山東省2020版高考物理一輪復(fù)習(xí) 第四章 曲線運(yùn)動(dòng)萬(wàn)有引力與航天 第4節(jié) 萬(wàn)有引力定律及其應(yīng)用課件 新人教版.ppt

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1、第4節(jié)萬(wàn)有引力定律及其應(yīng)用,知識(shí)梳理,考點(diǎn)自診,一、開(kāi)普勒行星運(yùn)動(dòng)定律,,,,,,知識(shí)梳理,考點(diǎn)自診,二、萬(wàn)有引力定律,2.適用條件:只適用于 質(zhì)點(diǎn)間的相互作用。 3.理解 (1)兩 質(zhì)量分布均勻的球體間的相互作用,也可用本定律來(lái)計(jì)算,其中r為兩球心間的距離。 (2)一個(gè)質(zhì)量分布均勻的球體和球外一個(gè)質(zhì)點(diǎn)間的萬(wàn)有引力的計(jì)算也適用,其中r為質(zhì)點(diǎn)到球心間的距離。,,,知識(shí)梳理,考點(diǎn)自診,三、宇宙速度,,,,,,,知識(shí)梳理,考點(diǎn)自診,四、地球衛(wèi)星 1.衛(wèi)星的軌道 (1)赤道軌道:衛(wèi)星的軌道在赤道平面內(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(guò)南北兩極,即在垂直于赤道的平面內(nèi),如極地氣象衛(wèi)

2、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(guò)地球的球心。,知識(shí)梳理,考點(diǎn)自診,2.地球同步衛(wèi)星 相對(duì)于地面靜止且與地球自轉(zhuǎn)具有相同周期的衛(wèi)星叫地球同步衛(wèi)星。同步衛(wèi)星有以下特點(diǎn) (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= 24 h。 (3)角速度一定:與地球自轉(zhuǎn)的角速度 相同。,衛(wèi)星離地面高度h=r-R6R(為恒量35 786 km)。 (5)繞行方向一定:與地球自轉(zhuǎn)的方向一致。,,,,,知識(shí)梳理,考點(diǎn)自診,3.極地衛(wèi)星和近地衛(wèi)星 (1)極地衛(wèi)星運(yùn)行時(shí)每圈都經(jīng)過(guò) 南北兩極,由于地球自轉(zhuǎn),極地衛(wèi)星可以實(shí)現(xiàn)全球覆蓋。

3、 (2)近地衛(wèi)星是在地球表面附近環(huán)繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星,其運(yùn)行的軌道半徑可近似認(rèn)為等于 地球的半徑,其運(yùn)行線速度約為 7.9 km/s。,,,,知識(shí)梳理,考點(diǎn)自診,1.判斷下列說(shuō)法的正誤。 (1)所有行星繞太陽(yáng)運(yùn)行的軌道都是橢圓。() (2)行星在橢圓軌道上運(yùn)行速率是變化的,離太陽(yáng)越遠(yuǎn),運(yùn)行速率越大。() (3)只有天體之間才存在萬(wàn)有引力。() (4)只要知道兩個(gè)物體的質(zhì)量和兩個(gè)物體之間的距離,就可以由 計(jì)算物體間的萬(wàn)有引力。() (5)地面上的物體所受地球的引力方向一定指向地心。() (6)兩物體間的距離趨近于零時(shí),萬(wàn)有引力趨近于無(wú)窮大。(),答案,知識(shí)梳理,考點(diǎn)自診,2. (

4、2016全國(guó)卷)關(guān)于行星運(yùn)動(dòng)的規(guī)律,下列說(shuō)法符合史實(shí)的是() A.開(kāi)普勒在牛頓定律的基礎(chǔ)上,導(dǎo)出了行星運(yùn)動(dòng)的規(guī)律 B.開(kāi)普勒在天文觀測(cè)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,總結(jié)出了行星運(yùn)動(dòng)的規(guī)律 C.開(kāi)普勒總結(jié)出了行星運(yùn)動(dòng)的規(guī)律,找出了行星按照這些規(guī)律運(yùn)動(dòng)的原因 D.開(kāi)普勒總結(jié)出了行星運(yùn)動(dòng)的規(guī)律,發(fā)現(xiàn)了萬(wàn)有引力定律,答案,解析,知識(shí)梳理,考點(diǎn)自診,3.(多選)天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)某恒星有一顆行星在圓形軌道上繞其做勻速圓周運(yùn)動(dòng),并測(cè)出了行星的軌道半徑和運(yùn)行周期。由此可推算出() A.恒星的質(zhì)量 B.恒星的平均密度 C.行星的質(zhì)量 D.行星運(yùn)行的速度大小,答案,解析,知識(shí)梳理,考點(diǎn)自診,4.(2019安徽滁州聯(lián)合質(zhì)檢)2016年

5、10月17日“神舟十一號(hào)”順利升空并在之后與“天宮二號(hào)”實(shí)行交會(huì)對(duì)接。“天宮二號(hào)”是在“天宮一號(hào)”基礎(chǔ)上研制的航天器,兩者外形完全相同,但卻承擔(dān)著不同的任務(wù)。“天宮一號(hào)”主要是和載人飛船配合完成空間交會(huì)對(duì)接實(shí)驗(yàn)任務(wù),而“天宮二號(hào)”則是我國(guó)第一個(gè)具備太空補(bǔ)加功能的載人航天實(shí)驗(yàn)室,要第一次實(shí)現(xiàn)航天員中期駐留、第一次試驗(yàn)推進(jìn)劑太空補(bǔ)加技術(shù)等重要的科學(xué)實(shí)驗(yàn),“天宮二號(hào)”被稱為是我國(guó)首個(gè)真正意義上的空間實(shí)驗(yàn)室?！疤鞂m二號(hào)”的軌道高度為393 km,比“天宮一號(hào)”高了50 km,關(guān)于“天宮二號(hào)”與“天宮一號(hào)”的比較,以下說(shuō)法正確的是(),知識(shí)梳理,考點(diǎn)自診,A.“天宮二號(hào)”運(yùn)行的線速度比“天宮一號(hào)”大 B

6、.“天宮二號(hào)”運(yùn)行的加速度比“天宮一號(hào)”大 C.“天宮二號(hào)”運(yùn)行的角速度比“天宮一號(hào)”大 D.“天宮二號(hào)”運(yùn)行的周期比“天宮一號(hào)”大,答案,解析,知識(shí)梳理,考點(diǎn)自診,5.(2018四川樂(lè)山三調(diào))雙星系統(tǒng)是由兩顆恒星組成的,在兩者間的萬(wàn)有引力相互作用下繞其連線上的某一點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng),研究發(fā)現(xiàn),雙星系統(tǒng)在演化過(guò)程中,兩星的某些參量會(huì)發(fā)生變化。若某雙星系統(tǒng)中兩星運(yùn)動(dòng)周期為T(mén),經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后,兩星的總質(zhì)量變?yōu)樵瓉?lái)的m倍,兩星的距離變?yōu)樵瓉?lái)的n倍,則此時(shí)圓周運(yùn)動(dòng)的周期為(),答案,解析,命題點(diǎn)一,命題點(diǎn)二,命題點(diǎn)三,命題點(diǎn)四,萬(wàn)有引力定律的理解和應(yīng)用 1.地球表面的重力與萬(wàn)有引力 地面上的物體所受地球

7、的吸引力產(chǎn)生兩個(gè)效果,其中一個(gè)分力提供了物體繞地軸做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力,另一個(gè)分力等于重力。(1)在兩極,向心力等于零,重力等于萬(wàn)有引力;(2)除兩極外,物體的重力都比萬(wàn)有引力小;(3)在赤道處,物體的萬(wàn)有引力分解為兩個(gè)分力F向和mg剛好在一條直線上,則有F=F向+mg,所以mg=F-F向=,命題點(diǎn)一,命題點(diǎn)二,命題點(diǎn)三,命題點(diǎn)四,2.地球表面附近(脫離地面)的重力與萬(wàn)有引力 物體在地球表面附近(脫離地面)繞地球轉(zhuǎn)時(shí),物體所受的重力等于地球表面處的萬(wàn)有引力,即mg= ,R為地球半徑,g為地球表面附近的重力加速度,上式變形得GM=gR2。 3.距地面一定高度處的重力與萬(wàn)有引力 物體在距地面一定

8、高度h處繞地球轉(zhuǎn)時(shí),mg= ,R為地球半徑,g為該高度處的重力加速度。,命題點(diǎn)一,命題點(diǎn)二,命題點(diǎn)三,命題點(diǎn)四,4.萬(wàn)有引力的“兩個(gè)推論” 推論1:在勻質(zhì)球殼的空腔內(nèi)任意位置處,質(zhì)點(diǎn)受到球殼的萬(wàn)有引力的合力為零,即F引=0。 推論2:在勻質(zhì)球體內(nèi)部距離球心r處的質(zhì)點(diǎn)(m)受到的萬(wàn)有引力等于球體內(nèi)半徑為r的同心球體(M)對(duì)其的萬(wàn)有引力,即,命題點(diǎn)一,命題點(diǎn)二,命題點(diǎn)三,命題點(diǎn)四,典例1(2019遼寧沈陽(yáng)東北育才中學(xué)一模)假設(shè)地球是一半徑為R,質(zhì)量分布均勻的球體。一礦井深度為d,已知質(zhì)量分布均勻的球殼對(duì)殼內(nèi)物體的引力為零。礦井底部和地面處的重力加速度大小之比為(),答案,解析,命題點(diǎn)一,命題

9、點(diǎn)二,命題點(diǎn)三,命題點(diǎn)四,思維點(diǎn)撥由于“質(zhì)量分布均勻的球殼對(duì)殼內(nèi)物體的引力為零”,可將物體看成是在半徑為R-d的天體的表面上,求出該中心天體的質(zhì)量,利用重力近似等于萬(wàn)有引力求解。 本題考查學(xué)生是否對(duì)重力、萬(wàn)有引力有清晰的物理觀念,能否將實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行合理的抽象、簡(jiǎn)化,構(gòu)建物理模型,運(yùn)用重力和萬(wàn)有引力的關(guān)系解決實(shí)際問(wèn)題。,命題點(diǎn)一,命題點(diǎn)二,命題點(diǎn)三,命題點(diǎn)四,即學(xué)即練 1.(2019重慶中山外國(guó)語(yǔ)開(kāi)學(xué)考)在平均密度為、半徑為R的星球表面上,以初速度v0豎直向上拋出一個(gè)物體,該物體上升的最大高度是(已知引力常量為G)(),答案,解析,命題點(diǎn)一,命題點(diǎn)二,命題點(diǎn)三,命題點(diǎn)四,天體質(zhì)量和密度的估算 1

10、.天體質(zhì)量和密度常用的估算方法,命題點(diǎn)一,命題點(diǎn)二,命題點(diǎn)三,命題點(diǎn)四,命題點(diǎn)一,命題點(diǎn)二,命題點(diǎn)三,命題點(diǎn)四,典例2(2018全國(guó)卷,16)2018年2月,我國(guó)500 m口徑射電望遠(yuǎn)鏡(天眼)發(fā)現(xiàn)毫秒脈沖星“J0318+0253”,其自轉(zhuǎn)周期T=5.19 ms,假設(shè)星體為質(zhì)量均勻分布的球體,已知萬(wàn)有引力常量為6.6710-11Nm2/kg2。以周期T穩(wěn)定自轉(zhuǎn)的星體的密度最小值約為() A.5109kg/m3B.51012 kg/m3 C.51015 kg/m3D.51018 kg/m3,答案,解析,命題點(diǎn)一,命題點(diǎn)二,命題點(diǎn)三,命題點(diǎn)四,思維點(diǎn)撥先找出符合條件的中心天體的最大體積,然后求出中

11、心天體的質(zhì)量,進(jìn)一步求出中心天體的最小密度。 本題考查學(xué)生對(duì)中心天體質(zhì)量、密度求解方法的應(yīng)用,其中星體“赤道”表面上質(zhì)量為m的物體,當(dāng)其剛好不脫離星體時(shí),星體的體積最大,密度最小,這個(gè)條件找尋較難。需要明確其中的關(guān)系,提升核心素養(yǎng)中科學(xué)思維的能力。,命題點(diǎn)一,命題點(diǎn)二,命題點(diǎn)三,命題點(diǎn)四,即學(xué)即練 2.(2019四川樂(lè)山一調(diào))一衛(wèi)星繞某行星表面附近做勻速圓周運(yùn)動(dòng),其線速度大小為v。假設(shè)宇航員在該行星表面上用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)量一質(zhì)量為m的物體的重力,物體靜止時(shí),彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為F。已知引力常量為G,則這顆行星的質(zhì)量為(),答案,解析,命題點(diǎn)一,命題點(diǎn)二,命題點(diǎn)三,命題點(diǎn)四,3.(2017北京卷)利

12、用引力常量G和下列某一組數(shù)據(jù),不能計(jì)算出地球質(zhì)量的是() A.地球的半徑及重力加速度(不考慮地球自轉(zhuǎn)) B.人造衛(wèi)星在地面附近繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)的速度及周期 C.月球繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)的周期及月球與地球間的距離 D.地球繞太陽(yáng)做圓周運(yùn)動(dòng)的周期及地球與太陽(yáng)間的距離,答案,解析,命題點(diǎn)一,命題點(diǎn)二,命題點(diǎn)三,命題點(diǎn)四,衛(wèi)星參量的比較與計(jì)算 1.物理量隨軌道半徑變化的規(guī)律,命題點(diǎn)一,命題點(diǎn)二,命題點(diǎn)三,命題點(diǎn)四,2.衛(wèi)星的軌道 (1)赤道軌道:衛(wèi)星的軌道在赤道平面內(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(guò)南北兩極,即在垂直于赤道的平面內(nèi),如極地氣象衛(wèi)星。 (3)其他軌道:除以上兩種軌道外

13、的衛(wèi)星軌道,且軌道平面一定通過(guò)地球的球心。,命題點(diǎn)一,命題點(diǎn)二,命題點(diǎn)三,命題點(diǎn)四,3.同步衛(wèi)星的六個(gè)“一定”,命題點(diǎn)一,命題點(diǎn)二,命題點(diǎn)三,命題點(diǎn)四,典例3(2018全國(guó)卷,15)為了探測(cè)引力波,“天琴計(jì)劃”預(yù)計(jì)發(fā)射地球衛(wèi)星P,其軌道半徑約為地球半徑的16倍;另一地球衛(wèi)星Q的軌道半徑約為地球半徑的4倍。P與Q的周期之比約為() A.21B.41C.81D.161,答案,解析,命題點(diǎn)一,命題點(diǎn)二,命題點(diǎn)三,命題點(diǎn)四,思維點(diǎn)撥根據(jù)萬(wàn)有引力提供向心力得到周期的表達(dá)式,然后根據(jù)周期與半徑的關(guān)系即可求解。 本題考查衛(wèi)星參量中周期與半徑的關(guān)系,熟練掌握公式及各量間的關(guān)系,不斷提升核心素養(yǎng)中科學(xué)思維能力。

14、,命題點(diǎn)一,命題點(diǎn)二,命題點(diǎn)三,命題點(diǎn)四,即學(xué)即練 4.(2019四川棠湖中學(xué)開(kāi)學(xué)考)“墨子號(hào)”衛(wèi)星的工作高度約為500 km,在軌道上繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng),經(jīng)過(guò)時(shí)間t(t小于其運(yùn)動(dòng)周期),運(yùn)動(dòng)的弧長(zhǎng)為s,與地球中心連線掃過(guò)的角度為(弧度),引力常量為G。則下列關(guān)于“墨子號(hào)”的說(shuō)法正確的是() A.線速度大于第一宇宙速度 D.向心加速度小于地球同步衛(wèi)星的向心加速度,答案,解析,命題點(diǎn)一,命題點(diǎn)二,命題點(diǎn)三,命題點(diǎn)四,5.(多選)(2019安徽亳州高三上期末)“嫦娥之父”歐陽(yáng)自遠(yuǎn)預(yù)計(jì)我國(guó)將在2020年實(shí)現(xiàn)火星著陸巡航。在2030年實(shí)現(xiàn)火星的采樣返回。已知地球的質(zhì)量約為火星質(zhì)量的N倍,地球半徑約為

15、火星半徑的K倍,則下列說(shuō)法正確的是(),答案,解析,命題點(diǎn)一,命題點(diǎn)二,命題點(diǎn)三,命題點(diǎn)四,多星系統(tǒng)模型 1.雙星 (1)各自所需的向心力由彼此間的萬(wàn)有引力相互提供,,(2)兩顆星的周期及角速度都相同,即T1=T2,1=2。 (3)兩顆星的半徑與它們之間的距離關(guān)系:r1+r2=l。,命題點(diǎn)一,命題點(diǎn)二,命題點(diǎn)三,命題點(diǎn)四,2.多星 (1)三星模型: 三顆星位于同一直線上,兩顆質(zhì)量均為m的環(huán)繞星圍繞中央星在同一半徑為R的圓形軌道上運(yùn)行(如圖甲所示)。 三顆質(zhì)量均為m的星體位于等邊三角形的三個(gè)頂點(diǎn)上(如圖乙所示)。,命題點(diǎn)一,命題點(diǎn)二,命題點(diǎn)三,命題點(diǎn)四,(2)四星模型: 四顆質(zhì)量相等的星體位于正

16、方形的四個(gè)頂點(diǎn)上,沿著外接于正方形的圓形軌道做勻速圓周運(yùn)動(dòng)(如圖丙所示)。 三顆質(zhì)量相等星體始終位于正三角形的三個(gè)頂點(diǎn)上,另一顆位于中點(diǎn)O,外圍三顆星繞O做勻速圓周運(yùn)動(dòng)(如圖丁所示)。,命題點(diǎn)一,命題點(diǎn)二,命題點(diǎn)三,命題點(diǎn)四,典例4(多選)(2019安徽滁州聯(lián)合質(zhì)檢)宇宙中,兩顆靠得比較近的恒星,只受到彼此之間的萬(wàn)有引力作用相互繞轉(zhuǎn),稱之為雙星系統(tǒng)。在浩瀚的銀河系中,多數(shù)恒星都是雙星系統(tǒng)。設(shè)某雙星系統(tǒng)A、B繞其連線上的O點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng),如圖所示。若AOOB,則() A.星球A的質(zhì)量一定小于星球B的質(zhì)量 B.星球A的線速度一定小于星球B的線速度 C.雙星間距離一定,雙星的質(zhì)量越大,其轉(zhuǎn)動(dòng)周期越

17、大 D.雙星的質(zhì)量一定,雙星間距離越大,其轉(zhuǎn)動(dòng)周期越大,答案,解析,命題點(diǎn)一,命題點(diǎn)二,命題點(diǎn)三,命題點(diǎn)四,思維點(diǎn)撥明確雙星做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由它們之間的萬(wàn)有引力提供,雙星的半徑之和等于雙星之間的距離,雙星的角速度、周期相等,利用這些關(guān)系列方程求解。 本題考查學(xué)生對(duì)雙星問(wèn)題的理解,無(wú)論是雙星還是多星,都要結(jié)合實(shí)際,抽象概括,構(gòu)建物理模型,然后進(jìn)行分析綜合、推理論證。是對(duì)核心素養(yǎng)中科學(xué)思維能力的綜合考查。,命題點(diǎn)一,命題點(diǎn)二,命題點(diǎn)三,命題點(diǎn)四,即學(xué)即練 6.(多選)(2019重慶巴蜀中學(xué)月考)有一個(gè)質(zhì)量較小的黑洞與另一個(gè)質(zhì)量較大的天體構(gòu)成雙星,相互纏繞,其間距始終不變,且質(zhì)量較小的黑洞不斷從質(zhì)

18、量較大的天體中吸取質(zhì)量,在這一過(guò)程中,下列判斷正確的是() A.它們繞轉(zhuǎn)的周期變小B.它們之間的引力變小 C.它們之間的引力變大D.它們繞轉(zhuǎn)的周期不變,答案,解析,命題點(diǎn)一,命題點(diǎn)二,命題點(diǎn)三,命題點(diǎn)四,7.由多顆星體構(gòu)成的系統(tǒng),叫做多星系統(tǒng)。有這樣一 種簡(jiǎn)單的四星系統(tǒng):質(zhì)量剛好都相同的四個(gè)星體A、 B、C、D,A、B、C分別位于等邊三角形的三個(gè)頂點(diǎn) 上,D位于等邊三角形的中心。在四者相互之間的萬(wàn) 有引力作用下,D靜止不動(dòng),A、B、C繞共同的圓心D在等邊三角形所在的平面內(nèi)做相同周期的圓周運(yùn)動(dòng)。若四個(gè)星體的質(zhì)量均為m,三角形的邊長(zhǎng)為a,萬(wàn)有引力常量為G,則下列說(shuō)法正確的是(),答案,解析,命題點(diǎn)一,命題點(diǎn)二,命題點(diǎn)三,命題點(diǎn)四,8.(2019吉林長(zhǎng)春高三質(zhì)檢)環(huán)境監(jiān)測(cè)衛(wèi)星是用于環(huán)境和災(zāi)害監(jiān)測(cè)的對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星,利用三顆軌道相同的監(jiān)測(cè)衛(wèi)星可組成一個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng),它們的軌道與地球赤道在同一平面內(nèi),當(dāng)衛(wèi)星高度合適時(shí),該系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)范圍恰好覆蓋地球的全部赤道表面且無(wú)重疊區(qū)域。已知地球半徑為R,地球表面重力加速度為g,下列說(shuō)法正確的是() A.衛(wèi)星的運(yùn)行速度大于7.9 km/s D.這三顆衛(wèi)星的質(zhì)量必須相等,答案,解析,