《高考物理二轮复习方案 专题4 万有引力与天体运动课件 新课标.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高考物理二轮复习方案 专题4 万有引力与天体运动课件 新课标.ppt（50页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、专题四专题四 万有引力与天体运动万有引力与天体运动专题四万有引力与天体运动专题四万有引力与天体运动2021/8/11 星期三1主干知识整合主干知识整合专题四专题四 主干知识整合主干知识整合 内容内容自然界中任何两个物体都相互吸引，引力的方向在自然界中任何两个物体都相互吸引，引力的方向在它它们们的的连线连线上，引力的大小与物体的上，引力的大小与物体的质质量量m1和和m2的的乘乘积积成正比，与它成正比，与它们们之之间间距离距离r的二次方成反比的二次方成反比公式公式其中引力常量其中引力常量G6.671011Nm2/kg2适用条适用条件件适用于适用于质质点或均匀球体之点或均匀球体之间间，其中，其中r为
2、质为质点点间间、球心、球心间间或或质质点与球心点与球心间间的距离的距离一、万有引力定律一、万有引力定律2021/8/11 星期三2专题四专题四 主干知识整合主干知识整合 二、天体运动问题的处理方法二、天体运动问题的处理方法1在在处处理理天天体体的的运运动动问问题题时时，通通常常把把天天体体的的运运动动简简化化为为：中中心心天天体体是是不不动动的的，环环绕绕天天体体以以中中心心天天体体的的球球心心为为圆圆心心做做匀匀速速圆圆周周运运动动；环环绕绕天天体体只只受受到到中中心心天天体体的的万万有有引引力力作作用用，这这个个引引力提供环绕天体做匀速圆周运动的向心力力提供环绕天体做匀速圆周运动的向心力2
3、人人造造卫卫星星的的加加速速度度、线线速速度度、角角速速度度、周周期期与与轨轨道道半半径径的关系的关系2021/8/11 星期三3专题四专题四 主干知识整合主干知识整合 2021/8/11 星期三4专题四专题四 主干知识整合主干知识整合 卫卫星星运运行行轨轨道道半半径径r与与该该轨轨道道上上的的线线速速度度v、角角速速度度、周周期期T、向向心心加加速速度度a存存在在着着一一一一对对应应的的关关系系，若若r、v、T、a中中有有一一个个确确定定，则则其其余余皆皆确确定定，与与卫卫星星的的质质量量无无关关，例例如如所所有有地球轨道同步卫星的地球轨道同步卫星的r、v、T、a大小均相等大小均相等3求解天
4、体问题的一般思路求解天体问题的一般思路(1)环环绕绕天天体体绕绕中中心心天天体体做做匀匀速速圆圆周周运运动动，所所需需要要的的向向心心力力由万有引力提供，即由万有引力提供，即2021/8/11 星期三5专题四专题四 主干知识整合主干知识整合 (2)物体在地球表面附近受到的重力近似等于万有引力，物体在地球表面附近受到的重力近似等于万有引力，(R为为地地球球半半径径)在在地地球球质质量量未未知知的的情情况况下下，可可应应用用GMgR2转换转换三、宇宙速度三、宇宙速度1第第一一宇宇宙宙速速度度(环环绕绕速速度度)：是是发发射射地地球球卫卫星星的的最最小小速速度度，也也是是卫卫星星围围绕绕地地球球做做
5、圆圆周周运运动动的的最最大大运运行行速速度度，大大小小为为7.9 km/s.2第第二二宇宇宙宙速速度度(逃逃逸逸速速度度)：是是人人造造卫卫星星挣挣脱脱地地球球束束缚缚而而成成为为一一颗颗太阳的人造小行星的最小太阳的人造小行星的最小发发射速度，大小射速度，大小为为11.2 km/s.2021/8/11 星期三6专题四专题四 主干知识整合主干知识整合 3第第三三宇宇宙宙速速度度(脱脱离离速速度度)：是是人人造造卫卫星星挣挣脱脱太太阳阳的的束束缚缚而而成成为为一一颗颗绕绕银银河河系系中中心心运运行行的的小小恒恒星星的的最最小小发发射射速速度度，大大小小为为16.7 km/s.注意：注意：1.三个宇
6、宙速度的大小都是以地球中心三个宇宙速度的大小都是以地球中心为为参考系的参考系的2以以上上数数据据是是地地球球上上的的宇宇宙宙速速度度，其其他他星星球球上上都都有有各各自自的的宇宙速度，宇宙速度，计计算方法与地球相同算方法与地球相同3人造人造卫卫星的理星的理论发论发射速度在射速度在7.9 km/s到到11.2 km/s之之间间2021/8/11 星期三7要点热点探究要点热点探究专题四专题四 要点热点探究要点热点探究探究点一天体质量和密度的估算问题探究点一天体质量和密度的估算问题2021/8/11 星期三8专题四专题四 要点热点探究要点热点探究若若测测得得中中心心天天体体的的近近表表卫卫星星周周期
7、期T，此此时时rR，则则中中心心天天体体的的平平均均密密度度为为可可见见只只需需要要测测得得中中心心天天体体近近表表卫卫星星的周期，就可以得到中心天体的密度的周期，就可以得到中心天体的密度2已已知知星星球球表表面面的的重重力力加加速速度度g，求求星星球球质质量量在在星星球球表表面面附附近近，重重力力近近似似等等于于万万有有引引力力，即即mg(多多用用代代换换)，可求得星球可求得星球质质量量M，或星球表面的重力加速度，或星球表面的重力加速度g2021/8/11 星期三9专题四专题四 要点热点探究要点热点探究例例1201112011福福建建卷卷 “嫦嫦娥娥二二号号”是是我我国国月月球球探探测测第第
8、二二期期工工程程的的先先导导星星若若测测得得“嫦嫦娥娥二二号号”在在月月球球(可可视视为为密密度度均均匀匀的的球球体体)表表面面附附近近圆圆形形轨轨道道运运行行的的周周期期T，已已知知引引力力常常量量为为G，半半径径为为R的球体体的球体体积积公式公式则则可估算月球的可估算月球的()A密度密度 B质质量量C半径半径 D自自转转周期周期2021/8/11 星期三10专题四专题四 要点热点探究要点热点探究2021/8/11 星期三11专题四专题四 要点热点探究要点热点探究20112011北北京京卷卷 一一物物体体静静置置在在平平均均密密度度为为的的球球形形天天体体表表面面的的赤赤道道上上已已知知引引
9、力力常常量量为为G G，若若由由于于天天体体自自转转使物体对天体表面压力恰好为零，则天体自转周期为使物体对天体表面压力恰好为零，则天体自转周期为()变式题2021/8/11 星期三12专题四专题四 要点热点探究要点热点探究例例1 变变式式题题D【解解析析】物物体体对对天天体体表表面面压压力力恰恰好好为为零零，则则物体随天体自物体随天体自转转需要的向心力恰好由物体受到的万有引力提供：需要的向心力恰好由物体受到的万有引力提供：2021/8/11 星期三13专题四专题四 要点热点探究要点热点探究探究点二航天器的动力学分析与变轨问题探究点二航天器的动力学分析与变轨问题提提供供天天体体做做圆圆周周运运动
10、动的的向向心心力力是是该该天天体体受受到到的的万万有有引引力力F供供天天体体做做圆圆周周运运动动需需要要的的向向心心力力是是F需需m当当F供供F需需时时，天天体体在在圆圆轨轨道道上上做做匀匀速速圆圆周周运运动动；当当F供供F需需时时，万万有有引引力力充充当当向向心心力力过过余余，天天体体做做向向心心运运动动；当当F供供F需需时时，万万有有引引力力充当向心力不足，天体做离心运充当向心力不足，天体做离心运动动2021/8/11 星期三14专题四专题四 要点热点探究要点热点探究运运行行半半径径较较大大的的人人造造卫卫星星的的一一般般发发射射过过程程如如图图141所所示示，先先将将卫卫星星发发射射到到
11、离离地地面面较较近近的的圆圆轨轨道道上上，运运行行稳稳定定后后再再启启动动火火箭箭(或或发发动动机机)短短暂暂加加速速(位位置置B)，由由于于速速度度变变大大，万万有有引引力力充充当当向向心心力力不不足足，卫卫星星将将沿沿椭椭圆圆轨轨道道做做离离心心运运动动，当当卫卫星星将将沿沿椭椭圆圆轨轨道道运运动动到到椭椭圆圆轨轨道道的的远远地地点点A时时，再再次次启启动动火火箭箭短短暂暂加加速速，卫卫星再次星再次变轨绕圆轨变轨绕圆轨道道做匀速做匀速圆圆周运周运动动2021/8/11 星期三15专题四专题四 要点热点探究要点热点探究2021/8/11 星期三16专题四专题四 要点热点探究要点热点探究例例2
12、 2011全全国国卷卷我我国国“嫦嫦娥娥一一号号”探探月月卫卫星星发发射射后后，先先在在“24小小时时轨轨道道”上上绕绕地地球球运运行行(即即绕绕地地球球一一圈圈需需要要24小小时时)；然然后后，经经过过两两次次变变轨轨依依次次到到达达“48小小时时轨轨道道”和和“72小小时时轨轨道道”；最最后后奔奔向向月月球球如如果果按按圆圆形形轨轨道道计计算算，并并忽忽略略卫卫星星质质量量的的变变化化，则则在每次在每次变轨变轨完成后与完成后与变轨变轨前相比前相比()A卫卫星星动动能增大，引力能增大，引力势势能减小能减小B卫卫星星动动能增大，引力能增大，引力势势能增大能增大C卫卫星星动动能减小，引力能减小，
13、引力势势能减小能减小D卫卫星星动动能减小，引力能减小，引力势势能增大能增大2021/8/11 星期三17专题四专题四 要点热点探究要点热点探究2021/8/11 星期三18专题四专题四 要点热点探究要点热点探究2021/8/11 星期三19专题四专题四 要点热点探究要点热点探究2010年年10月月1日日18时时59分分57秒秒，搭搭载载着着“嫦嫦娥娥二二号号”卫卫星星的的长长征征三三号号丙丙运运载载火火箭箭在在西西昌昌卫卫星星发发射射中中心心点点火火发发射射，卫卫星星由由地地面面发发射射后后，进进入入地地月月转转移移轨轨道道，经经多多次次变变轨轨最最终终进进入入距距离离月月球球表表面面100公
14、公里里，周周期期为为118分分钟钟的的工工作作轨轨道道，开开始始对对月月球球进进行行探探测测，如，如图图142所示已知万有引力常量所示已知万有引力常量为为G，则则()A卫卫星在星在轨轨道道上的运上的运动动速度比月球的第一宇宙速度小速度比月球的第一宇宙速度小B卫卫星星在在轨轨道道上上经经过过P点点的的速速度度比比在在轨轨道道上上经经过过P点点时时大大C由已知条件可求月球的密度由已知条件可求月球的密度D卫卫星在星在轨轨道道上的机械能比在上的机械能比在轨轨道道上大上大变式题2021/8/11 星期三20专题四专题四 要点热点探究要点热点探究2021/8/11 星期三21专题四专题四 要点热点探究要点
15、热点探究2021/8/11 星期三22专题四专题四 要点热点探究要点热点探究2021/8/11 星期三23专题四专题四 要点热点探究要点热点探究探究点三同步卫星、近地卫星与极地卫星问题探究点三同步卫星、近地卫星与极地卫星问题1地球地球轨轨道同步道同步卫卫星星(1)同步同步卫卫星位于赤道正上方，星位于赤道正上方，轨轨道平面与赤道平面共面；道平面与赤道平面共面；(2)同同步步卫卫星星的的轨轨道道半半径径一一定定，距距离离地地球球表表面面的的高高度度一一定定，约约36000 km；(3)同同步步卫卫星星的的运运行行周周期期和和地地球球的的自自转转周周期期相相同同，T24 h，且，且转动转动方向相同；
16、方向相同；(4)所所有有地地球球轨轨道道同同步步卫卫星星的的半半径径、线线速速度度大大小小、角角速速度度大小及周期都相同大小及周期都相同2021/8/11 星期三24专题四专题四 要点热点探究要点热点探究2近地近地卫卫星：当人造地球星：当人造地球卫卫星在近地星在近地轨轨道上运行道上运行时时，轨轨道道半径近似等于地球的半径半径近似等于地球的半径R，近地，近地卫卫星的运行速度即地球的第星的运行速度即地球的第一宇宙速度一宇宙速度(1)设地球的质量为设地球的质量为M，卫星的质量为，卫星的质量为m，当人造地球卫星，当人造地球卫星在近地轨道上运行时，轨道半径近似等于地球的半径在近地轨道上运行时，轨道半径近
17、似等于地球的半径R，万有，万有引力提供近地卫星做圆周运动的向心力，引力提供近地卫星做圆周运动的向心力，2021/8/11 星期三25专题四专题四 要点热点探究要点热点探究(2)卫卫星星刚刚好好绕绕地地球球表表面面运运动动，重重力力近近似似等等于于万万有有引引力力，mg 7.9 km/s.3极极地地轨轨道道卫卫星星：绕绕地地球球做做圆圆周周运运动动的的卫卫星星在在运运行行过过程程中中通通过过两两极极正正上上方方由由于于地地球球自自转转，极极地地卫卫星星并并不不是是沿沿同同一一经经度度线线的上方运行的上方运行2021/8/11 星期三26专题四专题四 要点热点探究要点热点探究例例3 2011广广东
18、东卷卷已已知知地地球球质质量量为为M，半半径径为为R，自自转转周周期期为为T，地地球球同同步步卫卫星星质质量量为为m，引引力力常常量量为为G.有有关关同同步步卫卫星星，下下列列表述正确的是表述正确的是()A卫卫星距地面的高度星距地面的高度为为B卫卫星的运行速度小于第一宇宙速度星的运行速度小于第一宇宙速度C卫卫星运行星运行时时受到的向心力大小受到的向心力大小为为D卫卫星运行的向心加速度小于地球表面的重力加速度星运行的向心加速度小于地球表面的重力加速度2021/8/11 星期三27专题四专题四 要点热点探究要点热点探究2021/8/11 星期三28专题四专题四 要点热点探究要点热点探究2021/8
19、/11 星期三29专题四专题四 要点热点探究要点热点探究【点点评评】解解答答地地球球轨轨道道同同步步卫卫星星问问题题时时，应应关关注注同同步步卫卫星星的的轨轨道道总总在在地地球球赤赤道道正正上上方方、运运行行周周期期与与地地球球自自转转周周期期相相同同且且转转动动方方向向相相同同、轨轨道道半半径径相相同同等等要要点点下下面面的的变变式式题题综综合合考考查查地球自转、近地卫星和地球轨道同步卫星的运动问题地球自转、近地卫星和地球轨道同步卫星的运动问题2021/8/11 星期三30专题四专题四 要点热点探究要点热点探究西西昌昌卫卫星星发发射射中中心心的的火火箭箭发发射射架架上上有有一一待待发发射射的
20、的卫卫星星，它它随随地地球球自自转转的的线线速速度度为为v1，加加速速度度为为a1；发发射射升升空空后后在在近近地地轨轨道道上上做做匀匀速速圆圆周周运运动动，线线速速度度为为v2，加加速速度度为为a2；实实施施变变轨轨后后，使使其其在在同同步步卫卫星星轨轨道道上上做做匀匀速速圆圆周周运运动动，运运动动的的线线速速度度为为v3，加加速速度度为为a3.v1、v2、v3的的大大小小关关系系是是_；a1、a2、a3的大小关系是的大小关系是_变式题2021/8/11 星期三31专题四专题四 要点热点探究要点热点探究2021/8/11 星期三32专题四专题四 要点热点探究要点热点探究探究点四双星与多星问题
21、探究点四双星与多星问题1“双星双星”与与“多星多星”系系统统“双双星星”是是两两颗颗星星相相距距较较近近，它它们们之之间间的的万万有有引引力力对对两两者者运运动动都都有有显显著著影影响响，而而其其他他天天体体的的作作用用力力影影响响可可以以忽忽略略的的特特殊殊天天体体系系统统它它们们之之所所以以没没有有被被强强大大的的引引力力吸吸引引到到一一起起而而保保持持一一定定的的距距离离不不变变，是是因因为为它它们们绕绕着着连连线线上上的的共共同同“中中心心”以以相相同同的的周周期期做做匀匀速速圆圆周周运运动动，它它们们之之间间的的万万有有引引力力提提供供它它们们做做圆圆周周运运动动的的向向心心力力解解
22、答答“双双星星”问问题题要要抓抓住住两两个个要要点点，即即双双星星的的运运动动周周期期相等，向心力大小相等相等，向心力大小相等2021/8/11 星期三33专题四专题四 要点热点探究要点热点探究另另有有“三三星星”、“四四星星”、“多多星星”系系统统，其其共共同同点点是是同同一一系系统统中中各各天天体体间间的的距距离离不不变变，各各星星受受到到的的向向心心力力不不一一定定相相等等，但但其其运运动动周期一定相同周期一定相同2“黑洞黑洞”近近代代引引力力理理论论预预言言的的一一种种引引力力极极强强的的特特殊殊天天体体“黑黑洞洞”，能能将将任任何何物物体体吸吸引引进进来来，包包括括光光线线在在内内的
23、的任任何何物物体体却却不不能能脱脱离离它它由由于于黑黑洞洞中中的的光光无无法法逃逃逸逸，所所以以我我们们无无法法直直接接观观测测“黑黑洞洞”2021/8/11 星期三34专题四专题四 要点热点探究要点热点探究2021/8/11 星期三35专题四专题四 要点热点探究要点热点探究例例4 2010全全国国卷卷如如图图143所所示示，质质量量分分别别为为m和和M的的两两个个星星球球A和和 B在在引引力力作作用用下下都都绕绕O点点做做匀匀速速圆圆周周运运动动，星星球球A和和B两两者者中中心心之之间间距距离离为为L.已已知知A、B的的中中心心和和O三三点点始始终终共共线线，A和和B分分别别在在O的两的两侧
24、侧，引力常量，引力常量为为G.(1)求两星球做求两星球做圆圆周运周运动动的周期的周期(2)在在地地月月系系统统中中，若若忽忽略略其其他他星星球球的的影影响响，可可以以将将月月球球和和地地球球看看成成上上述述星星球球A和和B，月月球球绕绕其其轨轨道道中中心心运运行行的的周周期期记记为为T1.但但在在近近似似处处理理问问题题时时，常常常常认认为为月月球球是是绕绕地地心心做做圆圆周周运运动动的的，这这样样算算得得的的运运行行周周期期记记为为T2.已已知知地地球球和和月月球球的的质质量量分分别别为为5.981024 kg 和和 7.35 1022 kg.求求T2与与T1两者平方之比两者平方之比(结结果
25、保留果保留3位小数位小数)2021/8/11 星期三36专题四专题四 要点热点探究要点热点探究2021/8/11 星期三37专题四专题四 要点热点探究要点热点探究例例4(1)(2)1.012【解解析析】(1)A和和B绕绕O做做匀匀速速圆圆周周运运动动，且且A和和B和和O始始终终共共线线，它它们们之之间间的的万万有有引引力力提提供供向向心心力力，属属“双双星星”模模型型，“双双星星”A和和B的的向向心心力力大大小小相相等等，角角速速度度相同相同由由m2rM2R，其中，其中rRL，解得解得2021/8/11 星期三38专题四专题四 要点热点探究要点热点探究对对A，根据牛，根据牛顿顿第二定律和万有引
26、力定律得第二定律和万有引力定律得联联立解得立解得(2)将地月系将地月系统统看成双星系看成双星系统统，由，由(1)得得将将月月球球看看作作绕绕地地心心做做圆圆周周运运动动，根根据据牛牛顿顿第第二二定定律律和和万万有有引引力定律得力定律得2021/8/11 星期三39专题四专题四 要点热点探究要点热点探究解得解得所以两种周期的平方比所以两种周期的平方比值为值为2021/8/11 星期三40专题四专题四 要点热点探究要点热点探究【高高考考命命题题者者说说】本本题题以以双双星星系系统统的的运运动动为为载载体体，考考查查考考生生运运用用万万有有引引力力定定律律和和匀匀速速圆圆周周运运动动的的规规律律分分
27、析析解解决决问问题题的的能能力力第第一一问问比比较较常常规规，考考生生直直接接运运用用万万有有引引力力定定律律和和匀匀速速圆圆周周运运动动的的规规律律即即能能求求解解第第二二问问将将地地球球和和月月球球视视为为双双星星系系统统，设设问问方方式式新新颖颖，探探讨讨在在一一般般情情形形下下将将月月球球视视作作绕绕地地心心做做圆圆周周运运动动的的合合理理性性，具具有有一一定定的的探探究究性性试试题题要要求求比比较较两两种种情情形形下下月月球球运运动动的的周周期期，对对考考生生分分析析问问题题、理理解解问问题题的的能能力有较高的要求力有较高的要求2021/8/11 星期三41专题四专题四 要点热点探究
28、要点热点探究本本题题抽抽样样统统计计难难度度为为0.312，对对物物理理得得分分在在20分分以以上上的的考考生生区区分分较较好好.24%的的考考生生得得零零分分，9.1%的的考考生生得得1分分，10.3%的的考考生生得得2分，分，9.6%的考生得的考生得16分，分，4.8%的考生得的考生得满满分分(引自教育部考引自教育部考试试中心中心2011高考理科高考理科试题试题分析第分析第355页页)2021/8/11 星期三42专题四专题四 要点热点探究要点热点探究宇宇宙宙中中存存在在一一些些质质量量相相等等的的且且离离其其他他恒恒星星较较远远的的四四颗颗星星组组成成的的四四星星系系统统，通通常常可可忽
29、忽略略其其他他星星体体对对它它们们的的引引力力作作用用设设四四星星系系统统中中每每个个星星体体质质量量均均为为m，半半径径均均为为R，四四颗颗星星稳稳定定分分布布在在边边长长为为a的的正正方方形形的的四四个个顶顶点点上上已已知知引引力力常常数数为为G，关于，关于“四星四星”系系统统，下列，下列说说法正确的是法正确的是()A四四颗颗星星围绕围绕正方形正方形对对角角线线的交点做匀速的交点做匀速圆圆周运周运动动B四四颗颗星的星的线线速度均速度均为为C四四颗颗星表面的重力加速度均星表面的重力加速度均为为变式题D四四颗颗星的周期均星的周期均为为2021/8/11 星期三43专题四专题四 要点热点探究要点热点探究2021/8/11 星期三44专题四专题四 教师备用习题教师备用习题教师备用习题教师备用习题2021/8/11 星期三45专题四专题四 教师备用习题教师备用习题2021/8/11 星期三46专题四专题四 教师备用习题教师备用习题2021/8/11 星期三47专题四专题四 教师备用习题教师备用习题2021/8/11 星期三48专题四专题四 教师备用习题教师备用习题2021/8/11 星期三492021/8/11 星期三50