《2019高考物理一轮复习 第四章 曲线运动 万有引力与航天 第4节 万有引力定律及其应用课件 新人教版》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2019高考物理一轮复习 第四章 曲线运动 万有引力与航天 第4节 万有引力定律及其应用课件 新人教版（47页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第4节 万有引力定律及其应用,-2-,知识梳理,考点自诊,一、开普勒行星运动定律,-3-,知识梳理,考点自诊,二、万有引力定律,2.适用条件:只适用于 质点 间的相互作用。 3.理解 (1)两 质量 分布均匀的球体间的相互作用,也可用本定律来计算,其中r为两球心间的距离。 (2)一个质量分布均匀的球体和球外一个质点间的万有引力的计算也适用,其中r为质点到球心间的距离。,-4-,知识梳理,考点自诊,三、宇宙速度,-5-,知识梳理,考点自诊,四、地球卫星 1.卫星的轨道 (1)赤道轨道:卫星的轨道在赤道平面内,同步卫星就是其中的一种。 (2)极地轨道:卫星的轨道过南北两极,即在垂直于赤道的平面内,
2、如极地气象卫星。 (3)其他轨道:除以上两种轨道外的卫星轨道。 所有卫星的轨道平面一定通过地球的球心。,-6-,知识梳理,考点自诊,2.地球同步卫星 相对于地面静止且与地球自转具有相同周期的卫星叫地球同步卫星。同步卫星有以下特点 (1)轨道平面一定:轨道平面与 赤道平面 共面。 (2)周期一定:与地球自转周期 相同 ,即T= 24 h 。 (3)角速度一定:与地球自转的角速度 相同 。,卫星离地面高度h=r-R6R(为恒量35 786 km)。 (5)绕行方向一定:与地球自转的方向一致。,-7-,知识梳理,考点自诊,3.极地卫星和近地卫星 (1)极地卫星运行时每圈都经过 南北两极 ,由于地球自
3、转,极地卫星可以实现全球覆盖。 (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。,-8-,知识梳理,考点自诊,五、经典时空观和相对论时空观 1.经典时空观 (1)在经典力学中,物体的质量是不随 速度 的改变而改变的。 (2)在经典力学中,同一物理过程发生的位移和对应时间的测量结果在不同的参考系中是 相同的 。 2.相对论时空观 同一过程的位移和时间的测量与参考系 有关 ,在不同的参考系中 不同 。 3.经典力学有它的适用范围 只适用于 低速 运动,不适用于 高速 运动;只适用于 宏观 世界,不适用于
4、微观 世界。,-9-,知识梳理,考点自诊,1.(2016全国卷)关于行星运动的规律,下列说法符合史实的是( ) A.开普勒在牛顿定律的基础上,导出了行星运动的规律 B.开普勒在天文观测数据的基础上,总结出了行星运动的规律 C.开普勒总结出了行星运动的规律,找出了行星按照这些规律运动的原因 D.开普勒总结出了行星运动的规律,发现了万有引力定律,答案,解析,-10-,知识梳理,考点自诊,A.公式只适用于星球之间的引力计算,不适用于质量较小的物体 B.当两物体间的距离趋近于0时,万有引力趋近于无穷大 C.两物体间的万有引力也符合牛顿第三定律 D.公式中引力常量G的值是牛顿规定的,答案,解析,-11-
5、,知识梳理,考点自诊,3.(多选)天文学家发现某恒星有一颗行星在圆形轨道上绕其做匀速圆周运动,并测出了行星的轨道半径和运行周期。由此可推算出( ) A.恒星的质量 B.恒星的平均密度 C.行星的质量 D.行星运行的速度大小,答案,解析,-12-,知识梳理,考点自诊,4.(多选)“马航失联”事件发生后,中国在派出水面和空中力量的同时,在第一时间紧急调动了21颗卫星参与搜寻。“调动”卫星的措施之一就是减小卫星环绕地球运动的轨道半径,降低卫星运行的高度,以有利于发现地面(或海洋)目标。下面说法正确的是( ) A.轨道半径减小后,卫星的环绕速度减小 B.轨道半径减小后,卫星的环绕速度增大 C.轨道半径
6、减小后,卫星的环绕周期减小 D.轨道半径减小后,卫星的环绕周期增大,答案,解析,-13-,知识梳理,考点自诊,5.(2017湖南十校联考)银河系的恒星中大约四分之一是双星。某双星由质量不等的星体S1和S2构成,两星在相互之间的万有引力作用下绕两者连线上某一定点O做匀速圆周运动。由天文观察测得它们的运动周期为T,若已知S1和S2的距离为r,引力常量为G,求两星的总质量M。,答案,解析,-14-,命题点一,命题点二,命题点三,命题点四,万有引力定律的理解和应用 1.地球表面的重力与万有引力 地面上的物体所受地球的吸引力产生两个效果,其中一个分力提供了物体绕地轴做圆周运动的向心力,另一个分力等于重力
7、。(1)在两极,向心力等于零,重力等于万有引力;(2)除两极外,物体的重力都比万有引力小;(3)在赤道处,物体的万有引力分解为两个分力F向和mg刚好在一条直线上,则有F=F向+mg,所以mg=F-F向=,-15-,命题点一,命题点二,命题点三,命题点四,2.地球表面附近(脱离地面)的重力与万有引力 物体在地球表面附近(脱离地面)绕地球转时,物体所受的重力等于地球表面处的万有引力,即mg= ,R为地球半径,g为地球表面附近的重力加速度,上式变形得GM=gR2。 3.距地面一定高度处的重力与万有引力 物体在距地面一定高度h处绕地球转时,mg= ,R为地球半径,g为该高度处的重力加速度。,-16-,
8、命题点一,命题点二,命题点三,命题点四,例1(2017江西抚州模拟)由中国科学院、中国工程院两院院士评出的2012年中国十大科技进展新闻,于2013年1月19日揭晓,“神九”载人飞船与“天宫一号”成功对接和“蛟龙”号下潜突破7 000米分别排在第一、第二。若地球半径为R,把地球看作质量分布均匀的球体。“蛟龙”下潜深度为d,“天宫一号”轨道距离地面高度为h,“蛟龙”号所在处与“天宫一号”所在处的加速度之比为( ),答案,解析,-17-,命题点一,命题点二,命题点三,命题点四,万有引力的“两个推论” 推论1:在匀质球壳的空腔内任意位置处,质点受到球壳的万有引力的合力为零,即F引=0。 推论2:在匀
9、质球体内部距离球心r处的质点(m)受到的万有引力等于球体内半径为r的同心球体(M)对其的万有引力,即F=G 。,-18-,命题点一,命题点二,命题点三,命题点四,即学即练 1.假设地球是一半径为R、质量分布均匀的球体。一矿井深度为d。已知质量分布均匀的球壳对壳内物体的引力为零。矿井底部和地面处的重力加速度大小之比为( ),答案,解析,-19-,命题点一,命题点二,命题点三,命题点四,2.(2017江西南昌二模)地球自转周期为T,同一物体在赤道和南极水平面上静止时所受到的支持力之比k,引力常量为G,假设地球可视为质量均匀分布的球体,半径为R。则地球的密度为( ),答案,解析,-20-,命题点一,
10、命题点二,命题点三,命题点四,天体质量和密度的估算 天体质量和密度常用的估算方法,-21-,命题点一,命题点二,命题点三,命题点四,-22-,命题点一,命题点二,命题点三,命题点四,例2(2017北京卷)利用引力常量G和下列某一组数据,不能计算出地球质量的是( ) A.地球的半径及重力加速度(不考虑地球自转) B.人造卫星在地面附近绕地球做圆周运动的速度及周期 C.月球绕地球做圆周运动的周期及月球与地球间的距离 D.地球绕太阳做圆周运动的周期及地球与太阳间的距离,答案,解析,-23-,命题点一,命题点二,命题点三,命题点四,思维点拨地球、人造卫星等做匀速圆周运动,它们受到的万有引力充当向心力,
11、用它们的运动周期表示向心力,由万有引力定律结合牛顿第二定律列式求中心天体的质量,然后由选项条件判断正确的答案。,-24-,命题点一,命题点二,命题点三,命题点四,计算中心天体的质量、密度时的两点区别,1.天体半径和卫星的轨道半径 通常把天体看成一个球体,天体的半径指的是球体的半径。卫星的轨道半径指的是卫星围绕天体做圆周运动的圆的半径。卫星的轨道半径大于等于天体的半径。2.自转周期和公转周期 自转周期是指天体绕自身某轴线运动一周所用的时间,公转周期是指卫星绕中心天体做圆周运动一周所用的时间。自转周期与公转周期一般不相等。,-25-,命题点一,命题点二,命题点三,命题点四,即学即练 3.已知引力常
12、量G,那么在下列给出的各种情景中,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,测出落下的高度H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,测出飞船运行的周期T C.观察月球绕地球的圆周运动,测出月球的直径D和月球绕地球运行的周期T D.发射一颗绕月球做圆周运动的卫星,测出卫星离月球表面的高度H和卫星的周期T,答案,解析,-26-,命题点一,命题点二,命题点三,命题点四,4.地球围绕太阳的运动可视为匀速圆周运动,其公转速度约为月球绕地球公转速度的30倍,其轨道半径约为月球绕地球公转轨道半径的400倍。已知地球半径R=6 400 km,地球表面的重
13、力加速度g取10 m/s2,引力常量G=6.6710-11 Nm2/kg2。则太阳的质量约为( ) A.2.21024 kg B.2.21030 kg C.7.31028 kg D.3.41029 kg,答案,解析,-27-,命题点一,命题点二,命题点三,命题点四,卫星运行参量的比较与计算 1.物理量随轨道半径变化的规律,-28-,命题点一,命题点二,命题点三,命题点四,2.卫星的轨道 (1)赤道轨道:卫星的轨道在赤道平面内,同步卫星就是其中的一种。 (2)极地轨道:卫星的轨道过南北两极,即在垂直于赤道的平面内,如极地气象卫星。 (3)其他轨道:除以上两种轨道外的卫星轨道,且轨道平面一定通过地
14、球的球心。,-29-,命题点一,命题点二,命题点三,命题点四,3.同步卫星的六个“一定”,-30-,命题点一,命题点二,命题点三,命题点四,例3(2017全国卷)2017年4月,我国成功发射的天舟一号货运飞船与天宫二号空间实验室完成了首次交会对接,对接形成的组合体仍沿天宫二号原来的轨道(可视为圆轨道)运行。与天宫二号单独运行时相比,组合体运行的( ) A.周期变大 B.速率变大 C.动能变大 D.向心加速度变大,答案,解析,-31-,命题点一,命题点二,命题点三,命题点四,利用万有引力定律解决卫星运动的技巧 1.一个模型 天体(包括卫星)的运动可简化为质点的匀速圆周运动模型。 2.两组公式,3
15、.a、v、T均与卫星的质量无关,只由轨道半径和中心天体质量共同决定,所有参量的比较,最终归结到半径的比较。,-32-,命题点一,命题点二,命题点三,命题点四,即学即练 5.(2017天津卷)我国自主研制的首艘货运飞船“天舟一号”发射升空后,与已经在轨运行的“天宫二号”成功对接形成组合体。假设组合体在距地面高为h的圆形轨道上绕地球做匀速圆周运动,已知地球的半径为R,地球表面处重力加速度为g,且不考虑地球自转的影响。则组合体运动的线速度大小为 ,向心加速度大小为 。,答案,解析,-33-,命题点一,命题点二,命题点三,命题点四,6.(多选)(2017江苏卷)天舟一号货运飞船于2017年4月20日在
16、文昌航天发射中心成功发射升空。与天宫二号空间实验室对接前,天舟一号在距地面约380 km的圆轨道上飞行,则其( ) A.角速度小于地球自转角速度 B.线速度小于第一宇宙速度 C.周期小于地球自转周期 D.向心加速度小于地面的重力加速度,答案,解析,-34-,命题点一,命题点二,命题点三,命题点四,多星系统模型 1.双星 (1)各自所需的向心力由彼此间的万有引力相互提供,(2)两颗星的周期及角速度都相同,即T1=T2,1=2。 (3)两颗星的半径与它们之间的距离关系:r1+r2=l。,-35-,命题点一,命题点二,命题点三,命题点四,2.多星 (1)三星模型: 三颗星位于同一直线上,两颗质量均为m的环绕星围绕中央星在同一半径为R的圆形轨道上运行(如图甲所示)。 三颗质量均为m的星体位于等边三角形的三个顶点上(如图乙所示)。,-36-,命题点一,命题点二,命题点三,
