2019版高考物理一輪復(fù)習(xí) 專題四 曲線運(yùn)動(dòng) 萬有引力定律 第4講 萬有引力定律及其應(yīng)用課件.ppt

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第4講萬有引力定律及其應(yīng)用 考點(diǎn)1 開普勒三定律 1 開普勒第一定律 所有的行星圍繞太陽運(yùn)動(dòng)的軌道都是 太陽處在所有橢圓的一個(gè) 上 2 開普勒第二定律 行星與太陽的連線在相同的時(shí)間內(nèi) 相等 橢圓 焦點(diǎn) 掃過的面積 3 開普勒第三定律 所有行星的軌道的半長(zhǎng)軸的三次方與 的比值都相等 公轉(zhuǎn)周期的二次方 考點(diǎn)2 萬有引力定律 1 內(nèi)容 自然界中任何兩個(gè)物體都是互相吸引的 引力的大小跟這兩個(gè)物體的 成正比 跟它們的 成反比 叫引力常量 由英國物理學(xué)家 利用扭秤裝置第一次測(cè)得 3 適用條件 公式適用于 間的相互作用 均勻的球體 也可視為質(zhì)量集中于球心的質(zhì)點(diǎn) r是兩球心間的距離 質(zhì)量的乘積 距離的二次方 6 67 10 11N m2 kg2 卡文迪許 質(zhì)點(diǎn) 考點(diǎn)3 天體運(yùn)動(dòng)的處理 1 基本方法 把天體 或人造衛(wèi)星 的運(yùn)動(dòng)看成 其所需向心力由 提供 2 萬能 連等式 勻速圓周運(yùn)動(dòng) 萬有引力 mg ma mr 2 考點(diǎn)4 三種宇宙速度 三種宇宙速度 7 9 小 大 11 2 地球 16 7 太陽 考點(diǎn)5 同步衛(wèi)星 1 概念 相對(duì)地面 的衛(wèi)星稱為同步衛(wèi)星 2 基本特征 周期為地球自轉(zhuǎn)周期T 軌道在赤道平面內(nèi) 運(yùn)動(dòng)的角速度與地球的自轉(zhuǎn)角速度 高度h一定 軌道和地球赤道為共面同心圓 衛(wèi)星運(yùn)行速度一定 靜止 24h 相同 考點(diǎn)6 經(jīng)典時(shí)空觀和相對(duì)論時(shí)空觀 1 經(jīng)典時(shí)空觀 1 在經(jīng)典力學(xué)中 物體的質(zhì)量是不隨 而改變的 2 在經(jīng)典力學(xué)中 同一物理過程發(fā)生的位移和對(duì)應(yīng)時(shí)間的測(cè)量結(jié)果在不同的參考系中是 的 運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 相同 2 相對(duì)論時(shí)空觀 增大 不同 1 在狹義相對(duì)論中 物體的質(zhì)量是隨物體速度的增大而 的 用公式表示為m 2 在狹義相對(duì)論中 同一物理過程發(fā)生的位移和對(duì)應(yīng)時(shí)間的測(cè)量結(jié)果在不同的參考系中是 的 3 狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本假設(shè) 1 相對(duì)性原理 在不同的慣性參考系中 一切物理規(guī)律都 是 的 相同 不變 2 光速不變?cè)?不管在哪個(gè)慣性系中 測(cè)得的真空中的光速都是 的 基礎(chǔ)自測(cè) 1 2016年新課標(biāo) 卷 關(guān)于行星運(yùn)動(dòng)的規(guī)律 下列說法符 合史實(shí)的是 A 開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 開普勒總結(jié)出了行星運(yùn)動(dòng)的規(guī)律 發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律答案 B 2 2015年福建卷 如圖4 4 1所示 若兩顆人造衛(wèi)星a和b均繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng) a b到地心O的距離分別為r1 r2 線速度大小分別為v1 v2 則 圖4 4 1 答案 A 3 已知地球的質(zhì)量約為火星質(zhì)量的10倍 地球的半徑約為火星半徑的2倍 則航天器在火星表面附近繞火星做勻速圓周 運(yùn)動(dòng)的速率約為 A 3 5km sC 17 7km s B 5 0km sD 35 2km s 答案 A 4 某星球的質(zhì)量約為地球的8倍 半徑為地球的4倍 一個(gè)在地球上重量為900N的人 如果處在該星球上 它的重量 為 星球和地球的自轉(zhuǎn)均可忽略 A 450NC 1800N B 900ND 3600N 所以在地球上重量為900N的人處于該星球上的重量為450N A項(xiàng)正確 B C D項(xiàng)錯(cuò)誤 答案 A 熱點(diǎn)1考向1 萬有引力與重力的關(guān)系考慮星球自轉(zhuǎn)時(shí) 萬有引力與重力的關(guān)系 熱點(diǎn)歸納 典題1 2014年新課標(biāo) 卷 假設(shè)地球可視為質(zhì)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g0 在赤道的大小為g 地球自轉(zhuǎn)的周期為T 引力常量為G 則地球 的密度為 答案 B 考向2 不考慮星球自轉(zhuǎn)時(shí) 萬有引力與重力的關(guān)系 熱點(diǎn)歸納 不考慮星球自轉(zhuǎn)時(shí) 萬有引力等于重力 在星體表面 典題2 多選 火星表面特征非常接近地球 適合人類居期也基本相同 地球表面重力加速度是g 若宇航員在地面上能向上跳起的最大高度是h 在忽略自轉(zhuǎn)影響的條件下 下述分 析正確的是 A 宇航員在火星表面受到的萬有引力是在地球表面受到的 萬有引力的 29 答案 BD 考向3 天體表面某深度處的重力加速度 典題3 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 解析 如圖4 4 2所示 根據(jù)題意 地面與礦井底部之間的環(huán)形部分對(duì)處于礦井底部的物體引力為零 設(shè)地面處的重力加速度為g 地球質(zhì)量為M 地球表面的物體m受到的重力近 圖4 4 2 答案 A 熱點(diǎn)2考向1 天體質(zhì)量和密度的計(jì)算 自力更生 法 熱點(diǎn)歸納 利用天體表面的重力加速度g和天體半徑R 典題4 一衛(wèi)星繞某一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N 已知引力常量為G 則這顆行星的質(zhì)量為 答案 B 考向2 借助外援 法 熱點(diǎn)歸納 利用衛(wèi)星繞天體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑r和周期T 典題5 多選 2016年海南卷 通過觀測(cè)冥王星的衛(wèi)星 可以推算出冥王星的質(zhì)量 假設(shè)衛(wèi)星繞冥王星做勻速圓周運(yùn)動(dòng) 除了引力常量外 至少還需要兩個(gè)物理量才能計(jì)算出冥王星的 質(zhì)量 這兩個(gè)物理量可以是 A 衛(wèi)星的速度和角速度B 衛(wèi)星的質(zhì)量和軌道半徑C 衛(wèi)星的質(zhì)量和角速度D 衛(wèi)星的運(yùn)行周期和軌道半徑 答案 AD 易錯(cuò)提醒 1 計(jì)算天體密度時(shí) 一定要將衛(wèi)星的運(yùn)行半徑和天體的半徑區(qū)別開 2 很多同學(xué)錯(cuò)誤地認(rèn)為只要知道某個(gè)天體的衛(wèi)星的周期 就可根據(jù)推論公式 計(jì)算天體的密度 實(shí)際上公式中的T 必須是繞天體表面運(yùn)行的衛(wèi)星的周期 遷移拓展 2015年江蘇卷 過去幾千年來 人類對(duì)行星的認(rèn)識(shí)與研究?jī)H限于太陽系內(nèi) 行星 51pegb 的發(fā)現(xiàn)拉開了研究太陽系外行星的序幕 51pegb 繞其中心恒星做勻速圓周運(yùn) 動(dòng) 周期約為4天 軌道半徑約為地球繞太陽運(yùn)動(dòng)半徑的 120 該 中心恒星與太陽的質(zhì)量比約為 A 110 B 1 C 5 D 10 答案 B 熱點(diǎn)3 宇宙速度的理解與計(jì)算 答案 B 熱點(diǎn)4 衛(wèi)星運(yùn)行參量的四個(gè)分析 熱點(diǎn)歸納 四個(gè)分析 是指分析人造衛(wèi)星的加速度 線速度 角速度和周期與軌道半徑的關(guān)系 典題7 2017年廣東揭陽調(diào)研 如圖4 4 3所示是北斗導(dǎo)航系統(tǒng)中部分衛(wèi)星的軌道示意圖 已知a b c三顆衛(wèi)星均做 圓周運(yùn)動(dòng) a是地球同步衛(wèi)星 則 圖4 4 3A 衛(wèi)星a的角速度小于c的角速度B 衛(wèi)星a的加速度大于b的加速度C 衛(wèi)星a的運(yùn)行速度大于第一宇宙速度D 衛(wèi)星b的周期大于24h 答案 A 雙星 和 三星 模型分析 1 雙星 模型 1 定義 在天體運(yùn)動(dòng)中 將兩顆彼此相距較近 且在相互之間萬有引力作用下繞兩者連線上的某點(diǎn)做周期相同的勻速圓周運(yùn)動(dòng)的行星稱為雙星 2 條件 兩顆星彼此相距較近 兩顆星靠相互之間的萬有引力做勻速圓周運(yùn)動(dòng) 兩顆星繞同一圓心做圓周運(yùn)動(dòng) 3 特點(diǎn) 兩星的角速度 周期相等 兩星的向心力大小相等 兩星的軌道半徑之和等于兩星之間的距離 即r1 r2 L 軌道半徑與行星的質(zhì)量成反比 2 三星 模型 1 定義 三星問題的求解方法與雙星類似 各星體在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)有相同的角速度 否則系統(tǒng)不能穩(wěn)定存在 一般是理想化的對(duì)稱模型 根據(jù)其他各星體對(duì)待研究星體的吸引力的合力提供待研究星體的向心力 三星問題有兩種情況 第一種情況三顆星連在同一直線上 兩顆星圍繞中央的星 靜止不動(dòng) 在同一半徑為R的圓軌道上運(yùn)行 第二種情況三顆星位于等邊三角形的三個(gè)頂點(diǎn)上 并沿等邊三角形的外接圓軌道運(yùn)行 2 處理 對(duì)于三星系統(tǒng)或多星系統(tǒng) 主要是根據(jù)圓周運(yùn)動(dòng)的處理方法進(jìn)行處理 一是找好向心力的來源 二是找好衛(wèi)星做圓周運(yùn)動(dòng)的圓心和半徑 根據(jù)勻速圓周運(yùn)動(dòng)的條件列式求解 典題8 2017年河北石家莊辛集中學(xué)高三階段測(cè)試 2016年2月11日 美國科研人員宣布人類首次探測(cè)到了引力波的存在 據(jù)報(bào)道 此次探測(cè)到的引力波是由兩個(gè)黑洞合并引始終圍繞其連線上的O點(diǎn)做周期相同的勻速圓周運(yùn)動(dòng) 已知引 力常量為G 則下列判斷中正確的是 A O點(diǎn)一定是兩黑洞連線的中點(diǎn) 答案 C 中的r是兩衛(wèi)星之間的距離 而向心力公式 易錯(cuò)提醒 對(duì)于雙星系統(tǒng)在列式時(shí)一定要注意萬有引力定 律公式 中的r是兩衛(wèi)星運(yùn)行的半徑 兩者是不同的 而在一個(gè)衛(wèi)星繞中心天體運(yùn)行時(shí) 兩邊的r是相同的 觸類旁通 多選 2017年湖北武漢調(diào)研 太空中存在一些離其他恒星很遠(yuǎn)的 由三顆星體組成的三星系統(tǒng) 可忽略其他星體對(duì)它們的引力作用 已觀測(cè)到穩(wěn)定的三星系統(tǒng)存在兩種基本的構(gòu)成形式 一種是直線三星系統(tǒng) 三顆星體始終在一條直線上 另一種是三角形三星系統(tǒng) 三顆星體位于等邊三角形的三個(gè)頂點(diǎn)上 已知某直線三星系統(tǒng)A中每顆星體的質(zhì)量均為m 相鄰兩顆星體中心間的距離都為R 某三角形三星系統(tǒng)B中每顆星體的質(zhì)量恰好也均為m 且三星系統(tǒng)A外側(cè)的兩顆星體與三星系統(tǒng)B中每顆星體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期相等 引力常 量為G 則 答案 BCD