【優(yōu)化方案】浙江省高考物理總復(fù)習(xí) 第4章第四節(jié) 萬(wàn)有引力與航天課件 大綱人教

第四節(jié)萬(wàn)有引力與航天

課堂互動(dòng)講練經(jīng)典題型探究知能優(yōu)化演練第四節(jié)萬(wàn)有引力與航天基礎(chǔ)知識(shí)梳理基礎(chǔ)知識(shí)梳理一、開普勒行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律定律內(nèi)容圖示開普勒第一定律所有的行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的軌道都是_____，太陽(yáng)處在橢圓的一個(gè)______上開普勒第二定律對(duì)任意一個(gè)行星而言，它與太陽(yáng)的_____在相等的時(shí)間內(nèi)掃過(guò)_____的面積開普勒第三定律所有行星軌道半長(zhǎng)軸的____方跟它的公轉(zhuǎn)周期的____方的比值都相等.＝k橢圓焦點(diǎn)連線相等三次二次特別提示：(1)開普勒三定律雖然是根據(jù)行星繞太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)總結(jié)出來(lái)的，但也適用于衛(wèi)星繞行星的運(yùn)動(dòng)．(2)開普勒第三定律中的k是一個(gè)與運(yùn)動(dòng)天體無(wú)關(guān)的量，只與被環(huán)繞的中心天體有關(guān)．二、萬(wàn)有引力定律1．內(nèi)容：自然界中任何兩個(gè)物體都相互吸引，引力的方向在它們的連線上，引力的大小與物體的質(zhì)量m1和m2的______成正比，與它們之間______________成反比．2．公式：F＝_________，其中G＝6.67×10－11N·m2/kg2.3．適用條件：嚴(yán)格地說(shuō)，公式只適用于_____間的相互作用，當(dāng)兩個(gè)物體間的距離_______物體本身的大小時(shí)，公式也可以使用．對(duì)于均勻的球體，r是________________．乘積距離r的二次方遠(yuǎn)大于質(zhì)點(diǎn)兩球心間的距離三、三種宇宙速度宇宙速度數(shù)值(km/s)意義第一宇宙速度7.9這是衛(wèi)星繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)的最小發(fā)射速度，若7.9km/s≤v<11.2km/s，物體繞______運(yùn)行(環(huán)繞速度)第二宇宙速度11.2這是物體掙脫地球引力束縛的最小發(fā)射速度，若11.2km/s≤v<16.7km/s，物體繞_____運(yùn)行(脫離速度)第三宇宙速度16.7這是物體掙脫太陽(yáng)引力束縛的最小發(fā)射速度，若

v≥16.7km/s，物體將脫離_______在宇宙空間運(yùn)行(逃逸速度)地球太陽(yáng)太陽(yáng)系名師點(diǎn)撥：(1)三種宇宙速度均指的是發(fā)射速度，不能理解為環(huán)繞速度．(2)第一宇宙速度既是最小發(fā)射速度，又是衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的最大環(huán)繞速度．四、關(guān)于同步衛(wèi)星的五個(gè)“一定”1．軌道平面一定：軌道平面與赤道平面共面．2．周期一定：與地球自轉(zhuǎn)周期相同，即T＝24h.3．角速度一定：與地球自轉(zhuǎn)的角速度相同．課堂互動(dòng)講練一、萬(wàn)有引力與重力的關(guān)系1．萬(wàn)有引力對(duì)物體的作用效果可以等效為兩個(gè)力的作用，一個(gè)是重力mg，另一個(gè)是物體隨地球自轉(zhuǎn)所需的向心力F向．如圖4－4－1所示，圖4－4－1答案：：AB三、人人造衛(wèi)衛(wèi)星的的繞行行速度度、角角速度度、周周期、、向心心加速速度與與半徑徑的關(guān)關(guān)系即時(shí)應(yīng)應(yīng)用(即時(shí)突突破，，小試試牛刀刀)3.美國(guó)的的全球球衛(wèi)星星定位位系統(tǒng)統(tǒng)(簡(jiǎn)稱GPS)由24顆衛(wèi)星星組成成，這這些衛(wèi)衛(wèi)星距距地面面的高高度均均為20000km.我國(guó)的的“北斗一一號(hào)”衛(wèi)星定定位系系統(tǒng)由由三顆顆衛(wèi)星星組成成，三三顆衛(wèi)衛(wèi)星都都定位位在距距地面面36000km的地球球同步步軌道道上．．比較較這些些衛(wèi)星星，下下列說(shuō)說(shuō)法中中正確確的是是()A．“北斗一一號(hào)”系統(tǒng)中中的三三顆衛(wèi)衛(wèi)星的的質(zhì)量量必須須相同同B．GPS的衛(wèi)星星比“北斗一一號(hào)”的衛(wèi)星星周期期短C．GPS的衛(wèi)星星比“北斗一一號(hào)”的衛(wèi)星星的加加速度度大D．GPS的衛(wèi)星星比“北斗一一號(hào)”的衛(wèi)星星的運(yùn)運(yùn)行速速度小小(2)人造地地球衛(wèi)衛(wèi)星的的最小小發(fā)射射速度度等于于近地地衛(wèi)星星的運(yùn)運(yùn)行速速度，，此時(shí)時(shí)發(fā)射射衛(wèi)星星的動(dòng)動(dòng)能全全部作作為繞繞行的的動(dòng)能能而不不需要要轉(zhuǎn)化化為重重力勢(shì)勢(shì)能．．此速速度即即為第第一宇宇宙速速度，，此時(shí)時(shí)v發(fā)射＝v環(huán)繞，即第第一宇宇宙速速度也也等于于最大大環(huán)繞繞速度度．2．兩種種周期期——自轉(zhuǎn)周周期和和公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)周期期自轉(zhuǎn)周周期是是天體體繞自自身某某軸線線轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)一周周的時(shí)時(shí)間，，公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)周期期是衛(wèi)衛(wèi)星繞繞中心心天體體做圓圓周運(yùn)運(yùn)動(dòng)一一周的的時(shí)間間．一一般情情況下下天體體的自自轉(zhuǎn)周周期和和公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)周期期是不不等的的，如如：地地球自自轉(zhuǎn)周周期為為24小時(shí)，，公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)周期期為365天．但但也有有相等等的，，如月月球，，自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)、公公轉(zhuǎn)周周期都都約為為27天，所以以地球上上同一地地點(diǎn)看到到的都是是月球固固定的一一面(同步衛(wèi)星星也是如如此)．即時(shí)應(yīng)用用(即時(shí)突破破，小試試牛刀)4.(2010年高考天天津卷)探測(cè)器繞繞月球做做勻速圓圓周運(yùn)動(dòng)動(dòng)，變軌軌后在周周期較小小的軌道道上仍做做勻速圓圓周運(yùn)動(dòng)動(dòng)，則變變軌后與與變軌前前相比()A．軌道半半徑變小小B．向心加加速度變變小C．線速度度變小D．角速度度變小經(jīng)典題型探究題型一有關(guān)天體的計(jì)算例1(2011年麗水模模擬)我國(guó)“嫦娥二號(hào)號(hào)”月球探測(cè)測(cè)器在繞繞月球成成功運(yùn)行行之后，，為進(jìn)一一步探測(cè)測(cè)月球的的詳細(xì)情情況，又又發(fā)射了了一顆繞繞月球表表面飛行行的科學(xué)學(xué)試驗(yàn)衛(wèi)衛(wèi)星．假假設(shè)衛(wèi)星星繞月球球做圓周周運(yùn)動(dòng)，，月球繞繞地球也也做圓周周運(yùn)動(dòng)，，且軌道道都在同同一平面面內(nèi)．已已知衛(wèi)星星繞月球球運(yùn)動(dòng)周周期T0，地球表面處處的重力加速速度g，地球半徑R0，月心與地心心間的距離r0m，引力常量G，試求：(1)月球的平均密密度ρ；(2)月球繞地球運(yùn)運(yùn)轉(zhuǎn)的周期T.變式訓(xùn)練1(2009年高考全國(guó)卷卷Ⅰ)天文學(xué)家新發(fā)發(fā)現(xiàn)了太陽(yáng)系系外的一顆行行星．這顆行行星的體積是是地球的4.7倍，質(zhì)量是地地球的25倍．已知某一一近地衛(wèi)星繞繞地球運(yùn)動(dòng)的的周期約為1.4小時(shí)，引力常常量G＝6.67×10－11N·m2/kg2，由此估算該該行星的平均均密度約為()A．1.8×103kg/m3B．5.6×103kg/m3C．1.1×104kg/m3D．2.9×104kg/m3(2009年高考安徽理理綜卷)2009年2月11日，俄羅斯的的“宇宙－2251”衛(wèi)星和美國(guó)的的“銥－33”衛(wèi)星在西伯利利亞上空約805km處發(fā)生碰撞．．這是歷史上上首次發(fā)生的的完整在軌衛(wèi)衛(wèi)星碰撞事件件．碰撞過(guò)程程中產(chǎn)生的大大量碎片可能能會(huì)影響太空空環(huán)境．假定定有甲、乙兩兩塊碎片，繞繞地球運(yùn)動(dòng)的的軌道都是圓圓，甲的運(yùn)行行速率比乙的的大，則下列列說(shuō)法中正確確的是()A．甲的運(yùn)行周周期一定比乙乙的長(zhǎng)B．甲距地面的的高度一定比比乙的高C．甲的向心力力一定比乙的的小D．甲的加速度度一定比乙的的大題型二有關(guān)衛(wèi)星各運(yùn)行參量的比較例2【答案】D【方法技巧】衛(wèi)星運(yùn)行的線線速度、角速速度、向心加加速度、周期期都是由軌道道半徑r決定的．變式訓(xùn)練2(2010年高考山東理理綜卷)1970年4月24日，我國(guó)自行行設(shè)計(jì)、制造造的第一顆人人造衛(wèi)星“東方紅一號(hào)”發(fā)射成功，開開創(chuàng)了我國(guó)航航天事業(yè)的新新紀(jì)元．“東方紅一號(hào)”的運(yùn)行軌道為為橢圓軌道，，其近地點(diǎn)M和遠(yuǎn)地點(diǎn)N的高度分別為為439km和2384km，則()圖4－4－2A．衛(wèi)星在M點(diǎn)的勢(shì)能大于于N點(diǎn)的勢(shì)能B．衛(wèi)星在M點(diǎn)的角速度大大于N點(diǎn)的角速度C．衛(wèi)星在M點(diǎn)的加速度大大于N點(diǎn)的加速度D．衛(wèi)星在N點(diǎn)的速度大于于7.9km/s(滿分樣板8分)如圖4－4－3，一宇航員站站在某質(zhì)量分分布均勻的星星球表面一斜斜坡上的A點(diǎn)，沿水平方方向以初速度度v0拋出一個(gè)小球球，測(cè)得經(jīng)時(shí)時(shí)間t落到斜坡上另另一點(diǎn)B，斜坡的傾角角為α，已知該星球球半徑為R，求：(1)該星球表面的的重力加速度度；(2)該星球的第一一宇宙速度．．題型三天體運(yùn)動(dòng)中的綜合問(wèn)題例3圖4－4－3【方法技巧】解決此類題的的關(guān)鍵是要明明確衛(wèi)星的第第一宇宙速度度等于近地衛(wèi)衛(wèi)星的環(huán)繞速速度．變式訓(xùn)練3宇航員在月球球表面完成下下面實(shí)驗(yàn)：在在一固定的豎豎直光滑圓弧弧軌道內(nèi)部的的最低點(diǎn)，靜靜止一質(zhì)量為為m的小球(可視為質(zhì)點(diǎn))，如圖4－4－4所示．當(dāng)給小小球一水平初初速度v0時(shí)，剛好能使使小球在豎直直平面內(nèi)做完完整的圓周運(yùn)運(yùn)動(dòng)．已知圓圓弧軌道半徑徑為r，月球的半徑徑為R，萬(wàn)有引力常常量為G.若在月球表面面發(fā)射一顆環(huán)環(huán)月衛(wèi)星，所所需最小發(fā)射射速度為()圖4－4－4(2010年高考江蘇卷卷)2009年5月，航天飛機(jī)機(jī)在完成對(duì)哈哈勃空間望遠(yuǎn)遠(yuǎn)鏡的維修任任務(wù)后，在A點(diǎn)從圓形軌軌道Ⅰ進(jìn)入橢圓軌軌道Ⅱ，B為軌道Ⅱ上的一點(diǎn)，，如圖4－4－5所示．關(guān)于于航天飛機(jī)機(jī)的運(yùn)動(dòng)，，下列說(shuō)法法中正確的的有()題型四關(guān)于衛(wèi)星、飛船的變軌問(wèn)題例4圖4－4－5A．在軌道Ⅱ上經(jīng)過(guò)A的速度小于于經(jīng)過(guò)B的速度B．在軌道Ⅱ上經(jīng)過(guò)A的動(dòng)能小于于在軌道Ⅰ上經(jīng)過(guò)A的動(dòng)能C．在軌道Ⅱ上運(yùn)動(dòng)的周周期小于在在軌道Ⅰ上運(yùn)動(dòng)的周周期D．在軌道Ⅱ上經(jīng)過(guò)A的加速度小小于在軌道道Ⅰ上經(jīng)過(guò)A的加速度【解析】航天飛機(jī)在在軌道Ⅱ上從遠(yuǎn)地點(diǎn)點(diǎn)A向近地點(diǎn)B運(yùn)動(dòng)的過(guò)程程中萬(wàn)有引引力做正功功，所以A點(diǎn)的速度小小于B點(diǎn)的速度，，A正確；航天天飛機(jī)在A點(diǎn)減速后才才能做向心心運(yùn)動(dòng)，從從圓形軌道道Ⅰ進(jìn)入橢圓軌軌道Ⅱ，所以在軌軌道Ⅱ上經(jīng)過(guò)A點(diǎn)的動(dòng)能小小于在軌道道Ⅰ上經(jīng)過(guò)A點(diǎn)的動(dòng)能，，B正確；【答案】ABC變式訓(xùn)練4(2009年高考福建建理綜卷)“嫦娥一號(hào)”月球探測(cè)器