高考物理復習考點考法第5章萬有引力與航天市賽課公開課一等獎省名師獲獎課件

第5章萬有引力與航天考點13人造衛(wèi)星宇宙速度考點14衛(wèi)星變軌與對接問題考點12萬有引力定律及其應用1/62考點12萬有引力定律及其應用必備知識全方面把握關鍵方法重點突破考法1重力加速度相關問題考法2天體質(zhì)量、密度估算考法3力學知識與萬有引力定律綜合應用考法例析成就能力題型1對開普勒行星運動定律認識題型2兩物體間萬有引力計算題型3天體表面重力加速度計算題型4相關天體質(zhì)量、運動周期、軌道半徑等分析題型5雙星問題2/62必備知識全方面把握1．開普勒行星運動定律第一定律(軌道定律)：全部行星圍繞太陽運動軌道都是橢圓，太陽處于全部橢圓一個焦點上．第二定律(面積定律)：對每一個行星而言，太陽與行星連線在相等時間內(nèi)掃過相等面積．第三定律(周期定律)：全部行星軌道半長軸三次方跟公轉(zhuǎn)周期二次方比值都相等．以T1、T2表示兩行星公轉(zhuǎn)周期，R1、R2表示兩行星橢圓軌道半長軸，則周期定律表示為3/622．萬有引力定律(1)內(nèi)容：(2)適用條件：4/623．萬有引力定律在天文學上應用5/624．宇宙中雙星系統(tǒng)(1)雙星系統(tǒng)①在宇宙中有這么一些特殊現(xiàn)象，兩顆靠得很近天體，它們繞其連線上某點做勻速圓周運動，我們把這么兩顆星稱為雙星系統(tǒng)，簡稱雙星．其特點是這兩顆星運動周期和角速度相等，這兩顆星各自以一定速度繞某一中心轉(zhuǎn)動，才不至于因萬有引力作用而吸在一起．已知在某一雙星系統(tǒng)中，如圖所表示，兩顆星質(zhì)量分別為m1、m2，m1＞m2，且各自軌道半徑為r1、r2，相距為L.在雙星系統(tǒng)中，兩顆星運動周期和角速度都相等，依據(jù)萬有引力提供向心力對兩顆星分別列方程式為：聯(lián)立兩式得m1r1＝m2r2；又因為v＝rω，兩顆星角速度相同，所以兩顆星線速度之比等于旋轉(zhuǎn)軌道半徑之比，即v1∶v2＝r1∶r2＝m2∶m1.6/62②雙星系統(tǒng)規(guī)律總結(jié)a．兩顆星都在做勻速圓周運動．b．兩顆星向心力大小相同，是由兩星之間萬有引力提供．c．兩顆星角速度相同，旋轉(zhuǎn)周期相同，線速度之比等于旋轉(zhuǎn)軌道半徑之比．d．兩顆星繞共同中心轉(zhuǎn)動做圓周運動時總是位于旋轉(zhuǎn)中心兩側(cè)，且三者在一條直線上．e．旋轉(zhuǎn)中心距離質(zhì)量較大星較近，r1∶r2＝m2∶m1.說明：宇宙空間大量存在這么雙星系統(tǒng)．地月系統(tǒng)也能夠看成一個雙星系統(tǒng)，只不過，旋轉(zhuǎn)中心沒有出地殼而已，在不是很準確計算中，能夠認為月球繞著地球中心旋轉(zhuǎn)．7/62(2)多星系統(tǒng)①三星問題②四星問題考點128/62關鍵方法重點突破考法1重力加速度相關問題[課標全國·21，6分]假設地球是二分之一徑為R、質(zhì)量分布均勻球體，一礦井深度為d.已知質(zhì)量分布均勻球殼對殼內(nèi)物體引力為零．礦井底部和地面處重力加速度大小之比為()例19/62【解析】【答案】A例110/62考法2天體質(zhì)量、密度估算[課標全國Ⅱ·18，6分]假設地球可視為質(zhì)量均勻分布球體．已知地球表面重力加速度在兩極大小為g0，在赤道大小為g；地球自轉(zhuǎn)周期為T，引力常量為G.地球密度為()例211/62【解析】【答案】B例212/62考法3力學知識與萬有引力定律綜合應用[課標全國Ⅰ·21，6分](多項選擇)我國發(fā)射“嫦娥三號”登月探測器靠近月球后，先在月球表面附近近似圓軌道上繞月運行；然后經(jīng)過一系列過程，在離月面4m高處做一次懸停(可認為是相對于月球靜止)；最終關閉發(fā)動機，探測器自由下落．已知探測器質(zhì)量約為1.3×103kg，地球質(zhì)量約為月球81倍，地球半徑約為月球3.7倍，地球表面重力加速度大小約為9.8m/s2.則此探測器()A．在著陸前瞬間，速度大小約為8.9m/sB．懸停時受到反沖作用力約為2×103NC．從離開近月圓軌道到著陸這段時間內(nèi)，機械能守恒D．在近月圓軌道上運行線速度小于人造衛(wèi)星在近地圓軌道上運行線速度例313/62【解析】【答案】BD例3考點1214/62考法例析成就能力題型1對開普勒行星運動定律認識[課標全國Ⅲ·14，6分]關于行星運動規(guī)律，以下說法符合史實是()A．開普勒在牛頓定律基礎上，導出了行星運動規(guī)律B．開普勒在天文觀察數(shù)據(jù)基礎上，總結(jié)出了行星運動規(guī)律C．開普勒總結(jié)出了行星運動規(guī)律，找出了行星按照這些規(guī)律運動原因D．開普勒總結(jié)出了行星運動規(guī)律，發(fā)覺了萬有引力定律例115/62【解析】開普勒在第谷天文觀察數(shù)據(jù)基礎上，總結(jié)出了行星運動規(guī)律，但沒有找出行星按照這些規(guī)律運動原因，選項A、C錯誤，選項B正確；牛頓發(fā)覺了萬有引力定律，選項D錯誤．【答案】B例116/62題型2兩物體間萬有引力計算例217/62【解析】【答案】例218/62題型3天體表面重力加速度計算[重慶理綜·2，6分]宇航員王亞平在“天宮一號”飛船內(nèi)進行了我國首次太空講課，演示了一些完全失重狀態(tài)下物理現(xiàn)象．若飛船質(zhì)量為m，距地面高度為h，地球質(zhì)量為M，半徑為R，引力常量為G，則飛船所在處重力加速度大小為()例319/62【解析】【答案】B例320/62題型4相關天體質(zhì)量、運動周期、軌道半徑等分析[北京理綜·17，6分]利用引力常量G和以下某一組數(shù)據(jù)，不能計算出地球質(zhì)量是()A．地球半徑及重力加速度(不考慮地球自轉(zhuǎn))B．人造衛(wèi)星在地面附近繞地球做圓周運動速度及周期C．月球繞地球做圓周運動周期及月球與地球間距離D．地球繞太陽做圓周運動周期及地球與太陽間距離例421/62【解析】【答案】D例422/62[天津理綜·8，6分](多項選擇)P1、P2為相距遙遠兩顆行星，距各自表面相同高度處有一顆衛(wèi)星s1、s2做勻速圓周運動．圖中縱坐標表示行星對周圍空間各處物體引力產(chǎn)生加速度a，橫坐標表示物體到行星中心距離r平方，兩條曲線分別表示P1、P2周圍a與r2反比關系，它們左端點橫坐標相同．則()A．P1平均密度比P2大B．P1“第一宇宙速度”比P2小C．s1向心加速度比s2大D．s1公轉(zhuǎn)周期比s2大例523/62【解析】【答案】AC例524/62題型5雙星問題神奇黑洞是近代引力理論所預言一個特殊天體，探尋黑洞方案之一是觀察雙星系統(tǒng)運動規(guī)律．天文學家觀察河外星系大麥哲倫星云時，發(fā)覺了LMCX－3雙星系統(tǒng)．它由可見星A和不可見暗星B組成，將兩星視為質(zhì)點，不考慮其它天體影響，A、B圍繞二者連線上O點做勻速圓周運動，它們之間距離保持不變，如圖所表示．引力常量為G，由觀察能夠得到可見星A速率v和運行周期T.(1)可見星A所受暗星B引力FA可等效為位于O點處質(zhì)量為m′星體(視為質(zhì)點)對它引力，設A和B質(zhì)量分別為m1、m2.試求m′(用m1、m2表示)；(2)求暗星B質(zhì)量m2與可見星A速率v、運行周期T和質(zhì)量m1之間關系式；(3)恒星演化到末期，假如其質(zhì)量大于太陽質(zhì)量ms2倍，它將有可能成為黑洞，若可見星A速率v＝2.7×105

m/s，運行周期T＝4.7π×104s，質(zhì)量m1＝6ms，試經(jīng)過估算來判斷暗星B有可能是黑洞嗎？(G＝6.67×10－11

N·m2/kg2，ms＝2.0×1030

kg)．例625/62【解析】例626/62【答案】第5章27/62考點13人造衛(wèi)星宇宙速度必備知識全方面把握關鍵方法重點突破考法4衛(wèi)星運行線速度考法5同時衛(wèi)星和普通衛(wèi)星考法例析成就能力題型6衛(wèi)星運行規(guī)律問題題型7對同時衛(wèi)星考查題型8宇宙速度問題題型9綜合性問題28/62必備知識全方面把握1．人造地球衛(wèi)星(1)發(fā)射原理：當平拋水平初速度足夠大時，地球?qū)ξ矬w引力恰等于物體繞地球做圓周運動向心力，物體將不再落回地面，而成為一顆繞地球運轉(zhuǎn)衛(wèi)星．衛(wèi)星經(jīng)過火箭等運輸工具發(fā)射，發(fā)射過程機械能不停增加，上升到預定軌道后，將經(jīng)過變軌等技術(shù)伎倆停留在該軌道上連續(xù)運行．29/62(2)運行規(guī)律30/622．三種宇宙速度(1)第一宇宙速度(圍繞速度)：使人造衛(wèi)星在地面附近繞地球做勻速圓周運動時所必須含有發(fā)射速度．v1＝7.9km/s.(2)第二宇宙速度(脫離速度)：使人造衛(wèi)星擺脫地球引力束縛最小發(fā)射速度，v2

＝11.2km/s.(3)第三宇宙速度(逃逸速度)：使人造衛(wèi)星擺脫太陽引力束縛，飛到太陽系以外宇宙中去時，所必須含有最小發(fā)射速度，v3＝16.7km/s.31/623．地球同時衛(wèi)星(1)地球同時衛(wèi)星五個定值：(2)關于同時衛(wèi)星物理規(guī)律：考點1332/62關鍵方法重點突破考法4衛(wèi)星運行線速度[福建理綜·14，6分]如圖，若兩顆人造衛(wèi)星a和b均繞地球做勻速圓周運動，a、b到地心O距離分別為r1、r2，線速度大小分別為v1、v2，則()例133/62【解析】【答案】A例134/62考法5同時衛(wèi)星和普通衛(wèi)星同時衛(wèi)星是指相對于地面不動人造衛(wèi)星，以下說法正確是()A．它能夠在地面上任一點正上方，且離地心距離可按需要選擇不一樣值B．它能夠在地面上任一點正上方，但離地心距離是一定C．它只能在赤道正上方，但離地心距離可按需要選擇不一樣值D．它只能在赤道正上方，且離地心距離是一定例235/62【解析】依據(jù)相對運動知識，兩個運動物體要想保持相對靜止，必須有相同速度或角速度．而當衛(wèi)星采取圖甲所表示軌道時，衛(wèi)星運轉(zhuǎn)方向與地球自轉(zhuǎn)方向顯著不一樣，它們不可能有相同角速度，所以它們不可能保持相對靜止，也就不可能稱為同時衛(wèi)星．如圖乙所表示，假設衛(wèi)星在軌道B上跟地球自轉(zhuǎn)同時做勻速圓周運動．衛(wèi)星運動向心力來自地球?qū)λ引，F(xiàn)引中除用來作向心力F1外，還有另一分力F2，F(xiàn)2作用將使衛(wèi)星運動軌道靠近赤道．所以只有在赤道上空，同時衛(wèi)星才能穩(wěn)定運行．【答案】D甲乙例2考點1336/62考法例析成就能力題型6衛(wèi)星運行規(guī)律問題[山東理綜·15，6分]如圖，拉格朗日點L1位于地球和月球連線上，處于該點物體在地球和月球引力共同作用下，可與月球一起以相同周期繞地球運動．據(jù)此，科學家構(gòu)想在拉格朗日點L1建立空間站，使其與月球同周期繞地球運動．以a1、a2分別表示該空間站和月球向心加速度大小，a3表示地球同時衛(wèi)星向心加速度大小．以下判斷正確是()A．a(chǎn)2＞a3＞a1B．a(chǎn)2＞a1＞a3C．a(chǎn)3＞a1＞a2D．a(chǎn)3＞a2＞a1例137/62【解析】【答案】D例138/62已知地球質(zhì)量大約是月球質(zhì)量81倍，地球半徑大約是月球半徑4倍．不考慮地球、月球自轉(zhuǎn)影響，由以上數(shù)據(jù)可推算出()A．地球平均密度與月球平均密度之比約為9∶8B．地球表面重力加速度與月球表面重力加速度之比約為9∶4C．靠近地球表面沿圓軌道運行航天器周期與靠近月球表面沿圓軌道運行航天器周期之比約為8∶9D．靠近地球表面沿圓軌道運行航天器線速度與靠近月球表面沿圓軌道運行航天器線速度之比約為81∶4例239/62【解析】【答案】C例240/62題型7對同時衛(wèi)星考查[四川理綜·3，6分]國務院批復，自年起將4月24日設置為“中國航天日”.1970年4月24日我國首次成功發(fā)射人造衛(wèi)星東方紅一號，當前依然在橢圓軌道上運行，其軌道近地點高度約為440km，遠地點高度約為2060km；1984年4月8日成功發(fā)射東方紅二號衛(wèi)星運行在赤道上空35786km地球同時軌道上．設東方紅一號在遠地點加速度為a1，東方紅二號加速度為a2，固定在地球赤道上物體隨地球自轉(zhuǎn)加速度為a3，則a1、a2、a3大小關系為()A．a(chǎn)2＞a1＞a3B．a(chǎn)3＞a2＞a1C．a(chǎn)3＞a1＞a2D．a(chǎn)1＞a2＞a3例341/62【解析】【答案】D例342/62題型8宇宙速度問題例443/62【解析】【答案】(1)2.94km(2)4.24×1010光年例444/62題型9綜合性問題[課標全國Ⅰ·17，6分]利用三顆位置適當?shù)厍蛲瑫r衛(wèi)星，可使地球赤道上任意兩點之間保持無線電通訊．當前，地球同時衛(wèi)星軌道半徑約為地球半徑6.6倍．假設地球自轉(zhuǎn)周期變小，若仍僅用三顆同時衛(wèi)星來實現(xiàn)上述目標，則地球自轉(zhuǎn)周期最小值約為()A．1hB．4hC．8hD．16h例545/62【解析】【答案】B例5第5章46/62考點14衛(wèi)星變軌與對接問題必備知識全方面把握關鍵方法重點突破考法6衛(wèi)星變軌問題考法7衛(wèi)星變軌中能量問題考法例析成就能力題型10衛(wèi)星變軌問題處理題型11衛(wèi)星變軌中能量問題題型12衛(wèi)星追趕問題47/6248/62必備知識全方面把握1．衛(wèi)星變軌所謂變軌，顧名思義就是改變衛(wèi)星在太空中運行軌道，當衛(wèi)星是因為某種原因使運動所需向心力與所受到地球引力不相等時，衛(wèi)星就會變軌．49/622．衛(wèi)星對接兩顆人造衛(wèi)星“對接”實際上就是兩個做勻速圓周運動物體追趕問題，本質(zhì)依然是衛(wèi)星變軌問題．要使兩顆人造衛(wèi)星成功“對接”，必須讓一顆衛(wèi)星在較低軌道上加速，經(jīng)過速度v增大→所需向心力增大→做離心運動→軌道半徑r增大→軌道升高，從而完成對接．50/623．衛(wèi)星變軌中能量問題考點1451/62關鍵方法重點突破考法6衛(wèi)星變軌問題[課標全國Ⅰ·20，6分](多項選擇)年6月18日，“神舟九號”飛船與“天宮一號”目標飛行器在離地面343km近圓形軌道上成功進行了我國首次載人空間交會對接．對接軌道所處空間存在極其稀薄大氣．以下說法正確是()A．為實現(xiàn)對接，二者運行速度大小都應介于第一宇宙速度和第二宇宙速度之間B．如不加干預，在運行一段時間后，“天宮一號”動能可能會增加C．如不加干預，“天宮一號”軌道高度將遲緩降低D．航天員在“天宮一號”中處于失重狀態(tài)，說明航天員不受地球引力作用例152/62【解析】全部航天器在近圓形軌道上繞地球運動速度大小均小于第一宇宙速度，選項A錯誤；對接軌道處空間存在稀薄大氣，“天宮一號”克服空氣阻力做功，機械能降低，速率減小，萬有引力大于做圓周運動所需向心力，若不加干預，“天宮一號”將做近心運動，使軌道高度遲緩下降，此過程中萬有引力做正功，其動能增加，選項B、C正確；因為萬有引力提供向心力，航天員在“天宮一號”中處于失重狀態(tài)，但地球?qū)λψ饔萌源嬖?，選項D錯誤．【答案】BC例153/62考法7衛(wèi)星變軌中能量問題[課標全國Ⅱ·20，6分](多項選擇)當前，在地球周圍有許多人造地球衛(wèi)星繞著它運轉(zhuǎn)，其中一些衛(wèi)星軌道可近似為圓，且軌道半徑逐步變?。粜l(wèi)星在軌道半徑逐步變小過程中，只受到地球引力和稀薄氣體阻力作用，則以下判斷正確是()A．衛(wèi)星動能逐步減小B．因為地球引力做正功，引力勢能一定減小C．因為氣體阻力做負功，地球引力做正功，機械能保持不變D．衛(wèi)星克服氣體阻力做功小于引力勢能減小例254/62【解析】【答案】BD例2考點1455/62考法例析成就能力題型10衛(wèi)星變軌問題處理[天津理綜·3，6分]我國即將發(fā)射“天宮二號”空間試驗室，之后發(fā)射“神舟十一號”飛船與“天宮二號”對接．假設“天宮二號”與“神舟十一號”都圍繞地球做勻速圓周運動，為了實現(xiàn)飛船與空間試驗室對接，以下辦法可行是()A．使飛船與空間試驗室在同一軌道上運行，然后飛船加速追上空間試驗室實現(xiàn)對接B．使飛船與空間試驗室在同一軌道上運行，然后空間試驗室減速等候飛船實現(xiàn)對接C．飛船先在比空間試驗室半徑小軌道上加速，加速后飛船逐步靠近空間