新课标高三物理一轮复习万有引力与航天.pptx

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1、基基础础梳梳理理自自学学导导引引一、开普勒行星运动定律定律定律内容内容图示图示开普开普勒第勒第一定一定律律所有行星绕太所有行星绕太阳运动的轨道阳运动的轨道都是椭圆，太都是椭圆，太阳处在椭圆的阳处在椭圆的一个焦点上一个焦点上第1页/共74页定律定律内容内容图示图示开普开普勒第勒第二定二定律律对任意一个行星来对任意一个行星来说，它与太阳的连说，它与太阳的连线在相等的时间内线在相等的时间内扫过相等的面积扫过相等的面积开普开普勒第勒第三定三定律律所有行星的轨道的所有行星的轨道的半长轴的三次方跟半长轴的三次方跟它的公转周期的二它的公转周期的二次方的比值都相等次方的比值都相等.第2页/共74页特别提示：(

2、1)开普勒三定律虽然是根据行星绕太阳的运动总结出来的，但也适用于卫星绕行星的运动(2)开普勒第三定律中的k是一个与运动天体无关的量，只与被环绕的中心天体有关第3页/共74页二、万有引力定律1内容：自然界中任何两个物体都相互吸引，引力的方向在它们的连线上，引力的大小与物体的质量m1和 m2的 _成 正 比，与它们之间_成反比乘积乘积距离距离r的二次方的二次方第4页/共74页2公式：F_，其中G6.671011 Nm2/kg2.3适用条件：严格地说，公式只适用于_间的相互作用，当两个物体间的距离_物体本身的大小时，公式也可以使用 对 于 均 匀 的 球 体，r是_质点质点远大于远大于两球心间的距离

3、两球心间的距离第5页/共74页三、三种宇宙速度宇宙宇宙速度速度数值数值(km/s)意义意义第一第一宇宙宇宙速度速度7.9这是卫星绕地球做圆周运动这是卫星绕地球做圆周运动的最小发射速度，对于发射的最小发射速度，对于发射速度速度v，若，若7.9 km/sv11.2 km/s，物体物体绕绕_运行运行(环绕速度环绕速度)地球地球第6页/共74页宇宙宇宙速度速度数值数值(km/s)意义意义第二第二宇宙宇宙速度速度11.2这是物体挣脱地球引力这是物体挣脱地球引力束缚的最小发射速度，束缚的最小发射速度，对于发射速度对于发射速度v若若11.2 km/sv16.7 km/s，物，物体体绕绕_运行运行(脱离速度脱

4、离速度)太阳太阳第7页/共74页宇宙宇宙速度速度数值数值(km/s)意义意义第三第三宇宙宇宙速度速度16.7这是物体挣脱太阳引力这是物体挣脱太阳引力束缚的最小发射速度，束缚的最小发射速度，若发射速度若发射速度v16.7 km/s，物体将，物体将脱离脱离_在在宇宙宇宙空间运行空间运行(逃逸速度逃逸速度)太阳系太阳系第8页/共74页特别提示：(1)三种宇宙速度均指的是发射速度，不是环绕速度(2)第一宇宙速度既是最小发射速度，又是卫星绕地球做匀速圆周运动的最大环绕速度第9页/共74页四、经典力学的时空观和相对论时空观1经典力学的时空观又称绝对时空观，时间和空间是_的，时间尺度和空间尺度与物质运动_，

5、都是_的分离分离无关无关绝对绝对第10页/共74页2 相 对 论 时 空 观 揭 示 了_、_与物质运动存在着内在的不可分割的联系，“同时”具有相对性，时空也具有相对性时间时间空间空间第11页/共74页要要点点透透析析直直击击高高考考一、万有引力与重力的关系1万有引力对物体的作用效果可以等效为两个力的作用，一个是重力mg，另一个是物体随地球自转所需的向心力F向如图441所示，第12页/共74页图441第13页/共74页第14页/共74页第15页/共74页特别提醒：(1)重力的方向是竖直向下的，不要误以为是指向地心，万有引力的方向指向地心.,(2)由于地球的自转角速度很小，所以地球的自转带来的影

6、响就很小，一般情况下认为 ，故GMgR2，这是万有引力定律应用中经常用到的“黄金代换”.第16页/共74页即时应用1一物体在某星球赤道上的重力是在两极重力的90%，已知星球的自转周期T，万有引力常量G，求星球的平均密度解析：由题意知，物体在赤道随星球做圆周运动所需向心力等于在两极所受重力的10%.第17页/共74页第18页/共74页二、天体运动的分析和计算1解决天体(卫星)运动问题的基本思路(1)天体运动的向心力来源于天体之间的万有引力，即第19页/共74页第20页/共74页特别提醒：(1)在研究卫星的问题中，若已知中心天体表面的重力加速度g0时，常运用GMg0R2作为桥梁，可以把“地上”和“

7、天上”联系起来.由于这种代换的作用巨大，此式通常称为黄金代换式.第21页/共74页(2)利用此关系可求行星表面重力加速度、轨道处重力加速度：在行星表面重力加速度：所以g0在离地面高为h的轨道处重力加速度：mgh，所以gh第22页/共74页2应用实例(1)估算中心天体质量的基本思路从环绕天体出发：通过观测环绕天体运动的周期T和轨道半径r就可以求出中心天体的质量M.从中心天体本身出发：只要知道中心天体表面的重力加速度g和半径R就可以求出中心天体的质量M.第23页/共74页(2)估算中心天体的密度测出卫星绕天体做匀速圆周运动的半径r和周期T，由第24页/共74页特别提醒：(1)注意区分卫星的轨道半径

8、与中心天体的半径，只有近地卫星的轨道半径才等于天体的半径.(2)天体运动一般都近似看成是匀速圆周运动，由万有引力提供向心力，但是如果天体的运动不能看做圆周运动而是椭圆运动时，万有引力与向心力不相等.第25页/共74页即时应用第26页/共74页A密度B质量C半径 D自转周期第27页/共74页第28页/共74页第29页/共74页第30页/共74页第31页/共74页第32页/共74页(5)速率一定：运动速度v2r/T3.07 km/s(为恒量)(6)绕行方向一定：与地球自转的方向一致5极地卫星和近地卫星第33页/共74页(1)极地卫星运行时每圈都经过南北两极，由于地球自转，极地卫星可以实现全球覆盖(

9、2)近地卫星是在地球表面附近环绕地球做匀速圆周运动的卫星，其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7.9 km/s.第34页/共74页(3)两种卫星的轨道平面一定通过地球的球心第35页/共74页特别提醒：(1)卫星的a、v、T是相互联系的，如果一个量发生变化，其他量也随之发生变化；这些量与卫星的质量无关，它们由轨道半径和中心天体的质量共同决定.,(2)卫星的能量与轨道半径的关系：同一颗卫星轨道半径越大，动能越小，势能越大，机械能越大.第36页/共74页即时应用 3(原创题)2011年9月29日，我国成功发射“天宫一号”目标飞行器如图442所示，“天宫一号”从A点经轨道进入指定

10、轨道，等待与“神舟八号”飞船对接关于“天宫一号”的运动，下列说法中正确的是()第37页/共74页图442第38页/共74页A“天宫一号”的发射速度大于7.9 km/s，小于11.2 km/sB在轨道上经过B点的速度大于经过A点的速度C在轨道上经过B点的加速度大于经过A点的加速度第39页/共74页D在轨道上经过B点的速度、加速度与在轨道上经过B点的速度、加速度都相等解析：选A.“天宫一号”卫星的发射速度介于第一宇宙速度和第二宇宙速度之间，A项对由开普勒第二定律知椭圆轨道上近地点速度应大于远地点速度，第40页/共74页第41页/共74页题题型型探探究究讲讲练练互互动动例例例例1 1题型题型1 1天

11、体的计算天体的计算 (2012河北石家庄模拟)我国“嫦娥二号”月球探测器在绕月球成功运行之后，为进一步探测月球的详细情况，又发射了一颗绕月球表面飞行的科学试验卫星第42页/共74页假设卫星绕月球做圆周运动，月球绕地球也做圆周运动，且轨道都在同一平面内已知卫星绕月球运动周期T0，地球表面处的重力加速度g，地球半径R0，月心与地心间的距离r0m，引力常量G，试求：第43页/共74页(1)月球的平均密度；(2)月球绕地球运转的周期T.【解析】(1)设月球质量为m，卫星质量为m，对于绕月球表面飞行的卫星，由万有引力提供向心力第44页/共74页第45页/共74页第46页/共74页变式训练1(2011高考

12、江苏卷)一行星绕恒星做圆周运动由天文观测可得，其运行周期为T，速度为v.引力常量为G，则()第47页/共74页第48页/共74页第49页/共74页例例例例2 2题型题型2 2卫星问题分析卫星问题分析 (原创题)美国国家航空航天局于当地时间2011年11月26日10时2分，向火星发射一颗名为“好奇”号的核动力探测器简化后的路线示意图如图443所示，第50页/共74页探测器由地面发射后经过发射轨道进入停泊轨道，然后在停泊轨道经过调速后进入转移轨道，经过几次制动后进入工作轨道，探测器开始对火星进行探测已知地球与火星的质量之比为a，探测器的停泊轨道与工作轨道的半径之比为b，第51页/共74页探测器在停

13、泊轨道和工作轨道上均可视为做匀速圆周运动，则探测器()图443第52页/共74页第53页/共74页从停泊轨道进入转移轨道时，卫星必须加速ABC D第54页/共74页【思路点拨】解决此题的关键是：(1)利用万有引力充当向心力判断速度、周期与轨道半径的关系(2)根据卫星变轨问题的条件分析速度变化第55页/共74页第56页/共74页轨道半径越大，运行速度越小，所以错误要使探测器从停泊轨道进入转移轨道，必须使探测器做离心运动，即应增加探测器的动能，正确故选项C正确【答案】C第57页/共74页【规律总结】卫星的速度增大，应做离心运动，要克服万有引力做负功，其动能要减小，速度也减小，所以稳定后速度减小与卫

14、星原来速度增大并不矛盾，这正是能量守恒定律的具体体现第58页/共74页变式训练2(2012合肥质检)设地球质量为月球质量的81倍，地球半径是月球半径的4倍，若探测器甲绕地球和探测器乙绕月球做匀速圆周运动的半径相同，则()A甲与乙线速度之比为92B甲与乙线速度之比为1 9第59页/共74页C甲与乙的向心加速度之比为81 1D甲与乙的运动周期之比为1 1第60页/共74页第61页/共74页例例例例3 3题型题型3 3宇宙速度宇宙速度 (满分样板8分)已知地球半径为R，地球表面重力加速度为g，不考虑地球自转的影响(1)推导第一宇宙速度v1的表达式；(2)若卫星绕地球做匀速圆周运动，第62页/共74页

15、运行轨道距离地面高度为h，求卫星的运行周期T.解题样板(1)设卫星的质量为m，地球的质量为M第63页/共74页第64页/共74页【方法总结】【方法总结】第一宇宙速度等于第一宇宙速度等于近地卫星的运行速度近地卫星的运行速度第65页/共74页变式训练3美国国家科学基金会宣布，天文学家发现一颗迄今为止与地球最类似的太阳系外行星，这颗行星距离地球约20亿光年(189.21万亿公里)，图444第66页/共74页公转周期约为37个地球日，这颗名叫Gliese581g的行星位于天秤座星群，它的半径大约是地球的1.9倍，重力加速度与地球相近则下列说法正确的是()第67页/共74页A在地球上发射航天器到达该星球

16、，航天器的发射速度至少要达到第三宇宙速度B该行星的公转速度比地球大C该行星的质量约为地球质量的3.61倍第68页/共74页D要在该行星表面发射人造卫星，发射速度至少要达到7.9 km/s解析：选AC.发射航天器到达该行星要飞离太阳系，发射速度要达到第三宇宙速度，A正确；该行星的公转速度 我们只知道该行星的公转周期比地球的小，第69页/共74页第70页/共74页该行星的重力加速度与地球相近，但半径比地球大，所以人造卫星发射速度大于7.9 km/s，D错误第71页/共74页知知能能演演练练强强化化闯闯关关第72页/共74页本部分内容讲解结束本部分内容讲解结束按ESC键退出全屏播放第73页/共74页感谢您的观看。第74页/共74页