高三物理二轮复习课件-专题二第4讲万有引力定律知识讲解.pptx
知识网络知识网络1研究天体运动的基本方法：研究天体运动的基本方法：研究天体运动研究天体运动(包括人造地球卫星的运动包括人造地球卫星的运动)的基本方法，是的基本方法，是把天体的运动看做匀速圆周运动，天体间的万有引力提供所需把天体的运动看做匀速圆周运动，天体间的万有引力提供所需要的向心力要的向心力 即：即：另外，一般不考虑天体自转因素的影响，而认为物体在某另外，一般不考虑天体自转因素的影响，而认为物体在某天体表面的重力大小等于天体对物体的万有引力，天体表面的重力大小等于天体对物体的万有引力，即：即：，整理得，整理得 ，此式常称为黄金代换，此式常称为黄金代换基础落实基础落实向心力向心力7.9 km/s最大最大最小最小最大最大考点突破考点突破考点一天体质量及密度的估算考点一天体质量及密度的估算 例例1(2021全国乙卷全国乙卷)科学家对银河系中心附科学家对银河系中心附近的恒星近的恒星S2进行了多年的持续观测进行了多年的持续观测,给出给出1994年年到到2002年间年间S2的位置如图所示科学家认为的位置如图所示科学家认为S2的运动轨迹是半长轴约为的运动轨迹是半长轴约为1 000 AU(太阳到地球太阳到地球的距离为的距离为1 AU)的椭圆的椭圆,银河系中心可能存在超大银河系中心可能存在超大质量的黑洞这项研究工作获得了质量的黑洞这项研究工作获得了2020年诺贝尔年诺贝尔物理学奖若认为物理学奖若认为S2所受的作用力主要为该大质量黑洞的引力所受的作用力主要为该大质量黑洞的引力,设太阳的质量为设太阳的质量为M,可以推测出该黑洞质量约为可以推测出该黑洞质量约为()A4104M B4106M C4108M D41010MB【方法总结方法总结】1.天体质量及密度天体质量及密度的估算方法的估算方法2天体质量及密度估算注意问题天体质量及密度估算注意问题 (1)利用万有引力提供天体圆周运动的向心力估算天体利用万有引力提供天体圆周运动的向心力估算天体质量，估算的是中心天体的质量而非环绕天体的质量质量，估算的是中心天体的质量而非环绕天体的质量 (2)区别两个半径区别两个半径(轨道半径与天体半径轨道半径与天体半径)，轨道半径与，轨道半径与天体半径的关系为天体半径的关系为rRh，只有在天体表面附近的卫星，只有在天体表面附近的卫星，才有才有Rh，rR.(h指卫星到天体表面高度指卫星到天体表面高度)B 变式训练变式训练1 已知引力常量已知引力常量G,那么在下列给出的各种情境那么在下列给出的各种情境中中,能根据测量的数据求出月球密度的是能根据测量的数据求出月球密度的是()A在月球表面使一个小球做自由落体运动在月球表面使一个小球做自由落体运动,测出落下的测出落下的高度高度H和时间和时间t B发射一颗贴近月球表面绕月球做圆周运动的飞船发射一颗贴近月球表面绕月球做圆周运动的飞船,测出测出飞船运行的周期飞船运行的周期T C观察月球绕地球的圆周运动观察月球绕地球的圆周运动,测出月球的直径测出月球的直径D和月球和月球绕地球运行的周期绕地球运行的周期T D发射一颗绕月球做圆周运动的卫星发射一颗绕月球做圆周运动的卫星,测出卫星离月球测出卫星离月球表面的高度表面的高度H和卫星的周期和卫星的周期TBC考点二人造卫星考点二人造卫星例例2(多选多选)如图所示是卫星绕行星不同轨道如图所示是卫星绕行星不同轨道运动的运动的lg Tlg r图像图像,其中其中T为卫星的周期为卫星的周期,r为卫星的轨道半径卫星为卫星的轨道半径卫星M绕行星绕行星P运动运动的图线是的图线是a,卫星卫星N绕行星绕行星Q运动的图线是运动的图线是b,若卫星绕行星的运动可以看成匀速圆周运若卫星绕行星的运动可以看成匀速圆周运动动,则则()A卫星卫星M在点在点1对应的角速度小于点对应的角速度小于点2对应的角速度对应的角速度B卫星卫星M在在2处的线速度小于卫星处的线速度小于卫星N在在3处的线速度处的线速度C直线的斜率与行星质量无关直线的斜率与行星质量无关D行星行星P的质量大于行星的质量大于行星Q的质量的质量D变式训练变式训练2 2020年年7月月31日日,北斗三号全球卫星系统正式开通北斗三号全球卫星系统正式开通北斗卫星导航系统由北斗卫星导航系统由5颗静止轨道卫星、颗静止轨道卫星、27颗中地球轨道卫颗中地球轨道卫星星(离地高度约离地高度约21 000 km)及其他轨道卫星共及其他轨道卫星共35颗组成则颗组成则()A静止轨道卫星指相对地面静止静止轨道卫星指相对地面静止,其可定位在北京正上空其可定位在北京正上空B中地球轨道卫星比同步卫星的速度更小中地球轨道卫星比同步卫星的速度更小C中地球轨道卫星周期大于中地球轨道卫星周期大于24小时小时D静止轨道卫星的发射速度大于第一宇宙速度静止轨道卫星的发射速度大于第一宇宙速度考点三卫星变轨问题考点三卫星变轨问题 例例3 2021年年5月月15日中国首次火星探测任务日中国首次火星探测任务“天天问一号问一号”探测器在火星乌托邦平原南部预选着陆区探测器在火星乌托邦平原南部预选着陆区成功着陆成功着陆,在火星上首次留下中国印迹在火星上首次留下中国印迹,迈出了中国迈出了中国星际探测征程的重要一步星际探测征程的重要一步“天问一号天问一号”探测器需探测器需要通过霍曼转移轨道从地球发送到火星要通过霍曼转移轨道从地球发送到火星,地球轨道地球轨道和火星轨道看成圆形轨道和火星轨道看成圆形轨道,此时霍曼转移轨道是一此时霍曼转移轨道是一个近日点个近日点Q和远日点和远日点P分别与地球轨道、火星轨道相切的椭圆轨道分别与地球轨道、火星轨道相切的椭圆轨道(如图如图所示所示),在近日点短暂点火后在近日点短暂点火后“天问一号天问一号”进入霍曼转移轨道进入霍曼转移轨道,接着接着“天天问一号问一号”沿着这个轨道直至抵达远日点沿着这个轨道直至抵达远日点,然后再次点火进入火星轨道然后再次点火进入火星轨道.已知万有引力常量为已知万有引力常量为G,太阳质量为太阳质量为M,地球轨道和火星轨道半径分别地球轨道和火星轨道半径分别为为r和和R,地球、火星、地球、火星、“天问一号天问一号”运行方向都为逆时针方向若运行方向都为逆时针方向若只考虑太阳对只考虑太阳对“天问一号天问一号”的作用力的作用力,下列说法正确的是下列说法正确的是()C考点三卫星变轨问题考点三卫星变轨问题 例例3 2021年年5月月15日中国首次火星探测任务日中国首次火星探测任务“天天问一号问一号”探测器在火星乌托邦平原南部预选着陆区探测器在火星乌托邦平原南部预选着陆区成功着陆成功着陆,在火星上首次留下中国印迹在火星上首次留下中国印迹,迈出了中国迈出了中国星际探测征程的重要一步星际探测征程的重要一步“天问一号天问一号”探测器需探测器需要通过霍曼转移轨道从地球发送到火星要通过霍曼转移轨道从地球发送到火星,地球轨道地球轨道和火星轨道看成圆形轨道和火星轨道看成圆形轨道,此时霍曼转移轨道是一此时霍曼转移轨道是一个近日点个近日点Q和远日点和远日点P分别与地球轨道、火星轨道相切的椭圆轨道分别与地球轨道、火星轨道相切的椭圆轨道(如图如图所示所示),在近日点短暂点火后在近日点短暂点火后“天问一号天问一号”进入霍曼转移轨道进入霍曼转移轨道,接着接着“天天问一号问一号”沿着这个轨道直至抵达远日点沿着这个轨道直至抵达远日点,然后再次点火进入火星轨道然后再次点火进入火星轨道.已知万有引力常量为已知万有引力常量为G,太阳质量为太阳质量为M,地球轨道和火星轨道半径分别地球轨道和火星轨道半径分别为为r和和R,地球、火星、地球、火星、“天问一号天问一号”运行方向都为逆时针方向若运行方向都为逆时针方向若只考虑太阳对只考虑太阳对“天问一号天问一号”的作用力的作用力,下列说法正确的是下列说法正确的是()变式训练变式训练3 我国首次发射的火星探测器我国首次发射的火星探测器“天天问一号问一号”经过长达半年的航行经过长达半年的航行,于于2021年年2月月10日成功被火星引力捕获日成功被火星引力捕获,绕火星赤道平面椭圆绕火星赤道平面椭圆轨道轨道1运行运行(如图所示如图所示)为了观测火星的南北为了观测火星的南北极极,2月月15日探测器运行到轨道日探测器运行到轨道1的远火点的远火点,短短时间内启动探测器上发动机时间内启动探测器上发动机,成功实施了轨道平面机动成功实施了轨道平面机动,完成完成“侧手翻侧手翻”,转移到与轨道转移到与轨道1平面垂直的椭圆轨道平面垂直的椭圆轨道2上运行假设变上运行假设变轨前后两椭圆轨道的近火点轨前后两椭圆轨道的近火点P与远火点与远火点Q相同相同,远火点距离火星中远火点距离火星中心距离为心距离为r,探测器在远火点的速率为探测器在远火点的速率为v,忽略探测器在忽略探测器在Q点的变轨点的变轨时间且变轨后发动机关闭时间且变轨后发动机关闭,不考虑阻力、其他天体的影响下列不考虑阻力、其他天体的影响下列说法正确的是说法正确的是()B变式训练变式训练3 我国首次发射的火星探测器我国首次发射的火星探测器“天天问一号问一号”经过长达半年的航行经过长达半年的航行,于于2021年年2月月10日成功被火星引力捕获日成功被火星引力捕获,绕火星赤道平面椭圆绕火星赤道平面椭圆轨道轨道1运行运行(如图所示如图所示)为了观测火星的南北为了观测火星的南北极极,2月月15日探测器运行到轨道日探测器运行到轨道1的远火点的远火点,短短时间内启动探测器上发动机时间内启动探测器上发动机,成功实施了轨道平面机动成功实施了轨道平面机动,完成完成“侧手翻侧手翻”,转移到与轨道转移到与轨道1平面垂直的椭圆轨道平面垂直的椭圆轨道2上运行假设变上运行假设变轨前后两椭圆轨道的近火点轨前后两椭圆轨道的近火点P与远火点与远火点Q相同相同,远火点距离火星中远火点距离火星中心距离为心距离为r,探测器在远火点的速率为探测器在远火点的速率为v,忽略探测器在忽略探测器在Q点的变轨点的变轨时间且变轨后发动机关闭时间且变轨后发动机关闭,不考虑阻力、其他天体的影响下列不考虑阻力、其他天体的影响下列说法正确的是说法正确的是()考点四双星和多星模型考点四双星和多星模型例例4太空中存在一些离其他恒星很远的、由两颗太空中存在一些离其他恒星很远的、由两颗星体组成的双星系统星体组成的双星系统,可忽略其他星体对它们的可忽略其他星体对它们的引力作用如果将某双星系统简化为理想的圆引力作用如果将某双星系统简化为理想的圆周运动模型周运动模型,如图所示如图所示,两星球在相互的万有引两星球在相互的万有引力作用下力作用下,绕绕O点做匀速圆周运动由于双星间点做匀速圆周运动由于双星间的距离减小的距离减小,则则()A两星的运动角速度均逐渐减小两星的运动角速度均逐渐减小B两星的运动周期均逐渐减小两星的运动周期均逐渐减小C两星的向心加速度均逐渐减小两星的向心加速度均逐渐减小D两星的运动线速度均逐渐减小两星的运动线速度均逐渐减小BA
