乙的的大題型二有關衛(wèi)星各運行參量的比較例2【答案】D【方法技巧】衛(wèi)星運行的線線速度、角速速度、向心加加速度、周期期都是由軌道道半徑r決定的．變式訓練2(2010年高考山東理理綜卷)1970年4月24日，我國自行行設計、制造造的第一顆人人造衛(wèi)星“東方紅一號”發(fā)射成功，開開創(chuàng)了我國航航天事業(yè)的新新紀元．“東方紅一號”的運行軌道為為橢圓軌道，，其近地點M和遠地點N的高度分別為為439km和2384km，則()圖4－4－2A．衛(wèi)星在M點的勢能大于于N點的勢能B．衛(wèi)星在M點的角速度大大于N點的角速度C．衛(wèi)星在M點的加速度大大于N點的加速度D．衛(wèi)星在N點的速度大于于7.9km/s(滿分樣板8分)如圖4－4－3，一宇航員站站在某質(zhì)量分分布均勻的星星球表面一斜斜坡上的A點，沿水平方方向以初速度度v0拋出一個小球球，測得經(jīng)時時間t落到斜坡上另另一點B，斜坡的傾角角為α，已知該星球球半徑為R，求：(1)該星球表面的的重力加速度度；(2)該星球的第一一宇宙速度．．題型三天體運動中的綜合問題例3圖4－4－3【方法技巧】解決此類題的的關鍵是要明明確衛(wèi)星的第第一宇宙速度度等于近地衛(wèi)衛(wèi)星的環(huán)繞速速度．變式訓練3宇航員在月球球表面完成下下面實驗：在在一固定的豎豎直光滑圓弧弧軌道內(nèi)部的的最低點，靜靜止一質(zhì)量為為m的小球(可視為質(zhì)點)，如圖4－4－4所示．當給小小球一水平初初速度v0時，剛好能使使小球在豎直直平面內(nèi)做完完整的圓周運運動．已知圓圓弧軌道半徑徑為r，月球的半徑徑為R，萬有引力常常量為G.若在月球表面面發(fā)射一顆環(huán)環(huán)月衛(wèi)星，所所需最小發(fā)射射速度為()圖4－4－4(2010年高考江蘇卷卷)2009年5月，航天飛機機在完成對哈哈勃空間望遠遠鏡的維修任任務后，在A點從圓形軌軌道Ⅰ進入橢圓軌軌道Ⅱ，B為軌道Ⅱ上的一點，，如圖4－4－5所示．關于于航天飛機機的運動，，下列說法法中正確的的有()題型四關于衛(wèi)星、飛船的變軌問題例4圖4－4－5A．在軌道Ⅱ上經(jīng)過A的速度小于于經(jīng)過B的速度B．在軌道Ⅱ上經(jīng)過A的動能小于于在軌道Ⅰ上經(jīng)過A的動能C．在軌道Ⅱ上運動的周周期小于在在軌道Ⅰ上運動的周周期D．在軌道Ⅱ上經(jīng)過A的加速度小小于在軌道道Ⅰ上經(jīng)過A的加速度【解析】航天飛機在在軌道Ⅱ上從遠地點點A向近地點B運動的過程程中萬有引引力做正功功，所以A點的速度小小于B點的速度，，A正確；航天天飛機在A點減速后才才能做向心心運動，從從圓形軌道道Ⅰ進入橢圓軌軌道Ⅱ，所以在軌軌道Ⅱ上經(jīng)過A點的動能小小于在軌道道Ⅰ上經(jīng)過A點的動能，，B正確；【答案】ABC變式訓練4(2009年高考福建建理綜卷)“嫦娥一號”月球探測器