《萬有引力與航天》PPT課件.ppt

第3講萬有引力與航天,(單選)太陽系中的8大行星的軌道均可以近似看成圓軌道下列4幅圖是用來描述這些行星運動所遵從的某一規(guī)律的圖象圖中坐標系的橫軸是lg(T/T0)，縱軸是lg(R/R0)；這里T和R分別是行星繞太陽運行的周期和相應的圓軌道半徑，T0和R0分別是水星繞太陽運行的周期和相應的圓軌道半徑下列4幅圖中正確的是(),開普勒行星運動定律(考綱要求),【思維驅(qū)動】,答案B,【知識存盤】,行星,橢圓,橢圓,焦點,相等的時間,相等的面積,無關,行星,半長軸,公轉(zhuǎn)周期,相等,A公式只適用于星球之間的引力計算，不適用于質(zhì)量較小的物體B當兩物體間的距離趨近于0時，萬有引力趨近于無窮大C兩物體間的萬有引力也符合牛頓第三定律D公式中引力常量G的值是牛頓規(guī)定的,萬有引力定律及其應用(考綱要求),【思維驅(qū)動】,答案C,1內(nèi)容：自然界中任何兩個物體都相互吸引，引力的方向在它們的連線上，引力的大小與物體的質(zhì)量m1和m2的乘積_，與它們之間距離r的平方_2表達式：F_，G為引力常量：G6.671011Nm2/kg2.,【知識存盤】,成正比,成反比,(1)公式適用于_間的相互作用當兩個物體間的距離遠遠大于物體本身的大小時，物體可視為質(zhì)點(2)質(zhì)量分布均勻的球體可視為質(zhì)點，r是_的距離,3適用條件,質(zhì)點,兩球心間,(單選)關于地球的第一宇宙速度，下列表述正確的是()A第一宇宙速度又叫脫離速度B第一宇宙速度又叫環(huán)繞速度C第一宇宙速度跟地球的質(zhì)量無關D第一宇宙速度跟地球的半徑無關解析由于對第一宇宙速度與環(huán)繞速度兩個概念識記不準，造成誤解，其實第一宇宙速度是指最大的環(huán)繞速度答案B,第一宇宙速度(考綱要求),【思維驅(qū)動】,v_km/s.2第一宇宙速度是人造地球衛(wèi)星在_環(huán)繞地球做勻速圓周運動時具有的速度3第一宇宙速度是人造衛(wèi)星的_速度，也是人造地球衛(wèi)星的_速度,【知識存盤】,地面附近,最大環(huán)繞,最小發(fā)射,7.9,(多選)如圖531所示是牛頓研究拋體運動時繪制的一幅草圖，以不同速度拋出的物體分別沿a、b、c、d軌跡運動，其中a是一段曲線，b是貼近地球表面的圓，c是橢圓，d是雙曲線的一部分已知引力常量為G、地球質(zhì)量為M、半徑為R、地球附近的重力加速度為g.以下說法中正確的是(),第二宇宙速度和第三宇宙速度(考綱要求),【思維驅(qū)動】,圖531,答案AB,1第二宇宙速度(脫離速度)：v2_km/s，使物體掙脫_引力束縛的最小發(fā)射速度2第三宇宙速度(逃逸速度)：v3_km/s，使物體掙脫_引力束縛的最小發(fā)射速度特別提醒(1)兩種周期自轉(zhuǎn)周期和公轉(zhuǎn)周期的不同(2)兩種速度環(huán)繞速度與發(fā)射速度的不同，最大的環(huán)繞速度等于最小的發(fā)射速度(3)兩個半徑天體半徑R和衛(wèi)星軌道半徑r不同,【知識存盤】,11.2,地球,16.7,太陽,1衛(wèi)星的線速度、角速度、周期與軌道半徑的關系做勻速圓周運動的衛(wèi)星所受萬有引力完全提供所需向心力，即F引F向,【典例1】(單選)(2012課標全國卷，21)假設地球是一半徑為R、質(zhì)量分布均勻的球體一礦井深度為d.已知質(zhì)量分布均勻的球殼對殼內(nèi)物體的引力為零礦井底部和地面處的重力加速度大小之比為(),考點一萬有引力定律的應用,答案A,【變式跟蹤1】(多選)美國航空航天局發(fā)射的“月球勘測軌道器”LRO，LRO每天在50km的高度穿越月球兩極上空10次若以T表示LRO在離月球表面高度h處的軌道上做勻速圓周運動的周期，以R表示月球的半徑，則(),答案BD,以題說法,A運行速度大于第一宇宙速度，小于第二宇宙速度B離地面的高度一定，相對地面保持靜止C繞地球運行的周期比月球繞地球運行的周期大D向心加速度與靜止在赤道上物體的向心加速度大小相等,考點二對宇宙速度的理解及計算,【典例2】(單選)我國在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心，將巴基斯坦通信衛(wèi)星1R(Paksat1R)成功送入地球同步軌道，發(fā)射任務獲得圓滿成功關于成功定點后的“1R”衛(wèi)星，下列說法正確的是(),解析人造地球衛(wèi)星(包括地球同步衛(wèi)星)的發(fā)射速度大于第一宇宙速度，小于第二宇宙速度，而其運行速度小于第一宇宙速度，選項A錯誤；地球同步衛(wèi)星在赤道上空相對地面靜止，并且距地面的高度一定，大約是3.6104km，選項B正確；地球同步衛(wèi)星繞地球運動的周期與地球自轉(zhuǎn)周期相同，即T24h，而月球繞地球運行的周期大約是27天，選項C錯誤；地球同步衛(wèi)星與靜止在赤道上物體的運行周期相同，角速度也相同，根據(jù)公式a2r可知，運行半徑大的向心加速度大，所以地球同步衛(wèi)星的向心加速度大于靜止在赤道上物體的向心加速度，選項D錯誤答案B,【變式跟蹤2】(單選)(2013西安名校聯(lián)考)“靜止”在赤道上空的地球同步氣象衛(wèi)星把廣闊視野內(nèi)的氣象數(shù)據(jù)發(fā)回地面，為天氣預報提供準確、全面和及時的氣象資料設地球同步衛(wèi)星的軌道半徑是地球半徑的n倍，下列說法中正確的是(),答案C,1第一宇宙速度三種不同的說法(1)最小的發(fā)射速度(2)最大的環(huán)繞速度(3)近地衛(wèi)星的線速度2第一宇宙速度的計算方法,借題發(fā)揮,3衛(wèi)星的可能軌道(如圖532所示)衛(wèi)星的軌道平面一定過地球的地心,圖532,【典例3】(多選)2011年8月，“嫦娥二號”成功進入了環(huán)繞“日地拉格朗日點”的軌道，我國成為世界上第三個造訪該點的國家如圖533所示，該拉格朗日點位于太陽和地球連線的延長線上，一飛行器處于該點，在幾乎不消耗燃料的情況下與地球同步繞太陽做圓周運動，則此飛行器的(),考點三天體運動中的基本參量的求解及比較,圖533,A線速度大于地球的線速度B向心加速度大于地球的向心加速度C向心力僅由太陽的引力提供D向心力僅由地球的引力提供解析飛行器與地球同步繞太陽做圓周運動，所以飛地，由圓周運動線速度和角速度的關系vr得v飛v地，選項A正確；由公式ar2知，a飛a地，選項B正確；飛行器受到太陽和地球的萬有引力，方向均指向圓心，其合力提供向心力，故C、D選項錯答案AB,【變式跟蹤3】(單選)2012年6月24日，“神舟九號”飛船與“天宮一號”飛行器成功手動對接，“神舟九號”與“天宮一號”對接前按如圖534所示的軌道示意圖運行，下列說法中正確的是(),圖534,A“神舟九號”的加速度比“天宮一號”小B“神舟九號”運行的速率比“天宮一號”小C“神舟九號”運行的周期比“天宮一號”長D“神舟九號”運行的角速度比“天宮一號”大,答案D,(1)一個模型天體(包括衛(wèi)星)的運動可簡化為質(zhì)點的勻速圓周運動模型(2)兩組公式,借題發(fā)揮,1利用萬有引力定律解決天體運動的一般思路,向心加速度a、線速度v、角速度、周期T、軌道半徑r之間的關系：(1)定量關系：,(2)定性關系：軌道半徑r大，向心加速度a小、線速度v小、角速度小、周期T大，即高軌道a、v、小，T大,2描述天體運動的五大物理量之間的關系,【典例4】(單選)(2012福建卷，16)一衛(wèi)星繞某一行星表面附近做勻速圓周運動，其線速度大小為v.假設宇航員在該行星表面上用彈簧測力計測量一質(zhì)量為m的物體重力，物體靜止時，彈簧測力計的示數(shù)為N.已知引力常量為G，則這顆行星的質(zhì)量為(),考點四有關萬有引力相關參量的估算問題,答案B,A3.3103m/sB7.9103m/sC1.2104m/sD1.9104m/s,【變式跟蹤4】(單選)美國宇航局2011年12月5日宣布，他們發(fā)現(xiàn)了太陽系外第一顆類似地球的、能適合居住的行星“開普勒226”，其直徑約為地球的2.4倍至今其確切質(zhì)量和表面成分仍不清楚，假設該行星的密度和地球相當，根據(jù)以上信息，估算該行星的第一宇宙速度等于(),答案D,借題發(fā)揮,(1)天體質(zhì)量估算中常有隱含條件，如地球的自轉(zhuǎn)周期為24h，公轉(zhuǎn)周期為365天等(2)注意黃金代換式GMgR2的應用,2估算天體問題應注意三點,疑難突破3衛(wèi)星的運行問題,(多選)航天飛機在完成對哈勃空間望遠鏡的維修任務后，在A點從圓形軌道進入橢圓軌道，B為軌道上的與地球相切的一點，如圖535所示關于航天飛機的運動，下列說法中正確的有(),圖535,典例1,A在軌道上經(jīng)過A的速度小于經(jīng)過B的速度B在軌道上經(jīng)過A的動能小于在軌道上經(jīng)過A的動能C在軌道上運動的周期小于在軌道上運動的周期D在軌道上經(jīng)過A的加速度小于在軌道上經(jīng)過A的加速度,答案ABC,難點2近地衛(wèi)星、赤道上物體及同步衛(wèi)星的運行問題近地衛(wèi)星、同步衛(wèi)星和赤道上隨地球自轉(zhuǎn)的物體三種勻速圓周運動的異同：1軌道半徑：r同r近r物2運行周期：T同T物T近3向心加速度：a近a同a物,(多選)(2013泰州模擬)如圖536所示，a為地球赤道上的物體，b為沿地球表面附近做勻速圓周運動的人造衛(wèi)星，c為地球同步衛(wèi)星關于a、b、c做勻速圓周運動的說法中正確的是(),圖536,典例2,A地球?qū)、c兩星的萬有引力提供了向心力，因此只有a受重力，b、c兩星不受重力B周期關系為TaTcTbC線速度的大小關系為vaabac,答案BC,難點3雙星模型雙星系統(tǒng)的特點1兩星都繞它們連線上的一點做勻速圓周運動，故12，T1T2,3r1r2L如右欄典例3.,(單選)(2012重慶卷，18)冥王星與其附近的另一星體卡戎可視為雙星系統(tǒng)，質(zhì)量比約為71，同時繞它們連線上某點O做勻速圓周運動由此可知，冥王星繞O點運動的(),典例3,答案A,一、天體運動中基本參量的求解及比較1(單選)(2012南京調(diào)研)據(jù)報道，“嫦娥一號”和“嫦娥二號”繞月飛行器的圓形軌道距月球表面分別約為200km和100km，運動速率分別為v1和v2，那么v1和v2的比值為(月球半徑取1700km)(),答案A,A“天宮一號”比“神舟八號”速度大B“天宮一號”比“神舟八號”周期長C“天宮一號”比“神舟八號”角速度大D“天宮一號”比“神舟八號”加速度大,2(單選)(2012安徽卷，14)我國發(fā)射的“天宮一號”和“神舟八號”在對接前，“天宮一號”的運行軌道高度為350km，“神舟八號”的運行軌道高度為343km.它們的運行軌道均視為圓周，則(),答案B,3(多選)(2012廣東卷，21)如圖537所示，飛船從軌道1變軌至軌道2.若飛船在兩軌道上都做勻速圓周運動，不考慮質(zhì)量變化，相對于在軌道1上，飛船在軌道2上的()A動能大B向心加速度大C運行周期長D角速度小,圖537,答案CD,二、對宇宙速度的理解4(多選)2011年中俄聯(lián)合實施探測火星計劃，由中國負責研制的“螢火一號”火星探測器將與俄羅斯研制的“福布斯土壤”火星探測器一起由俄羅斯“天頂”運載火箭發(fā)射前往火星已知火星的質(zhì)量約為地球質(zhì)量的1/9，火星的半徑約為地球半徑的1/2.下列關于火星探測器的說法中正確的是()A發(fā)射速度只要大于第一宇宙速度即可B發(fā)射速度只有達到第三宇宙速度才可以C發(fā)射速度應大于第二宇宙速度、小于第三宇宙速度,答案CD,三、雙星及衛(wèi)星的變軌問題5(單選)經(jīng)長期觀測，人們在宇宙中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了“雙星系統(tǒng)”，“雙星系統(tǒng)”由兩顆相距較近的恒星組成，每個恒星的線度遠小于兩個星體之間的距離，而且“雙星系統(tǒng)”一般遠離其他天體如圖538所示，兩顆星球組成的雙星，在相互之間的,圖538,萬有引力作用下，繞連線上的O點做周期相同的勻速圓周運動現(xiàn)測得兩顆星之間的距離為L，質(zhì)量之比為m1m232.則可知(),答案C,6(單選)我國在西昌成功發(fā)射第八顆北