高考物理一輪復(fù)習(xí)第四章第4節(jié)萬(wàn)有引力定律及其應(yīng)用課件

第4節(jié)萬(wàn)有引力定律及其應(yīng)用一、開(kāi)普勒三定律橢圓

1.開(kāi)普勒第一定律：所有的行星圍繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的軌道都是________，太陽(yáng)處在所有橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上. 2.開(kāi)普勒第二定律：行星與太陽(yáng)的連線在相同的時(shí)間內(nèi)_____________相等.的面積公轉(zhuǎn)周期的二次方

3.開(kāi)普勒第三定律：所有行星的軌道的半長(zhǎng)軸的三次方與____________________的比值都相等.掃過(guò)r2二、萬(wàn)有引力定律質(zhì)量的乘積

1.內(nèi)容：自然界中任何兩個(gè)物體都是互相吸引的，引力的大小跟這兩個(gè)物體的_____________成正比，跟它們的距離的二次方成反比.6.67×10-11N·m2/kg2質(zhì)點(diǎn)2.公式：F＝Gm1m2，其中G＝__________________，叫引力常量，由英國(guó)物理學(xué)家卡文迪什利用扭秤裝置第一次測(cè)得. 3.適用條件：公式適用于________間的相互作用.均勻的球體也可視為質(zhì)量集中于球心的質(zhì)點(diǎn)，r是兩球心間的距離.宇宙速度數(shù)值(km/s)意義第一宇宙速度

(環(huán)繞速度)①________是人造地球衛(wèi)星的最②____發(fā)射速度，也是人造地球衛(wèi)星繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)的最③____速度第二宇宙速度④________使物體掙脫⑤____引力束縛的最小發(fā)射速度第三宇宙速度⑥________使物體掙脫⑦_(dá)___引力束縛的最小發(fā)射速度三、三種宇宙速度7.9小大11.2地球16.7太陽(yáng)四、同步衛(wèi)星靜止24h

1.概念：相對(duì)地面________的衛(wèi)星稱(chēng)為同步衛(wèi)星. 2.基本特征：①周期為地球自轉(zhuǎn)周期T＝________；②軌道在赤道平面內(nèi)；③運(yùn)動(dòng)的角速度與地球的自轉(zhuǎn)角速度相同；④高度h一定；⑤軌道和地球赤道為共面同心圓；⑥衛(wèi)星運(yùn)行速度一定.【基礎(chǔ)自測(cè)】1.判斷下列題目的正誤.(1)行星在橢圓軌道上運(yùn)行速率是變化的，離太陽(yáng)越遠(yuǎn)，運(yùn)行速率越大.()(2)牛頓總結(jié)了前人的科研成果，在此基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)研究得出了萬(wàn)有引力定律.()(3)牛頓利用扭秤實(shí)驗(yàn)裝置比較準(zhǔn)確地測(cè)出了引力常量.()(4)第一宇宙速度是衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的最小速度.(

)(5)若物體的速度大于第二宇宙速度而小于第三宇宙速度，則物體可繞太陽(yáng)運(yùn)行.()答案：(1)×

(2)√

(3)×

(4)×

(5)√

2.(多選)如圖4-4-1所示，一顆衛(wèi)星繞地球做橢圓運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)周期為T(mén)，圖中虛線為衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)軌跡，A、B、C、D是軌跡上的四個(gè)位置，其中A距離地球最近，C距離地球最遠(yuǎn).B點(diǎn)和D點(diǎn)是)弧線ABC和ADC的中點(diǎn)，下列說(shuō)法正確的是(

圖4-4-1A.衛(wèi)星在A點(diǎn)的速度最大B.衛(wèi)星在C點(diǎn)的加速度最大答案：AC

3.(2022年河北卷)2008年，我國(guó)天文學(xué)家利用國(guó)家天文臺(tái)興隆觀測(cè)基地的2.16米望遠(yuǎn)鏡，發(fā)現(xiàn)了一顆繞恒星HD173416運(yùn)動(dòng)的系外行星HD173416b，2019年，該恒星和行星被國(guó)際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)分別命名為“羲和”和“望舒”，天文觀測(cè)得到恒星“羲和”的質(zhì)量是太陽(yáng)質(zhì)量的2倍，若將“望舒”與地球的公轉(zhuǎn)均視為勻速圓周運(yùn)動(dòng)，且公轉(zhuǎn)的軌道半徑相等.則望舒與地球公轉(zhuǎn)速度大小的比值為()解析：地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)和行星“望舒”繞恒星“羲和”的勻

答案：C

4.(2022年上海卷)木衛(wèi)一和木衛(wèi)二都繞木星做勻速圓周運(yùn)動(dòng).它們的周期分別為42h46min和85h22min，它們的軌道半徑分)別為R1

和R2，線速度分別為v1

和v2，則( A.R1＜R2，v1＜v2

B.R1＞R2，v1＜v2

C.R1＞R2，v1＞v2

D.R1＜R2，v1＞v2

答案：D熱點(diǎn)1萬(wàn)有引力與重力的關(guān)系考向1考慮星球自轉(zhuǎn)時(shí)，星球表面萬(wàn)有引力與重力的關(guān)系[熱點(diǎn)歸納]地球?qū)ξ矬w的萬(wàn)有引力F表現(xiàn)為兩個(gè)效果：一是重力mg，二是提供物體隨地球自轉(zhuǎn)的向心力F向，如圖4-4-2所示.圖4-4-2

【典題1】(2022

年廣東廣州模擬)現(xiàn)實(shí)版的倒霉熊喬伊曾因?yàn)榘谆纱伪凰偷奖睒O，還有一次被送到位于赤道的北極館.若喬伊質(zhì)量始終為m，它在北極和北極館的重力差為ΔN，地球半徑R，則可求出同步衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的周期為()答案：B考向2不考慮星球自轉(zhuǎn)時(shí)，星球表面萬(wàn)有引力與重力的關(guān)系[熱點(diǎn)歸納]因?yàn)橐话阈乔蜃赞D(zhuǎn)表面需要的向心力遠(yuǎn)小于重力，所以不研

【典題2】質(zhì)量為

m

的著陸器在著陸火星前，會(huì)在火星表面附近經(jīng)歷一個(gè)時(shí)長(zhǎng)為t0、速度由v0

減速到零的過(guò)程.已知火星的質(zhì)量約為地球的0.1倍，半徑約為地球的0.5倍，地球表面的重力加速度大小為g，忽略火星大氣阻力.若該減速過(guò)程可視為一個(gè)豎直向下的勻減速直線運(yùn)動(dòng)，此過(guò)程中著陸器受到的制動(dòng)力大小約為()答案：B考向3天體表面某深度處的重力加速度①推論1：在勻質(zhì)球殼的空腔內(nèi)任意位置處，質(zhì)點(diǎn)受到球殼的萬(wàn)有引力的合力為零，即∑F引＝0.

②推論2：在勻質(zhì)球體內(nèi)部距離球心r處的質(zhì)點(diǎn)(m)受到的萬(wàn)有引力等于球體內(nèi)半徑為r的同心球體(M′)對(duì)其的萬(wàn)有引力，即

【典題3】(2023

年海南?？谌?已知某星球的半徑為R，該星球表面處的重力加速度大小為g，不考慮星球的自轉(zhuǎn)，則距離星球表面高度為3R處的重力加速度大小為()

1A.g

3

1B.g

4

1C.g

9

1D.g

16答案：D熱點(diǎn)2中心天體質(zhì)量和密度的計(jì)算[熱點(diǎn)歸納]天體質(zhì)量和密度常用的估算方法.(續(xù)表)

【典題4】(2023

年八省聯(lián)考)脈沖星是宇宙中密度最大、自轉(zhuǎn)最快、磁場(chǎng)最強(qiáng)、相對(duì)論效應(yīng)顯著的一類(lèi)天體.中國(guó)“天眼”(FAST)目前已經(jīng)新發(fā)現(xiàn)超200顆脈沖星，其中有40多顆脈沖星的自轉(zhuǎn)周期為毫秒級(jí).若某顆脈沖星的自轉(zhuǎn)周期為2ms，該星穩(wěn)定存在(表面層物質(zhì)不會(huì)因?yàn)樘祗w自轉(zhuǎn)而飛出)，引力常量G＝6.67×10-11

N·m2·)kg-2，可推得其密度至少約為(

A.3.5×1010kg/m3B.3.5×1013kg/m3C.3.5×1016kg/m3D.3.5×1019kg/m3答案：C方法技巧估算天體質(zhì)量和密度的四點(diǎn)注意

(1)利用萬(wàn)有引力提供天體圓周運(yùn)動(dòng)的向心力估算天體質(zhì)量時(shí)，估算的只是中心天體的質(zhì)量，而非環(huán)繞天體的質(zhì)量. (2)區(qū)別天體半徑R和衛(wèi)星軌道半徑r，只有在天體表面附近中心天體的半徑.(3)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.(4)注意黃金代換式GM＝gR2

的應(yīng)用.熱點(diǎn)3衛(wèi)星[熱點(diǎn)歸納]地球衛(wèi)星的運(yùn)行參數(shù).(續(xù)表)

【典題5】(2022

年廣東卷)“祝融號(hào)”火星車(chē)需要“休眠”以度過(guò)火星寒冷的冬季.假設(shè)火星和地球的冬季是各自公轉(zhuǎn)周期的四分之一，且火星的冬季時(shí)長(zhǎng)約為地球的1.88倍.火星和地球繞太陽(yáng)的公轉(zhuǎn)均可視為勻速圓周運(yùn)動(dòng).下列關(guān)于火星、地球公轉(zhuǎn)的說(shuō)法正確的是()A.火星公轉(zhuǎn)的線速度比地球的大B.火星公轉(zhuǎn)的角速度比地球的大C.火星公轉(zhuǎn)的半徑比地球的小D.火星公轉(zhuǎn)的加速度比地球的小

答案：D熱點(diǎn)4宇宙速度[熱點(diǎn)歸納]1.第一宇宙速度的推導(dǎo)2.宇宙速度與運(yùn)動(dòng)軌跡的關(guān)系(1)v發(fā)＝7.9km/s時(shí)，衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng).(2)7.9km/s＜v發(fā)＜11.2km/s，衛(wèi)星繞地球運(yùn)動(dòng)的軌跡為橢圓.(3)11.2km/s＜v發(fā)＜16.7km/s，衛(wèi)星繞太陽(yáng)做橢圓運(yùn)動(dòng).(4)v發(fā)≥16.7km/s，衛(wèi)星將掙脫太陽(yáng)引力的束縛，飛到太陽(yáng)系以外的空間.

【典題6】(2023

年河南開(kāi)封一模)2023年10月26日，“神舟十七號(hào)”飛船從酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射升空后與在軌高度約為400km的“天宮”空間站核心艙完成自主快速交會(huì)對(duì)接(如圖4-4-3所示)，為之后空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)和技術(shù)試驗(yàn)提供更多條件.已知同步衛(wèi)星距地面的高度約為36000km，地球半徑約為6400km，下列說(shuō)法正確的是()

A.據(jù)題中信息可估算出空間站的運(yùn)行周期

B.“神舟十七號(hào)”飛船的發(fā)射速度可能為11.2km/s C.空間站繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)的速度可能等于7.9km/s圖4-4-3

D.空間站內(nèi)，宇航員可以利用單擺測(cè)重力加速度，但不能使用水銀氣壓計(jì)測(cè)艙內(nèi)氣壓題意已知地球半徑R約為6400km，空間站的軌高h(yuǎn)空約為400km，同步衛(wèi)星距地面的高度h同約為36000km，且同步衛(wèi)星的周期T同等于1天，則代入數(shù)據(jù)可估算出空間站的運(yùn)行周期T空，故A正確.

答案：A情景圖“雙星”模型“三星”模型“四星”模型“雙星”和“三星”模型分析“雙星”“三星”和“四星”模型.運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)方向、周期、角速度相同，運(yùn)動(dòng)半徑一般不等轉(zhuǎn)動(dòng)方向、周期、角速度、線速度大小均相同，圓周運(yùn)動(dòng)半徑相等轉(zhuǎn)動(dòng)方向、周期、角速度、線速度大小均相同，圓周運(yùn)動(dòng)半徑相等受力特點(diǎn)兩星間的萬(wàn)有引力提供兩星圓周運(yùn)動(dòng)的向心力各星所受萬(wàn)有引力的合力提供圓周運(yùn)動(dòng)的向心力各星所受萬(wàn)有引力的合力提供圓周運(yùn)動(dòng)的向心力(續(xù)表)(續(xù)表)

【典題7】(多選，2023年海南?？谝荒?冥王星與其附近的另一星體“卡戎”可視為雙星系統(tǒng)，質(zhì)量之比約為7∶1，同時(shí)繞它們連線上某點(diǎn)O做勻速圓周運(yùn)動(dòng).由此可知()A.冥王星的軌道半徑約為“卡戎”的17B.冥王星的向心加速度大小約為“卡戎”的7倍

D.冥王星的動(dòng)能約為“卡戎”的7倍

解析：冥王星M與“卡戎”m組成雙星系統(tǒng)，所以冥王星和“卡戎”周期是相等的，角速度也是相等的.它們之間的萬(wàn)有引力提供各自的向心力，則有Mr1ω2＝mr2ω2，解得

r1∶r2＝m∶M＝1∶7，A正確.根據(jù)向心加速度公式an＝ω2r可知，兩者的向心加速度之比an1∶an2＝r1∶r2＝1∶7，B錯(cuò)誤.根據(jù)線速度v＝ωr