高考物理大一轮复习 第四章 曲线运动 万有引力与航天 基础课4 万有引力与航天课件 新人教版.ppt

基础课4万有引力与航天 知识点一 万有引力定律及其应用1 内容 自然界中任何两个物体都相互吸引 引力的方向在它们的连线上 引力的大小与物体的质量m1和m2的乘积 与它们之间距离r的平方 2 表达式 f g为引力常量 g 6 67 10 11n m2 kg2 成正比 成反比 3 适用条件 1 公式适用于 间的相互作用 当两个物体间的距离远远大于物体本身的大小时 物体可视为质点 2 质量分布均匀的球体可视为质点 r是 的距离 质点 两球心间 知识点二 环绕速度1 第一宇宙速度又叫 2 第一宇宙速度是人造地球卫星在 绕地球做匀速圆周运动时具有的速度 3 第一宇宙速度是人造卫星的 速度 也是人造地球卫星的 速度 环绕速度 地面附近 最大环绕 最小发射 知识点三 第二宇宙速度和第三宇宙速度 11 2 地球 16 7 太阳 知识点四 经典时空观和相对论时空观1 经典时空观 1 在经典力学中 物体的质量是不随 而改变的 2 在经典力学中 同一物理过程发生的位移和对应时间的测量结果在不同的参考系中是 的 运动状态 相同 不同 增大 3 狭义相对论的两条基本假设 1 相对性原理 在不同的惯性参考系中 一切物理规律都是 的 2 光速不变原理 不管在哪个惯性系中 测得的真空中的光速都是 的 不同 不变 思考判断 1 两物体间的距离趋近于0时 万有引力趋近于无穷大 2 行星在椭圆轨道上运行速率是变化的 离太阳越远 运行速率越小 3 近地卫星距离地球最近 环绕速度最小 4 人造地球卫星绕地球运动 其轨道平面一定过地心 5 地球同步卫星根据需要可以定点在北方正上空 6 极地卫星通过地球两极 且始终和地球某一经线平面重合 7 发射火星探测器的速度必须大于11 2km s 8 牛顿运动定律可以解决自然界中的所有问题 9 狭义相对论认为在不同惯性参考系中真空中的光速不变 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 万有引力定律的理解及应用 1 万有引力与重力的关系地球对物体的万有引力f表现为两个效果 一是重力mg 二是提供物体随地球自转的向心力f向 如图1所示 图1 1 物理学史 多选 第谷 开普勒等人对行星运动的研究漫长而曲折 牛顿在他们研究的基础上 得出了科学史上最伟大的定律之一 万有引力定律 下列有关万有引力定律的说法中正确的是 a 开普勒通过研究观测记录发现行星绕太阳运行的轨道是椭圆b 太阳与行星之间引力的规律并不适用于行星与它的卫星c 库仑利用实验较为准确地测出了引力常量g的数值d 牛顿在发现万有引力定律的过程中应用了牛顿第三定律的知识 解析开普勒通过研究观测记录发现行星绕太阳运行的轨道是椭圆 太阳与行星之间引力的规律既适用于其他行星 也适用于行星与它的卫星 选项a正确 b错误 引力常量g的数值是卡文迪许测出的 选项c错误 牛顿在发现万有引力定律的过程中应用了牛顿第三定律的知识 选项d正确 答案ad 2 万有引力定律的应用 多选 如图2所示 三颗质量均为m的地球同步卫星等间隔分布在半径为r的圆轨道上 设地球质量为m 半径为r 下列说法正确的是 图2 答案bc 3 重力加速度的计算 宇航员王亚平在 天宫1号 飞船内进行了我国首次太空授课 演示了一些完全失重状态下的物理现象 若飞船质量为m 距地面高度为h 地球质量为m 半径为r 引力常量为g 则飞船所在处的重力加速度大小为 答案b 中心天体质量和密度的估算 中心天体质量和密度常用的估算方法 1 中心天体质量的计算 2016 海南单科 7 多选 通过观测冥王星的卫星 可以推算出冥王星的质量 假设卫星绕冥王星做匀速圆周运动 除了引力常量外 至少还需要两个物理量才能计算出冥王星的质量 这两个物理量可以是 a 卫星的速度和角速度b 卫星的质量和轨道半径c 卫星的质量和角速度d 卫星的运行周期和轨道半径 答案ad 2 中心天体密度的估算 近年来 人类发射了多枚火星探测器 对火星进行科学探究 为将来人类登上火星 开发和利用火星资源奠定了坚实的基础 如果火星探测器环绕火星做 近地 匀速圆周运动 并测得该探测器运动的周期为t 则火星的平均密度 的表达式为 k是一个常数 答案d 方法技巧 卫星的运动规律 2 卫星的轨道 1 赤道轨道 卫星的轨道在赤道平面内 同步卫星就是其中的一种 2 极地轨道 卫星的轨道过南北两极 即在垂直于赤道的平面内 如极地气象卫星 3 其他轨道 除以上两种轨道外的卫星轨道 且轨道平面一定通过地球的球心 3 同步卫星的六个 一定 典例 2016年10月17日 我国利用长征二号fy11运载火箭成功将 神舟十一号 载人飞船送入离地面高度约为393km的轨道 已知地球半径约为6400km 若将 神舟十一号 飞船的运行轨道视为圆轨道 则与地球同步卫星相比 神舟十一号 飞船的 a 周期大b 角速度小c 线速度大d 向心加速度小 答案c 方法技巧 1 近地卫星 若取地球的第一宇宙速度为8km s 某行星的质量是地球质量的6倍 半径是地球的1 5倍 这颗行星的 第一宇宙速度 约为 a 2km sb 4km sc 16km sd 32km s 答案c 2 同步卫星 多选 研究表明 地球自转在逐渐变慢 3亿年前地球自转的周期约为22小时 假设这种趋势会持续下去 地球的其他条件都不变 未来人类发射的地球同步卫星与现在的相比 a 距地面的高度变小b 向心加速度变小c 线速度变小d 角速度变小 答案bcd 3 极地轨道卫星 2016 河南郑州一中开学考试 如图3所示 某极地卫星的运行轨道平面通过地球的南北两极 轨道可视为圆轨道 若已知该卫星从地球上北纬30 的正上方 按图示方向第一次运行至南纬60 正上方时所用时间为t 地球半径为r 地球可看作均匀球体 地球表面的重力加速度为g 引力常量为g 由以上条件无法求出的物理量是 图3 a 卫星运动的周期b 卫星所受的向心力c 地球的质量d 卫星距离地面的高度答案b 双星模型 双星模型 1 定义 绕公共圆心转动的两个星体组成的系统 我们称之为双星系统 如图4所示 图4 图5 a 质量之比ma mb 2 1b 角速度之比 a b 1 2c 线速度大小之比va vb 2 1d 向心力大小之比fa fb 2 1解析双星绕连线上的一点做匀速圆周运动 其角速度相同 周期相同 两者之间的万有引力提供向心力 f ma 2ra mb 2rb 所以ma mb 2 1 选项a正确 b d错误 由v r可知 线速度大小之比va vb 1 2 选项c错误 答案a 1 2016 全国卷 14 关于行星运动的规律 下列说法符合史实的是 a 开普勒在牛顿定律的基础上 导出了行星运动的规律b 开普勒在天文观测数据的基础上 总结出了行星运动的规律c 开普勒总结出了行星运动的规律 找出了行星按照这些规律运动的原因d 开普勒总结出了行星运动的规律 发现了万有引力定律 解析在天文观测数据的基础上总结出了开普勒天体运动三定律 找出了行星运动的规律 而牛顿发现了万有引力定律 答案b 2 2014 全国卷 18 假设地球可视为质量均匀分布的球体 已知地球表面重力加速度在两极的大小为g0 在赤道的大小为g 地球自转的周期为t 引力常量为g 地球的密度为 答案b 3 2016 全国卷 17 利用三颗位置适当的地球同步卫星 可使地球赤道上任意两点之间保