第5讲-万有引力与天体运动公开课.pptx

第第5讲万有引力与天体运动讲万有引力与天体运动物理观念物理观念在自主串忆中整合升华在自主串忆中整合升华1天体运动的两条基本思路天体运动的两条基本思路2解决天体运动问题的解决天体运动问题的“万能关系式万能关系式”科学思维科学思维在迁移应用中融会贯通在迁移应用中融会贯通考点一天体质量和密度的计算考点一天体质量和密度的计算1我我国国航航天天事事业业取取得得了了突突飞飞猛猛进进地地发发展展，航航天天技技术术位位于于世世界界前前列列，在在航航天天控控制制中中心心对对其其正正上上方方某某卫卫星星测测控控时时，测测得得从从发发送送“操操作作指指令令”到到接接收收到到卫卫星星“已已操操作作”的的信信息息需需要要的的时时间间为为2t(设设卫卫星星接接收收到到“操操作作指指令令”后后立立即即操操作作，并并立立即即发发送送“已已操操作作”的的信信息息到到控控制制中中心心)，测测得得该该卫卫星星运运行行周周期期为为T，地地球球半半径径为为R，电电磁磁波波的的传传播播速速度度为为c，由由此此可可以以求求出出地地球的质量球的质量为为()2(2021广广东东高高考考)2021年年4月月，我我国国自自主主研研发发的的空空间间站站“天天和和”核核心心舱舱成成功功发发射射并并入入轨轨运运行行。若若核核心心舱舱绕绕地地球球的的运运行行可可视视为为匀匀速速圆圆周周运运动动，已已知知引力常量，由下列物理量能计算出地球质量的引力常量，由下列物理量能计算出地球质量的是是()A核心舱的质量和绕地半径核心舱的质量和绕地半径B核心舱的质量和绕地周期核心舱的质量和绕地周期C核心舱的绕地角速度和绕地周期核心舱的绕地角速度和绕地周期D核心舱的绕地线速度和绕地半核心舱的绕地线速度和绕地半径径谨记师说谨记师说天体质量和密度的计算方法天体质量和密度的计算方法1“自力更生自力更生”法法(g-R)利用天体表面的重力加速度利用天体表面的重力加速度g和天体半径和天体半径R。2“借助外援借助外援”法法(T-r)测出卫星绕天体做匀速圆周运动的周期测出卫星绕天体做匀速圆周运动的周期T和半径和半径r。考点二天体运行参量的比较考点二天体运行参量的比较3.如如图图所所示示，A为为地地球球赤赤道道上上的的物物体体，B为为地地球球同同步步卫卫星星，C为为地地球球表表面面上上北北纬纬60的的物物体体。已已知知A、B的的质质量量相相同同。则则下下列列关关于于A、B和和C三三个个物物体体的说法中，正确的的说法中，正确的是是()AA物体受到的万有引力小于物体受到的万有引力小于B物体受到的万有引力物体受到的万有引力BB物体的向心加速度小于物体的向心加速度小于A物体的向心加速度物体的向心加速度CA、B两物体的轨道半径的三次方与周期的二次方的比值相同两物体的轨道半径的三次方与周期的二次方的比值相同DA和和B线速度的比值比线速度的比值比C和和B线速度的比值大，且都小于线速度的比值大，且都小于1谨记师说谨记师说卫星运行参量的分析与比较卫星运行参量的分析与比较1四个分析四个分析“四四个个分分析析”是是指指分分析析人人造造卫卫星星的的加加速速度度、线线速速度度、角角速速度度和和周周期期与与轨道半径的关系轨道半径的关系。2四个比较四个比较(1)同同步步卫卫星星的的周周期期、轨轨道道平平面面、高高度度、线线速速度度、角角速速度度绕绕行行方方向向均均是是固定不变的，常用于无线电通信，故又称通信卫星。固定不变的，常用于无线电通信，故又称通信卫星。(2)极极地地卫卫星星运运行行时时每每圈圈都都经经过过南南北北两两极极，由由于于地地球球自自转转，极极地地卫卫星星可可以实现全球覆盖。以实现全球覆盖。(3)近近地地卫卫星星是是在在地地球球表表面面附附近近环环绕绕地地球球做做匀匀速速圆圆周周运运动动的的卫卫星星，其其运运行的轨道半径可近似认为等于地球的半径，其运行线速度约为行的轨道半径可近似认为等于地球的半径，其运行线速度约为7.9 km/s。(4)赤赤道道上上的的物物体体随随地地球球自自转转而而做做匀匀速速圆圆周周运运动动，由由万万有有引引力力和和地地面面支支持持力力的的合合力力充充当当向向心心力力(或或者者说由由万万有有引引力力的的分分力力充充当当向向心心力力)，它它的的运运动动规律不同于卫星，但它的周期、角速度与同步卫星相等规律不同于卫星，但它的周期、角速度与同步卫星相等。考点三卫星发射和变轨问题考点三卫星发射和变轨问题5.我国发射了一颗地球资源探测卫星，发射时，先将卫星发我国发射了一颗地球资源探测卫星，发射时，先将卫星发射射至至距离地面距离地面50 km的近地圆轨道的近地圆轨道1上，然后变轨到近地点距上，然后变轨到近地点距离离地地面面50 km、远地点距离地面、远地点距离地面1 500 km的椭圆轨道的椭圆轨道2上，最上，最后后由由轨轨道道2进进入入半半径径为为7 900 km的的圆圆轨轨道道3，轨轨道道1、2相相切切于于P点点，轨轨道道2、3相相切切于于Q点点。忽忽略略空空气气阻阻力力和和卫卫星星质质量量的的变变化化，则则以以下下说说法法正正确确的的是是()A该卫星从轨道该卫星从轨道1变轨到轨道变轨到轨道2需要在需要在P处点火加速处点火加速B该卫星在轨道该卫星在轨道2上稳定运行时，在上稳定运行时，在P点的速度小于在点的速度小于在Q点的速度点的速度C该卫星在轨道该卫星在轨道2上上Q点的加速度大于在轨道点的加速度大于在轨道3上上Q点的加速度点的加速度D该卫星在轨道该卫星在轨道3的机械能小于在轨道的机械能小于在轨道1的机械的机械能能6假假设设将将来来人人类类登登上上了了火火星星，考考察察完完毕毕后后，乘乘坐坐一一艘艘宇宇宙宙飞飞船船从从火火星星返返回回地地球球时时，经经历历了了如如图图所所示示的的变变轨轨过过程程，则则有有关关这这艘艘飞飞船船的的下下列列说说法法，正确的正确的是是()A飞船在轨道飞船在轨道上运行时的机械能大于在轨道上运行时的机械能大于在轨道上运动时的机械能上运动时的机械能B飞飞船船绕绕火火星星在在轨轨道道上上运运行行的的周周期期跟跟飞飞船船返返回回地地面面的的过过程程中中绕绕地地球球以轨道以轨道同样的轨道半径运行的周期相同同样的轨道半径运行的周期相同C飞飞船船在在轨轨道道上上运运行行到到P点点时时的的加加速速度度大大于于飞飞船船在在轨轨道道上上运运行行到到P点时的加速度点时的加速度D飞船在轨道飞船在轨道上运行时，经过上运行时，经过P点时的速度大于经过点时的速度大于经过Q点时的速点时的速度度谨记师说谨记师说卫星变轨的实卫星变轨的实质质考点四万有引力定律与几何知识综合问题考点四万有引力定律与几何知识综合问题7(多多选选)2019年年1月月3日日10时时26分分，嫦嫦娥娥四四号号探探测测器器成成功功着着陆陆在在月月球球背背面面的的预预选选着着陆陆区区，并并传传回回了了世世界界第第一一张张近近距距离离拍拍摄摄的的月月背背影影像像图图，揭揭开开了了古古老老月月背背的的神神秘秘面面纱纱。已已知知人人造造航航天天器器在在月月球球表表面面上上空空绕绕月月球球做做匀匀速速圆圆周周运运动动，经经过过时时间间t(t小小于于航航天天器器的的绕绕行行周周期期)，航航天天器器运运动动的的弧弧长长为为s，航航天器与月球的中心连线扫过角度为天器与月球的中心连线扫过角度为，引力常量为，引力常量为G，则则()8(2020山山东东等等级级考考)2020年年7月月23日日，“天天问问一一号号”探探测测器器在在中中国国文文昌昌航航天天发发射射场场发发射射升升空空。质质量量为为m的的着着陆陆器器在在着着陆陆火火星星前前，会会在在火火星星表表面面附附近近经经历历一一个个时时长长为为t0、速速度度由由v0减减速速到到零零的的过过程程。已已知知火火星星的的质质量量约约为为地地球球的的0.1倍倍，半半径径约约为为地地球球的的0.5倍倍，地地球球表表面面的的重重力力加加速速度度大大小小为为g，忽忽略略火火星星大大气气阻阻力力。若若该该减减速速过过程程可可视视为为一一个个竖竖直直向向下下的的匀匀减减速速直直线线运运动，此过程中着陆器受到的制动力大小约动，此过程中着陆器受到的制动力大小约为为()命题导向命题导向在真题集训中把脉规律在真题集训中把脉规律1(2020浙浙江江7月月选选考考)火火星星探探测测任任务务“天天问问一一号号”的的标标识识如如图图所所示示。若若火火星星和和地地球球绕绕太太阳阳的的运运动动均均可可视视为为匀匀速速圆圆周周运运动动，火火星星公公转转轨轨道道半半径径与与地地球公转轨道半径之比为球公转轨道半径之比为32，则火星与地球绕太阳运动，则火星与地球绕太阳运动的的()A轨道周长之比为轨道周长之比为23D向心加速度大小之比为向心加速度大小之比为942(2020浙浙江江1月月选选考考)如如图图所所示示，卫卫星星a、b、c沿沿圆圆形形轨轨道道绕绕地地球球运运行行。a是是极极地地轨轨道道卫卫星星，在在地地球球两两极极上上空空约约1 000 km处处运运行行；b是是低低轨轨道道卫卫星星，距地球表面高度与距地球表面高度与a相等；相等；c是地球同步卫星，是地球同步卫星，则则()Aa、b的周期比的周期比c大大Ba、b的向心力一定相等的向心力一定相等Ca、b的速度大小相等的速度大小相等Da、b的向心加速度比的向心加速度比c小小3.(2019浙浙江江4月月选选考考)某某颗颗北北斗斗导导航航卫卫星星属属于于地地球球静静止止轨轨道道卫卫星星(即即卫卫星星相相对于地面静止对于地面静止)。则此卫星。则此卫星的的()A线速度大于第一宇宙速度线速度大于第一宇宙速度B周期小于同步卫星的周期周期小于同步卫星的周期C角速度大于月球绕地球运行的角速度角速度大于月球绕地球运行的角速度D向心加速度大于地面的重力加速向心加速度大于地面的重力加速度度4.(2021浙江浙江6月选考月选考)空间站在地球外层的稀薄大气中空间站在地球外层的稀薄大气中绕绕行，行，因气体阻力的影响，轨道高度会发生变化。空因气体阻力的影响，轨道高度会发生变化。空间间站站安装有发动机，可对轨道进行修正。图中给安装有发动机，可对轨道进行修正。图中给出了国际出了国际空空间站在间站在2020.022020.08期间离地高度随时间变化期间离地高度随时间变化的的曲曲线，则空线，则空间站间站()A绕地运行速度约为绕地运行速度约为2.0 km/sB绕地运行速度约为绕地运行速度约为8.0 km/sC在在4月份绕行的任意两小时内机械能可视为守恒月份绕行的任意两小时内机械能可视为守恒D在在5月份绕行的任意两小时内机械能可视为守恒月份绕行的任意两小时内机械能可视为守恒解解析析：根根据据题意意可可知知，空空间站站在在地地球球表表面面绕地地球球做做圆周周运运动，其其绕地地运运行行的的速速度度应略略小小于于第第一一宇宇宙宙速速度度7.9 km/s，故故A、B错误；在在4月月份份轨道道半半径径出出现明明显的的变大大，则可可知知，机机械械能能不不守守恒恒，故故C错误；在在5月月份份轨道道半半径基本不径基本不变，故可，故可视为机械能守恒，故机械能守恒，故D正确正确。答案：答案：D5(2021浙浙江江1月月选选考考)嫦嫦娥娥五五号号探探测测器器是是我我国国首首个个实实施施月月面面采采样样返返回回的的航航天天器器，由由轨轨道道器器、返返回回器器、着着陆陆器器和和上上升升器器等等多多个个部部分分组组成成。为为等等待待月月面面采采集集的的样样品品，轨轨道道器器与与返返回回器器的的组组合合体体环环月月做做圆圆周周运运动动。已已知知引引力力常常量量G6.671011 Nm2/kg2，地地球球质质量量m16.01024 kg，月月球球质质量量m27.31022 kg，月月地地距距离离r13.8105 km，月月球球半半径径r21.7103 km。当当轨轨道道器器与与返返回回器器的的组组合合体体在在月月球球表表面面上上方方约约200 km处处做做环环月月匀匀速速圆圆周周运运动时，其环绕速度约动时，其环绕速度约为为()A16 m/s B1.1102 m/sC1.6103 m/s D1.4104 m/s“专题跟踪检测专题跟踪检测”见见“专题跟踪检专题跟踪检测测(五五)”(单击进入电子文档单击进入电子文档)