2017年高考物理考前知識(shí)專題4-萬(wàn)有引力與航天專題4　萬(wàn)有引力與航天.ppt

專題4萬(wàn)有引力與航天 知識(shí)專題 網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建 考題二人造衛(wèi)星問題 考題三雙星與多星問題 欄目索引 考題一天體質(zhì)量 密度 的估算 考題一天體質(zhì)量 密度 的估算 求解中心天體質(zhì)量密度的方法1 利用天體表面的重力加速度g和天體半徑R求解 方法指導(dǎo) 2 利用衛(wèi)星繞天體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)求解 解析 例1宇宙中有兩顆相距無(wú)限遠(yuǎn)的恒星S1 S2 半徑均為R0 圖1分別是兩顆恒星周圍行星的公轉(zhuǎn)周期T2與半徑r3的圖象 則 A 恒星S1的質(zhì)量大于恒星S2的質(zhì)量B 恒星S1的密度小于恒星S2的密度C 恒星S1的第一宇宙速度大于恒星S2的第一宇宙速度D 距兩恒星表面高度相同的行星 S1的行星向心加速度較大 圖1 典例剖析 因?yàn)閮深w恒星的半徑相等 所以體積相等 故恒星S1的密度小于恒星S2的密度 故B對(duì) 行星向心加速度a 行星距兩恒星表面高度相同 故質(zhì)量越大 加速度越大 故D錯(cuò) 1 地質(zhì)勘探發(fā)現(xiàn)某地區(qū)表面的重力加速度發(fā)生了較大的變化 懷疑地下有空腔區(qū)域 進(jìn)一步探測(cè)發(fā)現(xiàn)在地面P點(diǎn)的正下方有一球形空腔區(qū)域儲(chǔ)藏有天然氣 如圖2所示 假設(shè)該地區(qū)巖石均勻分布且密度為 天然氣的密度遠(yuǎn)小于 可忽略不計(jì) 如果沒有該空腔 地球表面正常的重力加速度大小為g 由于空腔的存在 現(xiàn)測(cè)得P點(diǎn)處的重力加速度大小為kg k 1 已知引力常量為G 球形空腔的球心深度為d 則此球形空腔的體積是 解析 變式訓(xùn)練 1 2 3 圖2 解析如果將近地表的球形空腔填滿密度為 的巖石 則該地區(qū)重力加速度便回到正常值 因此 如果將空腔填滿 地面質(zhì)量為m的物體重力為mg 沒有填滿時(shí)是kmg 故空腔填滿后引起的引力為 1 k mg 1 2 3 2 某行星外圍有一圈厚度為d的發(fā)光帶 發(fā)光的物質(zhì) 簡(jiǎn)化為如圖3甲所示模型 R為該行星除發(fā)光帶以外的半徑 現(xiàn)不知發(fā)光帶是該行星的組成部分還是環(huán)繞該行星的衛(wèi)星群 某科學(xué)家做了精確地觀測(cè) 發(fā)現(xiàn)發(fā)光帶繞行星中心的運(yùn)行速度與到行星中心的距離r的關(guān)系如圖乙所示 圖中所標(biāo)量為已知 則下列說(shuō)法正確的是 1 2 3 圖3 1 2 3 解析 解析若發(fā)光帶是該行星的組成部分 則其角速度與行星自轉(zhuǎn)角速度相同 應(yīng)有v r v與r應(yīng)成正比 與圖不符 因此該發(fā)光帶不是該行星的組成部分 故A錯(cuò)誤 1 2 3 3 嫦娥二號(hào) 繞月衛(wèi)星于2010年10月1日18時(shí)59分57秒在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射升空 并獲得了圓滿成功 嫦娥二號(hào) 新開辟了地月之間的 直航航線 即直接發(fā)射至地月轉(zhuǎn)移軌道 再進(jìn)入距月面約h 1 105m的圓形工作軌道 開始進(jìn)行科學(xué)探測(cè)活動(dòng) 設(shè)月球半徑為R 月球表面的重力加速度為g月 萬(wàn)有引力常量為G 則下列說(shuō)法正確的是 解析 返回 1 2 3 1 2 3 解析 返回 1 2 3 考題二人造衛(wèi)星問題 方法指導(dǎo) 例2為 照亮 嫦娥四號(hào) 駕臨 月球背面之路 一顆承載地月中轉(zhuǎn)通信任務(wù)的中繼衛(wèi)星將在嫦娥四號(hào)發(fā)射前半年進(jìn)入到地月拉格朗日L2點(diǎn) 如圖4所示 在該點(diǎn) 地球 月球和中繼衛(wèi)星位于同一直線上 且中繼衛(wèi)星繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)的軌道周期與月球繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)的軌道周期相同 則 A 中繼衛(wèi)星做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由地球和月球的引力共同提供B 中繼衛(wèi)星的線速度大小小于月球的線速度大小C 中繼衛(wèi)星的加速度大小大于月球的加速度大小D 在地面發(fā)射中繼衛(wèi)星的速度應(yīng)大于第二宇宙速度 解析 典例剖析 圖4 解析衛(wèi)星的向心力由月球和地球引力的合力提供 則A正確 衛(wèi)星與月球繞地球同步運(yùn)動(dòng) 角速度相等 根據(jù)v r 知衛(wèi)星的線速度大于月球的線速度 故B錯(cuò)誤 根據(jù)a r 2知 衛(wèi)星的向心加速度大于月球的向心加速度 故C正確 在地面發(fā)射中繼衛(wèi)星的速度應(yīng)小于第二宇宙速度 則D錯(cuò)誤 4 2016 全國(guó)丙卷 14 關(guān)于行星運(yùn)動(dòng)的規(guī)律 下列說(shuō)法符合史實(shí)的是 A 開普勒在牛頓定律的基礎(chǔ)上 導(dǎo)出了行星運(yùn)動(dòng)的規(guī)律B 開普勒在天文觀測(cè)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上 總結(jié)出了行星運(yùn)動(dòng)的規(guī)律C 開普勒總結(jié)出了行星運(yùn)動(dòng)的規(guī)律 找出了行星按照這些規(guī)律運(yùn)動(dòng)的原因D 開普勒總結(jié)出了行星運(yùn)動(dòng)的規(guī)律 發(fā)現(xiàn)了萬(wàn)有引力定律解析開普勒在天文觀測(cè)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上總結(jié)出了開普勒天體運(yùn)動(dòng)三定律 找出了行星運(yùn)動(dòng)的規(guī)律 而牛頓發(fā)現(xiàn)了萬(wàn)有引力定律 解析 4 5 變式訓(xùn)練 5 水星或金星運(yùn)行到地球和太陽(yáng)之間 且三者幾乎排成一條直線的現(xiàn)象 天文學(xué)稱為 行星凌日 已知地球的公轉(zhuǎn)周期為365天 若將水星 金星和地球的公轉(zhuǎn)軌道視為同一平面內(nèi)的圓軌道 理論計(jì)算得到水星相鄰兩次凌日的時(shí)間間隔為116天 金星相鄰兩次凌日的時(shí)間間隔為584天 則下列判斷合理的是 A 地球的公轉(zhuǎn)周期大約是水星的2倍B 地球的公轉(zhuǎn)周期大約是金星的1 6倍C 金星的軌道半徑大約是水星的3倍D 實(shí)際上水星 金星和地球的公轉(zhuǎn)軌道平面存在一定的夾角 所以水星或金星相鄰兩次凌日的實(shí)際時(shí)間間隔均大于題干所給數(shù)據(jù) 解析 返回 4 5 解析水星相鄰兩次凌日的時(shí)間間隔為t 116天 設(shè)水星的周期為T1 則有 代入數(shù)據(jù)解得T1 88天 可知地球公轉(zhuǎn)周期大約是水星的4倍 故A錯(cuò)誤 金星相鄰兩次凌日的時(shí)間間隔為584天 設(shè)金星的周期為T3 則有 2 代入數(shù)據(jù)解得T3 225天 可知地球的公轉(zhuǎn)周期大約是金星的1 6倍 故B正確 4 5 解析 返回 4 5 由所給資料 若運(yùn)行軌道平面不存在夾角 那么行星凌日間隔時(shí)間會(huì)與理論時(shí)間一致 而實(shí)際與理論不同 故運(yùn)行軌道平面必然存在夾角 故D正確 考題三雙星與多星問題 方法指導(dǎo) 2 做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的雙星問題中需要注意的幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn) 1 雙星繞它們連線上的某點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng) 兩星軌道半徑之和與兩星距離相等 2 雙星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的角速度必相等 因此周期也必然相等 3 雙星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由雙星間相互作用的萬(wàn)有引力提供 大小相等 4 列式時(shí)須注意 萬(wàn)有引力定律表達(dá)式中的r表示雙星間的距離 而不是軌道半徑 雙星系統(tǒng)中兩顆星的軌道半徑一般不同 抓住以上四個(gè) 相等 即向心力 角速度 周期相等 軌道半徑之和與兩星距離相等 即可順利求解此類問題 典例剖析 例3天體A和B組成雙星系統(tǒng) 圍繞兩球心連線上的某點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期均為T 天體A B的半徑之比為2 1 兩天體球心之間的距離為R 且R遠(yuǎn)大于兩天體的半徑 忽略天體的自轉(zhuǎn) 天體A B表面重力加速度之比為4 1 引力常量為G 求A天體的質(zhì)量 答案 思維規(guī)范流程 R1 R2 每式各2分 6 美國(guó)在2016年2月11日宣布 探測(cè)到引力波的存在 天文學(xué)家通過觀測(cè)雙星軌道參數(shù)的變化來(lái)間接驗(yàn)證引力波的存在 證實(shí)了GW150914是一個(gè)36倍太陽(yáng)質(zhì)量的黑洞和一個(gè)29倍太陽(yáng)質(zhì)量的黑洞合并事件 假設(shè)這兩個(gè)黑洞繞它們連線上的某點(diǎn)做圓周運(yùn)動(dòng) 且這兩個(gè)黑洞的間距緩慢減小 若該黑洞系統(tǒng)在運(yùn)動(dòng)過程中各自質(zhì)量不變且不受其他星系的影響 則關(guān)于這兩個(gè)黑洞的運(yùn)動(dòng) 下列說(shuō)法正確的是 A 這兩個(gè)黑洞運(yùn)行的線速度大小始終相等B 這兩個(gè)黑洞做圓周運(yùn)動(dòng)的向心加速度大小始終相等C 36倍太陽(yáng)質(zhì)量的黑洞軌道半徑比29倍太陽(yáng)質(zhì)量的黑洞軌道半徑大D 隨兩個(gè)黑洞的間距緩慢減小 這兩個(gè)黑洞運(yùn)行的周期也在減小 解析 6 7 變式訓(xùn)練 解析 解析這兩個(gè)黑洞共軸轉(zhuǎn)動(dòng) 角速度相等 根據(jù)v r可知 由于不知道兩個(gè)黑洞的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑關(guān)系 所以線速度大小不一定相等 故A錯(cuò)誤 根據(jù)a 2r可知 由于不知道兩個(gè)黑洞的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑關(guān)系 所以向心加速度大小不一定相等 故B錯(cuò)誤 兩個(gè)黑洞都是做圓周運(yùn)動(dòng) 則 m1 2r1 m2 2r2 可以得到半徑與質(zhì)量成反比關(guān)系 質(zhì)量大的半徑小 故選項(xiàng)C錯(cuò)誤 6 7 6 7 7 由三顆星體構(gòu)成的系統(tǒng) 叫做三星系統(tǒng) 有這樣一種