《三维设计》2014新课标高考物理一轮总复习课件 第四章第4单元 万有引力与航天(64张ppt).ppt

想一想,(1)开普勒行星运动定律不仅适用于行星绕太阳运动，也适用于卫星绕地球运动，若一颗卫星绕地球做椭圆轨道运动，则它在近地点和远地点的速度大小关系如何？ (2)请根据万有引力定律和牛顿第二定律分析地球表面上不同质量的物体的重力加速度大小关系。,万有引力定律,记一记,1开普勒行星运动定律,椭圆,焦点,半长轴,公转周期,2万有引力定律,6.67×1011N·m2/kg2,质点,两球心,质点,试一试 1一名宇航员来到一个星球上，如果该星球的质量是 地球质量的一半，它的直径也是地球直径的一半，那么这名宇航员在该星球上所受的万有引力大小是它在地球上所受万有引力的 ( ) A0.25倍 B0.5倍 C2.0倍 D4.0倍,答案：C,卫星运行规律及宇宙速度,想一想,在地球周围飞行着许多人造地球卫星，由于用途不同，它们的运行轨道也不相同，请思考以下问题： (1)若各卫星的轨道均为圆形轨道，这些轨道有什么共同点。 (2)各圆形轨道卫星的飞行速度是不同的，卫星离地面越近，其飞行速度越大还是越小，它们的最大速度是多少？,超链接,提示：(1)各圆形轨道的圆心均为地球的球心。 (2)离地面越近的卫星，飞行速度越大，卫星沿圆形轨道运行的最大速度为7.9 km/s，也就是第一宇宙速度。,记一记,1地球同步卫星的特点 (1)轨道平面一定：轨道平面和 平面重合。 (2)周期一定：与地球 周期相同，即T24h86 400 s。 (3)角速度一定：与地球自转的角速度相同。,赤道,自转,一致,2极地卫星和近地卫星 (1)极地卫星运行时每圈都经过 ，由于地球自转，极地卫星可以实现全球覆盖。 (2)近地卫星是在地球表面附近环绕地球做匀速圆周运动的卫星，其运行的轨道半径可近似认为等于 ，其运行线速度约为 km/s。 (3)两种卫星的轨道平面一定通过 。,南北两极,地球的半径,7.9,地球的球心,3三种宇宙速度比较,7.9,11.2,16.7,地球,太阳,宇宙空间,试一试 2由于通讯和广播等方面的需要，许多国家发射了地 球同步轨道卫星，这些卫星的 ( ) A质量可以不同 B轨道半径可以不同 C轨道平面可以不同 D速率可以不同 解析：同步卫星轨道只能在赤道平面内，高度一定，轨道半径一定，速率一定，但质量可以不同，A项正确。 答案：A,经典时空观和相对论时空观,记一记,1经典时空观 (1)在经典力学中，物体的质量是不随速度的改变而改变的。 (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相同的。 2相对论时空观 同一过程的位移和时间的测量与参考系有关，在不同的参考系中不同。 3经典力学有它的适用范围 只适用于低速运动，不适用于高速运动；只适用于宏观世界，不适用于微观世界。,试一试 3下列说法正确的是 ( ) A牛顿运动定律就是经典力学 B经典力学的基础是牛顿运动定律 C牛顿运动定律可以解决自然界中所有的问题 D经典力学可以解决自然界中所有的问题 解析：经典力学并不等于牛顿运动定律，牛顿运动定律只是经典力学的基础，经典力学并非万能，也有其适用范围，并不能解决自然界中所有的问题，没有哪个理论可以解决自然界中所有的问题。因此只有搞清牛顿运动定律和经典力学的隶属关系，明确经典力学的适用范围，才能正确解决此类问题。 答案：B,人造卫星的运行问题,1.一种模型 无论自然天体(如地球、月亮)还是人造天体(如宇宙飞船、人造卫星)都可以看做质点，围绕中心天体(视为静止)做匀速圆周运动。 2两条思路,3三个物体 求解卫星运行问题时，一定要认清三个物体(赤道上的物体、近地卫星、同步卫星)之间的关系。,比较内容,赤道表面的 物体,近地卫星,同步卫星,向心力来源,万有引力的分力,万有引力,向心力方向,指向地心,重力与万有引力的关系,重力略小于万有引力,重力等于万有引力,线速度,v11R,比较内容,赤道表面 的物体,近地卫星,同步卫星,线速度,v1v3v2(v2为第一宇宙速度),角速度,1自,132,向心加 速度,a112R,a1a3a2,4.四个关系 “四个关系”是指人造卫星的加速度、线速度、角速度、周期与轨道半径的关系。,例1 (2012·浙江高考)如图441所示，在火星与木星轨道之间有一小行星带。假设该带中的小行星只受到太阳的引力，并绕太阳做匀速圆周运动。下列说法正确的是( ),图441,A太阳对各小行星的引力相同 B各小行星绕太阳运动的周期均小于一年 C小行星带内侧小行星的向心加速度值大于外侧小行星的向心加速度值 D小行星带内各小行星圆周运动的线速度值大于地球公转的线速度值,答案 C,(1)不同轨道上运行的卫星的加速度、线速度、角速度、周期可以比较大小，但不同轨道上卫星的质量及所受的万有引力大小无法比较。 (2)要熟记经常用到的常数，如地球自转一周为一天，绕太阳公转一周为一年，月球绕地球公转一周为一月(27.3天)等。,天体质量和密度的估算,例2 (2012·福建高考)一卫星绕某一行星表面附近做匀速圆周运动，其线速度大小为v。假设宇航员在该行星表面上用弹簧测力计测量一质量为m的物体重力，物体静止时，弹簧测力计的示数为N。已知引力常量为G，则这颗行星的质量为 ( ),审题指导 (1)明确行星表面附近的绕行卫星的轨道半径与行星半径的大小关系。 (2)弹簧测力计的示数、物体的重力与其所受万有引力的大小关系。,答案 B,估算天体质量和密度时应注意的问题,卫星的变轨问题,1.圆轨道上的稳定运行,2变轨运行分析,例3 2012年6月16日18时37分，执行我国首次载人交会对接任务的“神舟九号”载人飞船发射升空，在距地面343公里的近圆轨道上，与等待已久的“天宫一号”实现多次交会对接、分离，于6月29日10时许成功返回地面，下列关于“神舟九号”与“天宫一号”的说法正确的是 ( ) A若知道“天宫一号”的绕行周期，再利用引力常量，就可算出地球的质量 B在对接前，“神舟九号”轨道应稍低于“天宫一号”的轨道，然后让“神舟九号”加速追上“天宫一号”并与之对接,C在对接前，应让“神舟九号”和“天宫一号”在同一轨道上绕地球做圆周运动，然后让“神舟九号”加速追上“天宫一号”并与之对接 D“神舟九号”返回地面时应在绕行轨道上先减速 审题指导 (1)航天器在圆形轨道上运行时，地球对航天器的万有引力恰好提供向心力。 (2)航天器要实现变轨，应增大或减小其运行速率。,尝试解题,答案 BD,万有引力定律与其他知识的综合应用,例4我国探月的“嫦娥”工程已启动， 在不久的将来，我国宇航员将登上月球。 假设探月宇航员站在月球表面一斜坡上的 M点，并沿水平方向以初速度v0抛出一个 小球，测得小球经时间t落到斜坡上另一点N，斜面的倾角为，如图442所示。将月球视为密度均匀、半径为r的球体，引力恒量为G，则月球的密度为( ),图442,审题指导 第一步：抓关键点,关键点,获取信息,从M点平抛落到N点,宇航员在月球表面平抛小球,小球运动的加速度为月球表面的重力加速度,第二步：找突破口,尝试解题,答案 C,模型概述 在天体运动中，将两颗彼此相距较近且在相互之间万有引力作用下，绕两者连线上的某点做周期相同的匀速圆周运动的行星称为双星。,超链接,答案 A,题后悟道 我们通常研究卫星绕地球或行星绕太阳运行问题时，卫星到地球中心或行星到太阳中心间距与它们的轨道半径大小是相等的，但在宇宙双星问题中，行星间距与轨道半径是不同的，这点要引起重视。,银河系的恒星中大约四分之一是双星，某双星由质量不等的星体S1和S2构成，两星在相互之间的万有引力作用下绕两者连线上某一定点C做匀速圆周运动。由天文观察测得其运动周期为T，S1到C点的距离为r1，S1和S2的距离为r，已知引力常量为G。由此可求出S2的质量为 ( ),答案：D,随堂巩固落实,答案：B,2(2012·广东高考)如图443所示，飞 船从轨道1变轨至轨道2。若飞船在两 轨道上都做匀速圆周运动，不考虑质 量变化，相对于在轨道1上，飞船在轨 道2上的 ( ) A动能大 B向心加速度大 C运行周期长 D角速度小,图443,答案：CD,3一行星绕恒星做圆周运动。由天文观测可得，其运 行周期为 T，速度为 v。引力常量为 G，则下列说法正确的是 ( ),答案：ACD,4(2013·唐山模拟)宇宙中，两颗靠得 比较近的恒星，只受到彼此之间的 万有引力作用互相绕转，称之为双星系统。在浩瀚的银河系中，多数恒星都是双星系统。设某双星系统A、B绕其连线上的O点做匀速圆周运动，如图444所示。若AOOB，则 ( ) A星球A的质量一定大于B的质量 B星球A的线速度一定大于B的线速度,图444,C双星间距离一定，双星的质量越大，其转动周期越 大 D双星的质量一定，双星之间的距离越大，其转动周期越 大,答案：BD,5(2013·广东调研)在地球的圆形同步轨道上有某一卫星正 在运行，则下列说法正确的是 ( ) A卫星的重力小于在地球表面时受到的重力 B卫星处于完全失重状态，所受重力为零 C卫星离地面的高度是一个定值 D卫星相对地面静止，处于平衡状态 解析：在地球的圆形同步轨道上正在运行的卫星，卫星的重力小于在地球表面时受到的重力，卫星处于完全失重状态，所受重力不为零，选项A正确B错误；卫星离地面的高度是一个定值，卫星相对地面静止，处于匀速圆周运动状态，选项C正确D错误。 答案：AC,6.航天飞机在完成对哈勃空间望远镜的 维修任务后，在A点从圆形轨道进 入椭圆轨道，B为轨道上的一点， 如图445所示。关于航天飞机的 运动，下列说法中错误的有 ( ) A在轨道上经过A的速度小于经过B的速度 B在轨道上经过A的动能小于在轨道上经过A的动 能 C在轨道上运动的周期小于在轨道上运动的周期 D在轨道上经过A的加速度小于在轨道上经过A的 加速度,图445,答案：D,（给有能力的学生加餐）,1对于同步卫星，下列说法中正确的是 ( ) A它们的运行速度大小相等，且都小于7.9 km/s B它们运行周期可能不同 C它们离地心的距离可能不同 D它们的向心加速度与静止在赤道上的物体的向心加 速度大小相等 解析：同步卫星的运行周期、角速度与地球自转周期、角速度相同，因此同步卫星高度固定，线速度固定且小于第一宇宙速度7.9 km/s，因此选项A正确，选项B、C错误；同步卫星与赤道上物体比较，周期、角速度相同，半径不同，因此向心加速度不同，选项D错误。 答案：A,2(2013·辽宁模拟)据报道，我国自主研制 的“嫦娥二号”卫星在奔月的旅途中，先 后完成了一系列高难度的技术动作，在 其环月飞行的高度距离月球表面100 km 时开始全面工作。国际上还没有分辨率优于10米的全月球立体图像，而“嫦娥二号”立体相机具有的这种高精度拍摄能力，有助于人们对月球表面了解得更清楚，所探测到的有关月球的数据比环月飞行高度约为200 km的“嫦娥一号”更加翔实。若两颗卫星环月运行均可视为匀速圆周运动，运行轨道如图1所示，则 ( ),图1,A“嫦娥二号”环月运行的周期比“嫦娥一号”更长 B“嫦娥二号”环月运行的速度比“嫦娥一号”更大 C“嫦娥二号”环月运行时向心加速度比“嫦娥一号”更大 D“嫦娥二号”环月运行时角速度比“嫦娥一号”更小,答案：BC,3宇宙中有这样一种三星系统，系统由两个质量为m的小 星体和一个质量为M的大星体组成，两个小星体围绕大星体在同一圆形轨道上运行，轨道半径为r。关于该三星系统的说法中正确的是 ( ),答案：BC,4木星是太阳系中最大的行星，它有众多卫星。观察 测出：木星绕太阳做圆周运动的半径为r1、周期为T1；木星的某一卫星绕木星做圆周运动的半径为r2、周期为T2。已知引力常量为G，则根据题中给定条件 ( ),答案：AC,