高考物理一輪復(fù)習(xí)第四章曲線運(yùn)動(dòng)萬(wàn)有引力與航天專題強(qiáng)化五天體運(yùn)動(dòng)的“四類熱點(diǎn)”問(wèn)題課件

1、第四章 曲線運(yùn)動(dòng) 萬(wàn)有引力與航天專題強(qiáng)化五天體運(yùn)動(dòng)的“四類熱點(diǎn)”問(wèn)題過(guò)好雙基關(guān)一、衛(wèi)星的軌道1.赤道軌道：衛(wèi)星的軌道在 平面內(nèi)，同步衛(wèi)星就是其中的一種.2.極地軌道：衛(wèi)星的軌道過(guò)南、北兩極，即在 赤道的平面內(nèi)，如極地氣象衛(wèi)星.3.其他軌道：除以上兩種軌道外的衛(wèi)星軌道.所有衛(wèi)星的軌道平面一定通過(guò)地球的 .赤道垂直于球心自測(cè)1(多選)可以發(fā)射一顆這樣的人造地球衛(wèi)星，使其圓軌道A.與地球表面上某一緯線(非赤道)是共面同心圓B.與地球表面上某一經(jīng)線所決定的圓是共面同心圓C.與地球表面上的赤道線是共面同心圓，且衛(wèi)星相對(duì)地球表面是靜止的D.與地球表面上的赤道線是共面同心圓，但衛(wèi)星相對(duì)地球表面是運(yùn)動(dòng)的答案解

2、析解析人造地球衛(wèi)星運(yùn)行時(shí)，由于地球?qū)πl(wèi)星的引力提供它做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，而這個(gè)力的方向必定指向圓心，即指向地心，也就是說(shuō)人造地球衛(wèi)星所在軌道圓的圓心一定要和地球的中心重合，不可能是地軸上(除地心外)的某一點(diǎn)，故A錯(cuò)誤；由于地球同時(shí)繞著地軸在自轉(zhuǎn)，所以衛(wèi)星的軌道平面也不可能和經(jīng)線所決定的平面共面，所以B錯(cuò)誤；相對(duì)地球表面靜止的衛(wèi)星就是地球的同步衛(wèi)星，它必須在赤道平面內(nèi)，且距地面有確定的高度，這個(gè)高度約為三萬(wàn)六千千米，而低于或高于這個(gè)軌道的衛(wèi)星也可以在赤道平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)，不過(guò)由于它們公轉(zhuǎn)的周期和地球自轉(zhuǎn)周期不同，就會(huì)相對(duì)于地面運(yùn)動(dòng)，C、D正確.二、地球同步衛(wèi)星的特點(diǎn)相對(duì)于地面靜止且與地球自轉(zhuǎn)具有相同周

3、期的衛(wèi)星叫地球同步衛(wèi)星.同步衛(wèi)星有以下“七個(gè)一定”的特點(diǎn)：(1)軌道平面一定：軌道平面與 共面.(2)周期一定：與地球自轉(zhuǎn)周期 ，即T .(3)角速度一定：與地球自轉(zhuǎn)的角速度 .赤道平面相同24 h相同(5)速率一定：v 3.1103 m/s.(7)繞行方向一定：運(yùn)行方向與地球自轉(zhuǎn)方向 .一致自測(cè)2(多選)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是我國(guó)自行研制開(kāi)發(fā)的區(qū)域性三維衛(wèi)星定位與通信系統(tǒng)(CNSS)，建立后的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)包括5顆同步衛(wèi)星和30顆一般軌道衛(wèi)星.關(guān)于這些衛(wèi)星，以下說(shuō)法正確的是A.5顆同步衛(wèi)星的軌道半徑都相同B.5顆同步衛(wèi)星的運(yùn)行軌道必定在同一平面內(nèi)C.導(dǎo)航系統(tǒng)所有衛(wèi)星的運(yùn)行速度一定大于第一宇宙速

4、度D.導(dǎo)航系統(tǒng)所有衛(wèi)星中，運(yùn)行軌道半徑越大的，周期越小答案解析解析所有同步衛(wèi)星的軌道都位于赤道平面，軌道半徑和運(yùn)行周期都相同，選項(xiàng)A、B正確；三、衛(wèi)星變軌近心減小自測(cè)3“嫦娥三號(hào)”探測(cè)器由“長(zhǎng)征三號(hào)乙”運(yùn)載火箭從西昌衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射，首次實(shí)現(xiàn)月球軟著陸和月面巡視勘察.如圖1所示，假設(shè)“嫦娥三號(hào)”在環(huán)月圓軌道和橢圓軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)，只受到月球的萬(wàn)有引力，則A.若已知“嫦娥三號(hào)”環(huán)月圓軌道的半徑、運(yùn)動(dòng)周期 和引力常量，則可以算出月球的密度B.“嫦娥三號(hào)”由環(huán)月圓軌道變軌進(jìn)入環(huán)月橢圓軌道 時(shí)，應(yīng)讓發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火使其加速C.“嫦娥三號(hào)”在環(huán)月橢圓軌道上P點(diǎn)的速度大于Q點(diǎn)的速度D.“嫦娥三號(hào)”在環(huán)月圓軌道上的運(yùn)

5、行速率比月球的第一宇宙速度小圖1答案解析“嫦娥三號(hào)”在環(huán)月圓軌道上P點(diǎn)減速，使萬(wàn)有引力大于運(yùn)行所需向心力，做近心運(yùn)動(dòng)，才能進(jìn)入環(huán)月橢圓軌道，B錯(cuò)誤；“嫦娥三號(hào)”在環(huán)月橢圓軌道上P點(diǎn)向Q點(diǎn)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，距離月球越來(lái)越近，月球?qū)ζ湟ψ稣?，故速度增大，即P點(diǎn)的速度小于Q點(diǎn)的速度，C錯(cuò)誤；衛(wèi)星離月球表面越高其速度越小，第一宇宙速度是星球表面附近衛(wèi)星的環(huán)繞速度，故“嫦娥三號(hào)”在環(huán)月圓軌道上的運(yùn)行速率比月球的第一宇宙速度小，D正確.研透命題點(diǎn)1.解決同步衛(wèi)星問(wèn)題的“四點(diǎn)”注意 命題點(diǎn)一近地衛(wèi)星、同步衛(wèi)星和赤道上物體的運(yùn)行問(wèn)題能力考點(diǎn)師生共研(2)重要手段：構(gòu)建物理模型，繪制草圖輔助分析.(3)物理規(guī)律：

6、不快不慢：具有特定的運(yùn)行線速度、角速度和周期.不高不低：具有特定的位置高度和軌道半徑.不偏不倚：同步衛(wèi)星的運(yùn)行軌道平面必須處于地球赤道平面上，只能靜止在赤道上方的特定的點(diǎn)上.(4)重要條件：地球的公轉(zhuǎn)周期為1年，其自轉(zhuǎn)周期為1天(24小時(shí))，地球表面半徑約為6.4103 km，表面重力加速度g約為9.8 m/s2.月球的公轉(zhuǎn)周期約27.3天，在一般估算中常取27天.人造地球衛(wèi)星的運(yùn)行半徑最小為r6.4103 km，運(yùn)行周期最小為T84.8 min，運(yùn)行速度最大為v7.9 km/s.2.兩個(gè)向心加速度衛(wèi)星繞地球運(yùn)行的向心加速度物體隨地球自轉(zhuǎn)的向心加速度產(chǎn)生原因由萬(wàn)有引力產(chǎn)生由萬(wàn)有引力的一個(gè)分力(

7、另一分力為重力)產(chǎn)生方向指向地心垂直且指向地軸大小a (地面附近a近似等于g)ar2，r為地面上某點(diǎn)到地軸的距離，為地球自轉(zhuǎn)的角速度特點(diǎn)隨衛(wèi)星到地心的距離的增大而減小從赤道到兩極逐漸減小3.兩種周期(1)自轉(zhuǎn)周期是天體繞自身某軸線轉(zhuǎn)動(dòng)一周所需的時(shí)間，取決于天體自身轉(zhuǎn)動(dòng)的快慢.例1(2017江西鷹潭模擬)有a、b、c、d四顆衛(wèi)星，a還未發(fā)射，在地球赤道上隨地球一起轉(zhuǎn)動(dòng)，b在地面附近近地軌道上正常運(yùn)行，c是地球同步衛(wèi)星，d是高空探測(cè)衛(wèi)星，設(shè)地球自轉(zhuǎn)周期為24 h，所有衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)均視為勻速圓周運(yùn)動(dòng)，各衛(wèi)星排列位置如圖2所示，則下列關(guān)于衛(wèi)星的說(shuō)法中正確的是A.a的向心加速度等于重力加速度gB.c在4

8、h內(nèi)轉(zhuǎn)過(guò)的圓心角為C.b在相同的時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)過(guò)的弧長(zhǎng)最長(zhǎng)D.d的運(yùn)動(dòng)周期可能是23 h答案解析圖2解析同步衛(wèi)星的運(yùn)行周期與地球自轉(zhuǎn)周期相同，角速度相同，則a和c的角速度相同，根據(jù)a2r知，c的向心加速度大，由 ma知，c的向心加速度小于b的向心加速度，而b的向心加速度約為g，故a的向心加速度小于重力加速度g，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；由于c為同步衛(wèi)星，所以c的周期為24 h，因此4 h內(nèi)轉(zhuǎn)過(guò)的圓心角為 ，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；由四顆衛(wèi)星的運(yùn)行情況可知，b運(yùn)行的線速度是最大的，所以其在相同的時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)過(guò)的弧長(zhǎng)最長(zhǎng)，選項(xiàng)C正確；d的運(yùn)行周期比c要長(zhǎng)，所以其周期應(yīng)大于24 h，選項(xiàng)D錯(cuò)誤.例2(2016全國(guó)卷17)利用三顆位置適

9、當(dāng)?shù)牡厍蛲叫l(wèi)星，可使地球赤道上任意兩點(diǎn)之間保持無(wú)線電通訊.目前，地球同步衛(wèi)星的軌道半徑約為地球半徑的6.6倍.假設(shè)地球的自轉(zhuǎn)周期變小，若仍僅用三顆同步衛(wèi)星來(lái)實(shí)現(xiàn)上述目的，則地球自轉(zhuǎn)周期的最小值約為A.1 h B.4 hC.8 h D.16 h答案解析解析地球自轉(zhuǎn)周期變小，衛(wèi)星要與地球保持同步，則衛(wèi)星的公轉(zhuǎn)周期也應(yīng)隨之變小，由開(kāi)普勒第三定律 k可知衛(wèi)星離地球的高度應(yīng)變小，要實(shí)現(xiàn)三顆衛(wèi)星覆蓋全球的目的，則衛(wèi)星周期最小時(shí)，由數(shù)學(xué)幾何關(guān)系可作出它們間的位置關(guān)系如圖所示.解得T24 h.變式1(2016四川理綜3)國(guó)務(wù)院批復(fù)，自2016年起將4月24日設(shè)立為“中國(guó)航天日”.如圖3所示，1970年4月2

10、4日我國(guó)首次成功發(fā)射的人造衛(wèi)星東方紅一號(hào)，目前仍然在橢圓軌道上運(yùn)行，其軌道近地點(diǎn)高度約為440 km，遠(yuǎn)地點(diǎn)高度約為2 060 km；1984年4月8日成功發(fā)射的東方紅二號(hào)衛(wèi)星運(yùn)行在赤道上空35 786 km的地球同步軌道上.設(shè)東方紅一號(hào)在遠(yuǎn)地點(diǎn)的加速度為a1，東方紅二號(hào)的加速度為a2，固定在地球赤道上的物體隨地球自轉(zhuǎn)的加速度為a3，則a1、a2、a3的大小關(guān)系為A.a2a1a3 B.a3a2a1C.a3a1a2 D.a1a2a3答案解析圖3解析由于東方紅二號(hào)衛(wèi)星是同步衛(wèi)星，則其角速度和赤道上的物體角速度相等，根據(jù)a2r，r2r3，則a2a3；由萬(wàn)有引力定律和牛頓第二定律得， ma，由題目中數(shù)

11、據(jù)可以得出，r1r2，則a2a2a3，選項(xiàng)D正確.1.變軌原理及過(guò)程(1)為了節(jié)省能量，在赤道上順著地球自轉(zhuǎn)方向發(fā)射衛(wèi)星到圓軌道上.如圖4所示.圖4(2)在A點(diǎn)(近地點(diǎn))點(diǎn)火加速，由于速度變大，萬(wàn)有引力不足以提供在軌道上做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，衛(wèi)星做離心運(yùn)動(dòng)進(jìn)入橢圓軌道.(3)在B點(diǎn)(遠(yuǎn)地點(diǎn))再次點(diǎn)火加速進(jìn)入圓形軌道.命題點(diǎn)二衛(wèi)星變軌問(wèn)題能力考點(diǎn)師生共研2.變軌過(guò)程各物理量分析(1)速度：設(shè)衛(wèi)星在圓軌道和上運(yùn)行時(shí)的速率分別為v1、v3，在軌道上過(guò)A點(diǎn)和B點(diǎn)時(shí)速率分別為vA、vB.在A點(diǎn)加速，則vAv1，在B點(diǎn)加速，則v3vB，又因v1v3，故有vAv1v3vB.(2)加速度：因?yàn)樵贏點(diǎn)，衛(wèi)星只受到

12、萬(wàn)有引力作用，故不論從軌道還是軌道上經(jīng)過(guò)A點(diǎn)，衛(wèi)星的加速度都相同，同理，經(jīng)過(guò)B點(diǎn)加速度也相同.(3)周期：設(shè)衛(wèi)星在、軌道上的運(yùn)行周期分別為T1、T2、T3，軌道半徑分別為r1、r2(半長(zhǎng)軸)、r3，由開(kāi)普勒第三定律 k可知T1T2T3.(4)機(jī)械能：在一個(gè)確定的圓(橢圓)軌道上機(jī)械能守恒.若衛(wèi)星在、軌道的機(jī)械能分別為E1、E2、E3，則E1E2A，而B(niǎo)A，則CB，又根據(jù)vr，rCrB，得vCvB，故B項(xiàng)正確，A項(xiàng)錯(cuò)誤.1234567891011125.(多選)如圖3所示，A表示地球同步衛(wèi)星，B為運(yùn)行軌道比A低的一顆衛(wèi)星，C為地球赤道上某一高山山頂上的一個(gè)物體，兩顆衛(wèi)星及物體C的質(zhì)量都相同，關(guān)于

13、它們的線速度、角速度、運(yùn)行周期和所受到的萬(wàn)有引力的比較，下列關(guān)系式正確的是A.vBvAvC B.ABCC.FAFBFC D.TATCTB123456789101112圖3答案解析1234567891011126.(多選)“嫦娥三號(hào)”探月衛(wèi)星于2013年12月2日順利發(fā)射升空，已知“嫦娥三號(hào)”探月衛(wèi)星繞月球表面做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，飛行N圈用時(shí)為t；地球的質(zhì)量為M，半徑為R，表面重力加速度為g；月球半徑為r，地球和月球間的距離為L(zhǎng)，則綜合提升練123456789101112答案解析衛(wèi)星運(yùn)行中只能估算中心天體的質(zhì)量，無(wú)法估算衛(wèi)星的質(zhì)量，C錯(cuò)；1234567891011127.(多選)在發(fā)射一顆質(zhì)量為m的

14、地球同步衛(wèi)星時(shí)，先將其發(fā)射到貼近地球表面運(yùn)行的圓軌道上(離地面高度忽略不計(jì))，再通過(guò)一橢圓軌道變軌后到達(dá)距地面高度為h的預(yù)定圓軌道上.已知它在圓軌道上運(yùn)行時(shí)的加速度為g，地球半徑為R，圖4中PQ長(zhǎng)約為8R，衛(wèi)星在變軌過(guò)程中質(zhì)量不變，則C.衛(wèi)星在軌道上運(yùn)行時(shí)經(jīng)過(guò)P點(diǎn)的速率大于在軌道 上運(yùn)行時(shí)經(jīng)過(guò)P點(diǎn)的速率D.衛(wèi)星在軌道上的動(dòng)能大于在軌道上的動(dòng)能圖4123456789101112答案解析1234567891011128.(多選)“行星沖日”是指當(dāng)?shù)厍蚯『眠\(yùn)行到某地外行星和太陽(yáng)之間且三者排成一條直線的天文現(xiàn)象.2014年4月9日發(fā)生了火星沖日的現(xiàn)象.已知火星和地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的方向相同，軌跡都可近似為

15、圓，火星公轉(zhuǎn)軌道半徑為地球的1.5倍，以下說(shuō)法正確的是A.火星的公轉(zhuǎn)周期比地球的大B.火星的運(yùn)行速度比地球的大C.每年都會(huì)出現(xiàn)火星沖日現(xiàn)象D.2015年一定不會(huì)出現(xiàn)火星沖日現(xiàn)象123456789101112答案解析1234567891011129.(多選)最近我國(guó)連續(xù)發(fā)射了多顆北斗導(dǎo)航定位衛(wèi)星，使我國(guó)的導(dǎo)航定位精度不斷提高.北斗導(dǎo)航衛(wèi)星有一種是處于地球同步軌道，假設(shè)其離地高度為h，地球半徑為R，地面附近重力加速度為g，則有A.該衛(wèi)星運(yùn)行周期為24 h123456789101112答案解析解析地球同步衛(wèi)星和地球自轉(zhuǎn)同步，周期為24 h，A正確；12345678910111210.(2018山西晉

16、城質(zhì)檢)天文學(xué)家將相距較近、僅在彼此的引力作用下運(yùn)行的兩顆恒星稱為雙星.若某雙星的質(zhì)量分別為M、m，間距為L(zhǎng)，雙星各自圍繞其連線上的某點(diǎn)O做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其角速度分別為1、2，質(zhì)量為M的恒星軌道半徑為R，已知引力常量為G，則描述雙星運(yùn)動(dòng)的上述物理量滿足A.12C.GM22(LR)L2 D.Gm12R3解析雙星系統(tǒng)中兩顆星的角速度相同，12，則A、B項(xiàng)錯(cuò)誤.123456789101112答案解析11.如圖5所示，A是地球的同步衛(wèi)星.另一衛(wèi)星B的圓形軌道位于赤道平面內(nèi)，離地面高度為h.已知地球半徑為R，地球自轉(zhuǎn)的角速度為0，地球表面的重力加速度為g，O為地心.(1)求衛(wèi)星B的運(yùn)行周期.123456

17、789101112圖5答案見(jiàn)解析答案解析123456789101112解析根據(jù)萬(wàn)有引力定律和牛頓第二定律，(2)若衛(wèi)星B繞行方向與地球自轉(zhuǎn)方向相同，某時(shí)刻A、B兩衛(wèi)星相距最近(O、B、A在同一直線上)，則至少經(jīng)過(guò)多長(zhǎng)時(shí)間，它們?cè)僖淮蜗嗑嘧罱?？解析由題意得(B0)t2123456789101112答案解析答案見(jiàn)解析(1)試推導(dǎo)第二宇宙速度的表達(dá)式.123456789101112答案解析解析設(shè)距地心無(wú)窮遠(yuǎn)處的引力勢(shì)能為零，地球的半徑為R，第二宇宙速度為v，所謂第二宇宙速度，就是衛(wèi)星擺脫中心天體束縛的最小發(fā)射速度.則衛(wèi)星由地球表面上升到離地球表面無(wú)窮遠(yuǎn)的過(guò)程，根據(jù)機(jī)械能守恒定律得EkEp012345

18、6789101112(2)已知逃逸速度大于真空中光速的天體叫黑洞，設(shè)某黑洞的質(zhì)量等于太陽(yáng)的質(zhì)量M1.981030 kg，求它可能的最大半徑？答案2.93103 m則該黑洞可能的最大半徑為2.93103 m.123456789101112答案解析編后語(yǔ) 聽(tīng)課對(duì)同學(xué)們的學(xué)習(xí)有著非常重要的作用。課聽(tīng)得好好，直接關(guān)系到大家最終的學(xué)習(xí)成績(jī)。如何聽(tīng)好課，同學(xué)們可以參考如下建議： 一、聽(tīng)要點(diǎn)。 一般來(lái)說(shuō)，一節(jié)課的要點(diǎn)就是老師們?cè)趥湔n中準(zhǔn)備的講課大綱。許多老師在講課正式開(kāi)始之前會(huì)告訴大家，同學(xué)們對(duì)此要格外注意。例如在學(xué)習(xí)物理課“力的三要素”這一節(jié)時(shí)，老師會(huì)先列出力的三要素大小、方向、作用點(diǎn)。這就是一堂課的要點(diǎn)。把這三點(diǎn)認(rèn)真聽(tīng)好了，這節(jié)課就基本掌握了。 二、聽(tīng)思路。 思路就是我們思考問(wèn)題的步驟。例如老師在講解一道數(shù)學(xué)題時(shí)，首先思考應(yīng)該從什么地方下手，然后在思考用什么方法，通過(guò)什么樣的過(guò)程來(lái)進(jìn)行解答。聽(tīng)課時(shí)關(guān)鍵應(yīng)該弄清楚老師講解問(wèn)題的思路。 三、聽(tīng)問(wèn)題。 對(duì)于自己預(yù)習(xí)中不懂的內(nèi)容，上課時(shí)要重點(diǎn)把握。在聽(tīng)講中要特別注意老師和課本中是怎么解釋的。如果老師在講課中一帶而過(guò)，并沒(méi)有詳細(xì)解答，大家要及時(shí)地把它們記下來(lái)，下課再向老師請(qǐng)教。 四、聽(tīng)方法。 在課堂上不僅要聽(tīng)老師講課的結(jié)論而且要認(rèn)真關(guān)注老師分析、解決問(wèn)題的方法。比如上語(yǔ)文課學(xué)習(xí)漢字，一般都