高考物理大一輪復習 第四章 曲線運動 萬有引力與航天 基礎課4 萬有引力與航天課件 新人教版

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1、基礎課基礎課4萬有引力與航天萬有引力與航天知識點一、萬有引力定律及其應用知識點一、萬有引力定律及其應用1內容：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，內容：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量引力的大小與物體的質量m1和和m2的乘積的乘積_，與它們之間距離，與它們之間距離r的平方的平方_。2表達式：表達式：F_G為引力常量：為引力常量：G6.671011 Nm2/kg2。成正比成正比成反比成反比3適用條件適用條件(1)公式適用于公式適用于_間的相互作用。當兩個物體間的距離遠間的相互作用。當兩個物體間的距離遠遠大于物體本身的大小時，物

2、體可視為質點。遠大于物體本身的大小時，物體可視為質點。(2)質量分布均勻的球體可視為質點，質量分布均勻的球體可視為質點，r是是_的距離。的距離。質點質點兩球心間兩球心間知識點二、環(huán)繞速度知識點二、環(huán)繞速度1第一宇宙速度又叫第一宇宙速度又叫_。2第一宇宙速度是人造地球衛(wèi)星在第一宇宙速度是人造地球衛(wèi)星在_繞地球做勻速圓繞地球做勻速圓周運動時具有的速度。周運動時具有的速度。3第一宇宙速度是人造衛(wèi)星的第一宇宙速度是人造衛(wèi)星的_速度，也是人造地速度，也是人造地球衛(wèi)星的球衛(wèi)星的_速度。速度。環(huán)繞速度環(huán)繞速度地面附近地面附近最大環(huán)繞最大環(huán)繞最小發(fā)射最小發(fā)射知識點三、第二宇宙速度和第三宇宙速度知識點三、第二宇

3、宙速度和第三宇宙速度名稱大小掙脫第二宇宙速度（逃逸速度）_km/s_的引力束縛第三宇宙速度_km/s_的引力束縛11.2地球地球16.7太陽太陽知識點四、經典時空觀和相對論時空觀知識點四、經典時空觀和相對論時空觀1經典時空觀經典時空觀(1)在經典力學中，物體的質量是不隨在經典力學中，物體的質量是不隨_而改變的。而改變的。(2)在經典力學中，同一物理過程發(fā)生的位移和對應時間的測在經典力學中，同一物理過程發(fā)生的位移和對應時間的測量結果在不同的參考系中是量結果在不同的參考系中是_的。的。運動狀態(tài)運動狀態(tài)相同相同不同不同增大增大3狹義相對論的兩條基本假設狹義相對論的兩條基本假設(1)相對性原理：在不同

4、的慣性參考系中，一切物理規(guī)律都是相對性原理：在不同的慣性參考系中，一切物理規(guī)律都是_的。的。(2)光速不變原理：不管在哪個慣性系中，測得的真空中的光光速不變原理：不管在哪個慣性系中，測得的真空中的光速都是速都是_的。的。不同不同不變不變思考判斷思考判斷(1)兩物體間的距離趨近于兩物體間的距離趨近于0時，萬有引力趨近于無窮大。時，萬有引力趨近于無窮大。()(2)行星在橢圓軌道上運行速率是變化的，離太陽越遠，運行速率行星在橢圓軌道上運行速率是變化的，離太陽越遠，運行速率越小。越小。()(3)近地衛(wèi)星距離地球最近，環(huán)繞速度最小。近地衛(wèi)星距離地球最近，環(huán)繞速度最小。()(4)人造地球衛(wèi)星繞地球運動，其

5、軌道平面一定過地心。人造地球衛(wèi)星繞地球運動，其軌道平面一定過地心。()(5)地球同步衛(wèi)星根據(jù)需要可以定點在北方正上空。地球同步衛(wèi)星根據(jù)需要可以定點在北方正上空。()(6)極地衛(wèi)星通過地球兩極，且始終和地球某一經線平面重合。極地衛(wèi)星通過地球兩極，且始終和地球某一經線平面重合。()(7)發(fā)射火星探測器的速度必須大于發(fā)射火星探測器的速度必須大于11.2 km/s。()(8)牛頓運動定律可以解決自然界中的所有問題。牛頓運動定律可以解決自然界中的所有問題。()(9)狹義相對論認為在不同慣性參考系中真空中的光速不變。狹義相對論認為在不同慣性參考系中真空中的光速不變。()答案答案(1)(2)(3)(4)(5

6、)(6)(7)(8)(9)萬有引力定律的理解及應用萬有引力定律的理解及應用1萬有引力與重力的關系萬有引力與重力的關系地球對物體的萬有引力地球對物體的萬有引力F表現(xiàn)為兩個效果：一是重力表現(xiàn)為兩個效果：一是重力mg，二，二是提供物體隨地球自轉的向心力是提供物體隨地球自轉的向心力F向向，如圖，如圖1所示。所示。圖圖11物理學史物理學史(多選多選)第谷、開普勒等人對行星運動的研究漫長第谷、開普勒等人對行星運動的研究漫長而曲折，牛頓在他們研究的基礎上，得出了科學史上最偉大而曲折，牛頓在他們研究的基礎上，得出了科學史上最偉大的定律之一的定律之一萬有引力定律。下列有關萬有引力定律的說萬有引力定律。下列有關萬

7、有引力定律的說法中正確的是法中正確的是()A開普勒通過研究觀測記錄發(fā)現(xiàn)行星繞太陽運行的軌道是開普勒通過研究觀測記錄發(fā)現(xiàn)行星繞太陽運行的軌道是橢圓橢圓B太陽與行星之間引力的規(guī)律并不適用于行星與它的衛(wèi)星太陽與行星之間引力的規(guī)律并不適用于行星與它的衛(wèi)星C庫侖利用實驗較為準確地測出了引力常量庫侖利用實驗較為準確地測出了引力常量G的數(shù)值的數(shù)值D牛頓在發(fā)現(xiàn)萬有引力定律的過程中應用了牛頓第三定律牛頓在發(fā)現(xiàn)萬有引力定律的過程中應用了牛頓第三定律的知識的知識解析開普勒通過研究觀測記錄發(fā)現(xiàn)行星繞太陽運行的軌道是解析開普勒通過研究觀測記錄發(fā)現(xiàn)行星繞太陽運行的軌道是橢圓，太陽與行星之間引力的規(guī)律既適用于其他行星，也適

8、用橢圓，太陽與行星之間引力的規(guī)律既適用于其他行星，也適用于行星與它的衛(wèi)星，選項于行星與它的衛(wèi)星，選項A正確，正確，B錯誤；引力常量錯誤；引力常量G的數(shù)值是的數(shù)值是卡文迪許測出的，選項卡文迪許測出的，選項C錯誤；牛頓在發(fā)現(xiàn)萬有引力定律的過錯誤；牛頓在發(fā)現(xiàn)萬有引力定律的過程中應用了牛頓第三定律的知識，選項程中應用了牛頓第三定律的知識，選項D正確。正確。答案答案AD2萬有引力定律的應用萬有引力定律的應用(多選多選)如圖如圖2所示，三顆質量均為所示，三顆質量均為m的的地球同步衛(wèi)星等間隔分布在半徑為地球同步衛(wèi)星等間隔分布在半徑為r的圓軌道上，設地球質量的圓軌道上，設地球質量為為M，半徑為，半徑為R。下列

9、說法正確的是。下列說法正確的是()圖圖2答案答案BC3重力加速度的計算重力加速度的計算宇航員王亞平在宇航員王亞平在“天宮天宮1號號”飛船內進飛船內進行了我國首次太空授課，演示了一些完全失重狀態(tài)下的物理行了我國首次太空授課，演示了一些完全失重狀態(tài)下的物理現(xiàn)象。若飛船質量為現(xiàn)象。若飛船質量為m，距地面高度為，距地面高度為h，地球質量為，地球質量為M，半，半徑為徑為R，引力常量為，引力常量為G，則飛船所在處的重力加速度大小為，則飛船所在處的重力加速度大小為()答案答案B中心天體質量和密度的估算中心天體質量和密度的估算中心天體質量和密度常用的估算方法中心天體質量和密度常用的估算方法1中心天體質量的計算

10、中心天體質量的計算(2016海南單科，海南單科，7)(多選多選)通過觀測冥通過觀測冥王星的衛(wèi)星，可以推算出冥王星的質量。假設衛(wèi)星繞冥王星王星的衛(wèi)星，可以推算出冥王星的質量。假設衛(wèi)星繞冥王星做勻速圓周運動，除了引力常量外，至少還需要兩個物理量做勻速圓周運動，除了引力常量外，至少還需要兩個物理量才能計算出冥王星的質量。這兩個物理量可以是才能計算出冥王星的質量。這兩個物理量可以是()A衛(wèi)星的速度和角速度衛(wèi)星的速度和角速度 B衛(wèi)星的質量和軌道半徑衛(wèi)星的質量和軌道半徑C衛(wèi)星的質量和角速度衛(wèi)星的質量和角速度 D衛(wèi)星的運行周期和軌道半徑衛(wèi)星的運行周期和軌道半徑答案答案AD2中心天體密度的估算中心天體密度的估

11、算近年來，人類發(fā)射了多枚火星探測器，近年來，人類發(fā)射了多枚火星探測器，對火星進行科學探究，為將來人類登上火星、開發(fā)和利用火對火星進行科學探究，為將來人類登上火星、開發(fā)和利用火星資源奠定了堅實的基礎。如果火星探測器環(huán)繞火星做星資源奠定了堅實的基礎。如果火星探測器環(huán)繞火星做“近近地地”勻速圓周運動，并測得該探測器運動的周期為勻速圓周運動，并測得該探測器運動的周期為T，則火，則火星的平均密度星的平均密度的表達式為的表達式為(k是一個常數(shù)是一個常數(shù))()答案答案D方法技巧方法技巧衛(wèi)星的運動規(guī)律衛(wèi)星的運動規(guī)律2衛(wèi)星的軌道衛(wèi)星的軌道(1)赤道軌道：衛(wèi)星的軌道在赤道平面內，同步衛(wèi)星就是其中赤道軌道：衛(wèi)星的軌

12、道在赤道平面內，同步衛(wèi)星就是其中的一種。的一種。(2)極地軌道：衛(wèi)星的軌道過南北兩極，即在垂直于赤道的平極地軌道：衛(wèi)星的軌道過南北兩極，即在垂直于赤道的平面內，如極地氣象衛(wèi)星。面內，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，且軌道平面一其他軌道：除以上兩種軌道外的衛(wèi)星軌道，且軌道平面一定通過地球的球心。定通過地球的球心。3同步衛(wèi)星的六個同步衛(wèi)星的六個“一定一定”【典例】【典例】2016年年10月月17日，我國利用長征二號日，我國利用長征二號FY11運載火箭運載火箭成功將成功將“神舟十一號神舟十一號”載人飛船送入離地面高度約為載人飛船送入離地面高度約為393 km的軌道。已知地

13、球半徑約為的軌道。已知地球半徑約為6 400 km。若將。若將“神舟十一號神舟十一號”飛船的運行軌道視為圓軌道，則與地球同步衛(wèi)星相比，飛船的運行軌道視為圓軌道，則與地球同步衛(wèi)星相比，“神神舟十一號舟十一號”飛船的飛船的()A周期大周期大 B角速度小角速度小C線速度大線速度大 D向心加速度小向心加速度小答案答案C方法技巧方法技巧1近地衛(wèi)星近地衛(wèi)星 若取地球的第一宇宙速度為若取地球的第一宇宙速度為8 km/s，某行星的質，某行星的質量是地球質量的量是地球質量的6倍，半徑是地球的倍，半徑是地球的1.5倍，這顆行星的倍，這顆行星的“第第一宇宙速度一宇宙速度”約為約為()A2 km/s B4 km/s

14、C16 km/s D32 km/s答案答案C2同步衛(wèi)星同步衛(wèi)星(多選多選)研究表明，地球自轉在逐漸變慢，研究表明，地球自轉在逐漸變慢，3億年前億年前地球自轉的周期約為地球自轉的周期約為22小時。假設這種趨勢會持續(xù)下去，地小時。假設這種趨勢會持續(xù)下去，地球的其他條件都不變，未來人類發(fā)射的地球同步衛(wèi)星與現(xiàn)在球的其他條件都不變，未來人類發(fā)射的地球同步衛(wèi)星與現(xiàn)在的相比的相比()A距地面的高度變小距地面的高度變小 B向心加速度變小向心加速度變小C線速度變小線速度變小 D角速度變小角速度變小答案答案BCD3極地軌道衛(wèi)星極地軌道衛(wèi)星(2016河南鄭州一中開學考試河南鄭州一中開學考試)如圖如圖3所示，所示，某

15、極地衛(wèi)星的運行軌道平面通過地球的南北兩極某極地衛(wèi)星的運行軌道平面通過地球的南北兩極(軌道可視為軌道可視為圓軌道圓軌道)，若已知該衛(wèi)星從地球上北緯，若已知該衛(wèi)星從地球上北緯30的正上方，按圖示的正上方，按圖示方向第一次運行至南緯方向第一次運行至南緯60正上方時所用時間為正上方時所用時間為t，地球半徑，地球半徑為為R(地球可看作均勻球體地球可看作均勻球體)，地球表面的重力加速度為，地球表面的重力加速度為g，引，引力常量為力常量為G，由以上條件無法求出的物理量是，由以上條件無法求出的物理量是()圖圖3A衛(wèi)星運動的周期衛(wèi)星運動的周期 B衛(wèi)星所受的向心力衛(wèi)星所受的向心力C地球的質量地球的質量 D衛(wèi)星距離

16、地面的高度衛(wèi)星距離地面的高度答案答案B雙星模型雙星模型雙星模型雙星模型(1)定義：繞公共圓心轉動的兩個星體組成的系統(tǒng)，我們稱之為定義：繞公共圓心轉動的兩個星體組成的系統(tǒng)，我們稱之為雙星系統(tǒng)。如圖雙星系統(tǒng)。如圖4所示。所示。圖圖4圖圖5A質量之比質量之比mAmB21B角速度之比角速度之比AB12C線速度大小之比線速度大小之比vAvB21D向心力大小之比向心力大小之比FAFB21解析解析雙星繞連線上的一點做勻速圓周運動，其角速度相同，雙星繞連線上的一點做勻速圓周運動，其角速度相同，周期相同，兩者之間的萬有引力提供向心力，周期相同，兩者之間的萬有引力提供向心力，F(xiàn)mA2rAmB2rB，所以，所以mA

17、mB21，選項，選項A正確，正確，B、D錯誤；由錯誤；由vr可知，線速度大小之比可知，線速度大小之比vAvB12，選項，選項C錯誤。錯誤。答案答案A1(2016全國卷全國卷，14)關于行星運動的規(guī)律，下列說法符合關于行星運動的規(guī)律，下列說法符合史實的是史實的是()A開普勒在牛頓定律的基礎上，導出了行星運動的規(guī)律開普勒在牛頓定律的基礎上，導出了行星運動的規(guī)律B開普勒在天文觀測數(shù)據(jù)的基礎上，總結出了行星運動的開普勒在天文觀測數(shù)據(jù)的基礎上，總結出了行星運動的規(guī)律規(guī)律C開普勒總結出了行星運動的規(guī)律，找出了行星按照這些開普勒總結出了行星運動的規(guī)律，找出了行星按照這些規(guī)律運動的原因規(guī)律運動的原因D開普勒總

18、結出了行星運動的規(guī)律，發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律開普勒總結出了行星運動的規(guī)律，發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律解析在天文觀測數(shù)據(jù)的基礎上總結出了開普勒天體運動三定解析在天文觀測數(shù)據(jù)的基礎上總結出了開普勒天體運動三定律，找出了行星運動的規(guī)律，而牛頓發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律。律，找出了行星運動的規(guī)律，而牛頓發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律。答案答案B2(2014全國卷全國卷，18)假設地球可視為質量均勻分布的球體。假設地球可視為質量均勻分布的球體。已知地球表面重力加速度在兩極的大小為已知地球表面重力加速度在兩極的大小為g0，在赤道的大小，在赤道的大小為為g；地球自轉的周期為；地球自轉的周期為T，引力常量為，引力常量為G。地球的密度為。地球

19、的密度為()答案答案B3(2016全國卷全國卷，17)利用三顆位置適當?shù)牡厍蛲叫l(wèi)星，利用三顆位置適當?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轉周期的最小值約為()A1 h B4 h C8 h D16 h答案答案B圖圖6AS1的質量比的質量比S2的大的大BP1的質量比的質量比P2的大的大CP1的第一宇宙速度比的第一宇宙速度比P2的小的小DP1的平均密度比的平均密度比P2的大的大答案答案B