山东省2020版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.pptx

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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,1.判断下列说法的正误。 (1)所有行星绕太阳运行的轨道都是椭圆。( ) (2)行星在椭圆轨道上运行速率是变化的,离太阳越远,运行速率越大。( ) (3)只有天体之间才存在万有引力。( ) (4)只要知道两个物体的质量和两个物体之间的距离,就可以由 计算物体间的万有引力。( ) (5)地面上的物体所受地球的引力方向一定指向地心。( ) (6)两物体间的距离趋近于零时,万有引力趋近于无穷大。(

4、),答案,-9-,知识梳理,考点自诊,2. (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,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,-

5、11-,知识梳理,考点自诊,4.(2019安徽滁州联合质检)2016年10月17日“神舟十一号”顺利升空并在之后与“天宫二号”实行交会对接。“天宫二号”是在“天宫一号”基础上研制的航天器,两者外形完全相同,但却承担着不同的任务。“天宫一号”主要是和载人飞船配合完成空间交会对接实验任务,而“天宫二号”则是我国第一个具备太空补加功能的载人航天实验室,要第一次实现航天员中期驻留、第一次试验推进剂太空补加技术等重要的科学实验,“天宫二号”被称为是我国首个真正意义上的空间实验室。“天宫二号”的轨道高度为393 km,比“天宫一号”高了50 km,关于“天宫二号”与“天宫一号”的比较,以下说法正确的是(

6、),-12-,知识梳理,考点自诊,A.“天宫二号”运行的线速度比“天宫一号”大 B.“天宫二号”运行的加速度比“天宫一号”大 C.“天宫二号”运行的角速度比“天宫一号”大 D.“天宫二号”运行的周期比“天宫一号”大,答案,解析,-13-,知识梳理,考点自诊,5.(2018四川乐山三调)双星系统是由两颗恒星组成的,在两者间的万有引力相互作用下绕其连线上的某一点做匀速圆周运动,研究发现,双星系统在演化过程中,两星的某些参量会发生变化。若某双星系统中两星运动周期为T,经过一段时间后,两星的总质量变为原来的m倍,两星的距离变为原来的n倍,则此时圆周运动的周期为( ),答案,解析,-14-,命题点一,命

7、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。(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,

8、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-,命题点一,命题点二,命题点三,命题点四,4.万有引力的“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,-17-,命题点一,命题点二,命题点三,命题点四,典例1(2019辽宁沈阳东北育才中学一模)假设地球是一半径为R,质量分布均匀的球体。一矿井

9、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,-18-,命题点一,命题点二,命题点三,命题点四,思维点拨由于“质量分布均匀的球壳对壳内物体的引力为零”,可将物体看成是在半径为R-d的天体的表面上,求出该中心天体的质量,利用重力近似等于万有引力求解。本题考查学生是否对重力、万有引力有清晰的物理观念,能否将实际问题进行合理的抽象、简化,构建物理模型,运用重力和万有引力的关系解决实际问题。,-19-,命题点一,命题点二,命题点三,命题点四,即学即练 1.(2019重庆中山外国语开学考)在平均密度为、半径为R的星球表面上,以初速度v0竖

10、直向上抛出一个物体,该物体上升的最大高度是(已知引力常量为G)( ),答案,解析,-20-,命题点一,命题点二,命题点三,命题点四,天体质量和密度的估算 1.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,典例2(2018全国卷,16)2018年2月,我国500 m口径射电望远镜(天眼)发现毫秒脉冲星“J0318+0253”,其自转周期T=5.19 ms,假设星体为质量均匀分布的球体,已知万有引力常量为6.6710-11Nm2/kg2。以周期T稳定自转的星体的密度最小值约为( ) A.5109kg/m3 B.51

11、012 kg/m3 C.51015 kg/m3 D.51018 kg/m3,答案,解析,-23-,命题点一,命题点二,命题点三,命题点四,思维点拨先找出符合条件的中心天体的最大体积,然后求出中心天体的质量,进一步求出中心天体的最小密度。本题考查学生对中心天体质量、密度求解方法的应用,其中星体“赤道”表面上质量为m的物体,当其刚好不脱离星体时,星体的体积最大,密度最小,这个条件找寻较难。需要明确其中的关系,提升核心素养中科学思维的能力。,-24-,命题点一,命题点二,命题点三,命题点四,即学即练 2.(2019四川乐山一调)一卫星绕某行星表面附近做匀速圆周运动,其线速度大小为v。假设宇航员在该行

12、星表面上用弹簧测力计测量一质量为m的物体的重力,物体静止时,弹簧测力计的示数为F。已知引力常量为G,则这颗行星的质量为( ),答案,解析,-25-,命题点一,命题点二,命题点三,命题点四,3.(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,-26-,命题点一,命题点二,命题点三,命题点四,卫星参量的比较与计算 1.物理量随轨道半径变化的规律,-27-,

13、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球的球心。,-28-,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”,-29-,命题点一,命题点二,命题点三,命题点四,典例3(2018全国卷,15)为了探测引力波,“天琴计划”预计发射地球卫星P,其轨道半径约为地球半径的16倍;另一地球卫星Q的轨道半径约为地球半径的4倍。P与Q的周期之比约为( ) A.21 B

14、.41 C.81 D.161,答案,解析,-30-,命题点一,命题点二,命题点三,命题点四,思维点拨根据万有引力提供向心力得到周期的表达式,然后根据周期与半径的关系即可求解。本题考查卫星参量中周期与半径的关系,熟练掌握公式及各量间的关系,不断提升核心素养中科学思维能力。,-31-,命题点一,命题点二,命题点三,命题点四,即学即练 4.(2019四川棠湖中学开学考)“墨子号”卫星的工作高度约为500 km,在轨道上绕地球做匀速圆周运动,经过时间t(t小于其运动周期),运动的弧长为s,与地球中心连线扫过的角度为(弧度),引力常量为G。则下列关于“墨子号”的说法正确的是( ) A.线速度大于第一宇宙

15、速度D.向心加速度小于地球同步卫星的向心加速度,答案,解析,-32-,命题点一,命题点二,命题点三,命题点四,5.(多选)(2019安徽亳州高三上期末)“嫦娥之父”欧阳自远预计我国将在2020年实现火星着陆巡航。在2030年实现火星的采样返回。已知地球的质量约为火星质量的N倍,地球半径约为火星半径的K倍,则下列说法正确的是( ),答案,解析,-33-,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。,-34-,命题点

16、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)。,-35-,命题点一,命题点二,命题点三,命题点四,(2)四星模型: 四颗质量相等的星体位于正方形的四个顶点上,沿着外接于正方形的圆形轨道做匀速圆周运动(如图丙所示)。 三颗质量相等星体始终位于正三角形的三个顶点上,另一颗位于中点O,外围三颗星绕O做匀速圆周运动(如图丁所示)。,-36-,命题点一,命题点二,命题点三,命题点四,典例4(多选)(2019安徽滁州联合质检)宇

17、宙中,两颗靠得比较近的恒星,只受到彼此之间的万有引力作用相互绕转,称之为双星系统。在浩瀚的银河系中,多数恒星都是双星系统。设某双星系统A、B绕其连线上的O点做匀速圆周运动,如图所示。若AOOB,则( )A.星球A的质量一定小于星球B的质量 B.星球A的线速度一定小于星球B的线速度 C.双星间距离一定,双星的质量越大,其转动周期越大 D.双星的质量一定,双星间距离越大,其转动周期越大,答案,解析,-37-,命题点一,命题点二,命题点三,命题点四,思维点拨明确双星做圆周运动的向心力由它们之间的万有引力提供,双星的半径之和等于双星之间的距离,双星的角速度、周期相等,利用这些关系列方程求解。本题考查学

18、生对双星问题的理解,无论是双星还是多星,都要结合实际,抽象概括,构建物理模型,然后进行分析综合、推理论证。是对核心素养中科学思维能力的综合考查。,-38-,命题点一,命题点二,命题点三,命题点四,即学即练 6.(多选)(2019重庆巴蜀中学月考)有一个质量较小的黑洞与另一个质量较大的天体构成双星,相互缠绕,其间距始终不变,且质量较小的黑洞不断从质量较大的天体中吸取质量,在这一过程中,下列判断正确的是( ) A.它们绕转的周期变小 B.它们之间的引力变小 C.它们之间的引力变大 D.它们绕转的周期不变,答案,解析,-39-,命题点一,命题点二,命题点三,命题点四,7.由多颗星体构成的系统,叫做多

19、星系统。有这样一 种简单的四星系统:质量刚好都相同的四个星体A、 B、C、D,A、B、C分别位于等边三角形的三个顶点 上,D位于等边三角形的中心。在四者相互之间的万 有引力作用下,D静止不动,A、B、C绕共同的圆心D在等边三角形所在的平面内做相同周期的圆周运动。若四个星体的质量均为m,三角形的边长为a,万有引力常量为G,则下列说法正确的是( ),答案,解析,-40-,命题点一,命题点二,命题点三,命题点四,8.(2019吉林长春高三质检)环境监测卫星是用于环境和灾害监测的对地观测卫星,利用三颗轨道相同的监测卫星可组成一个监测系统,它们的轨道与地球赤道在同一平面内,当卫星高度合适时,该系统的监测范围恰好覆盖地球的全部赤道表面且无重叠区域。已知地球半径为R,地球表面重力加速度为g,下列说法正确的是( ) A.卫星的运行速度大于7.9 km/sD.这三颗卫星的质量必须相等,答案,解析,