高中物理復(fù)習課件專題4曲線運動萬有引力與航天第4講萬有引力與航天

高考總復(fù)習物理·課件第4講萬有引力與航天必備知識·深悟固基一、開普勒行星運動定律1．第一定律：所有行星繞太陽運動的軌道都是________，太陽處在橢圓的一個焦點上．2．第二定律：對任意一個行星來說，它與太陽的連線在相等的時間內(nèi)掃過相等的面積．3．第三定律：所有行星的軌道的半長軸的__________跟它的公轉(zhuǎn)周期的________的比值都相等．橢圓三次方二次方二、萬有引力定律1．內(nèi)容：自然界中任何兩個物體都相互吸引，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，與它們之間距離r的________成反比．乘積二次方三、萬有引力定律的應(yīng)用及三種宇宙速度1．萬有引力定律的基本應(yīng)用(1)基本方法：把天體(或人造衛(wèi)星)的運動看成是勻速圓周運動，其所需向心力由__________提供．萬有引力2．三種宇宙速度宇宙速度數(shù)值/(km·s－1)意義第一宇宙速度(環(huán)繞速度)7.9衛(wèi)星繞地球做圓周運動的最小發(fā)射速度．若7.9km/s≤v＜11.2km/s，物體繞________運行地球宇宙速度數(shù)值/(km·s－1)意義第二宇宙速度(逃逸速度)11.2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________運行第三宇宙速度16.7物體掙脫太陽引力束縛的最小發(fā)射速度．若v≥16.7km/s，物體將脫離________在宇宙空間運行太陽太陽系四、同步衛(wèi)星的特點(1)軌道平面一定：軌道平面與__________共面．(2)周期一定：與__________周期相同，即T＝24h．(3)角速度一定：與__________的角速度相同．赤道平面地球自轉(zhuǎn)地球自轉(zhuǎn)五、牛頓力學(xué)的局限性和相對論時空觀1．牛頓力學(xué)的局限性牛頓力學(xué)只適用于__________運動的物體，微觀世界要用量子力學(xué)，高速運動、大質(zhì)量天體需要用相對論．2．相對論時空觀(1)在狹義相對論中，物體的質(zhì)量是隨物體運動速度的增大而________的．(2)在狹義相對論中，同一物理過程發(fā)生的位移和對應(yīng)時間的測量結(jié)果在不同的參考系中是________的．宏觀低速增大不同(1)面積定律是對同一個行星而言的，不同的行星相等時間內(nèi)掃過的面積不等．由面積定律可知，行星在近日點的速度比它在遠日點的速度大．(2)經(jīng)典力學(xué)——牛頓運動定律的適用范疇．1．[開普勒行星運動定律的理解]火星和木星沿各自的橢圓軌道繞太陽運行，根據(jù)開普勒行星運動定律可知 (

)A．太陽位于木星運行軌道的中心B．火星和木星繞太陽運行速度的大小始終相等C．火星與木星公轉(zhuǎn)周期之比的平方等于它們軌道半長軸之比的立方D．相同時間內(nèi)，火星與太陽連線掃過的面積等于木星與太陽連線掃過的面積【答案】C【答案】B3．[衛(wèi)星運動參量的計算]金星、地球和火星繞太陽的公轉(zhuǎn)均可視為勻速圓周運動，它們的向心加速度大小分別為a金、a地、a火，它們沿軌道運行的速率分別為v金、v地、v火．已知它們的軌道半徑R金＜R地＜R火，由此可以判定 (

)A．a(chǎn)金＞a地＞a火

B．a(chǎn)火＞a地＞a金C．v地＞v火＞v金

D．v火＞v地＞v金【答案】A

關(guān)鍵能力·突破要點考點1萬有引力定律在天體運動中的應(yīng)用[能力考點]例1

(2021年廣東卷)2021年4月，我國自主研發(fā)的空間站“天和”核心艙成功發(fā)射并入軌運行，若核心艙繞地球的運行可視為勻速圓周運動，已知引力常量，由下列物理量能計算出地球質(zhì)量的是 (

)A．核心艙的質(zhì)量和繞地半徑B．核心艙的質(zhì)量和繞地周期C．核心艙的繞地角速度和繞地周期D．核心艙的繞地線速度和繞地半徑【答案】D

1．(2021年全國卷Ⅱ)科學(xué)家對銀河系中心附近的恒星S2進行了多年的持續(xù)觀測，給出1994年到2002年間S2的位置如圖所示．科學(xué)家認為S2的運動軌跡是半長軸約為1000AU(太陽到地球的距離為1AU)的橢圓，銀河系中心可能存在超大質(zhì)量黑洞．這項研究工作獲得了2020年諾貝爾物理學(xué)獎．若認為S2所受的作用力主要為該大質(zhì)量黑洞的引力，設(shè)太陽的質(zhì)量為M，可以推測出該黑洞質(zhì)量約為

(

)A．4×104M

B．4×106MC．4×108M

D．4×1010M【答案】B

2．(2021年蚌埠三模)(多選)2021年2月24日，“天問一號”探測器成功進入火星停泊軌道，標志著中國正式開始了對火星表面的探測活動．若探測器繞火星做半徑為R、周期為T的勻速圓周運動，已知火星的半徑為R0、自轉(zhuǎn)周期為T0，且火星可視為質(zhì)量均勻的球體，引力常量為G，則下列說法正確的是 (

)【答案】BD

考點2衛(wèi)星運行參量的分析與計算[能力考點]1．衛(wèi)星的軌道(1)赤道軌道：衛(wèi)星的軌道在赤道平面內(nèi)，同步衛(wèi)星就是其中的一種．(2)極地軌道：衛(wèi)星的軌道過南北兩極，即在垂直于赤道的平面內(nèi)，如極地氣象衛(wèi)星．2．地球同步衛(wèi)星的特點：六個“一定”3．衛(wèi)星的各物理量隨軌道半徑變化的規(guī)律【答案】AC

【答案】A

考向3近地衛(wèi)星、同步衛(wèi)星和赤道上物體的運行問題例4

(2021年蘇州模擬)如圖所示，A是靜止在赤道上的物體，隨地球自轉(zhuǎn)而做勻速圓周運動；B、C是同一平面內(nèi)兩顆人造衛(wèi)星，B位于離地高度等于地球半徑的圓形軌道上，C是地球同步衛(wèi)星．已知第一宇宙速度為v，物體A和衛(wèi)星B、C的線速度大小分別為vA、vB、vC，周期大小分別為TA、TB、TC，則下列關(guān)系正確的是

(

)A．vA＝vC＝v

B．vA＜vC＜vB＜vC．TA＞TC＞TB

D．TA＜TB＜TC【答案】B

1．(2021年南通模擬)2021年4月29日，我國天宮空間站的“天和”核心艙發(fā)射成功，核心艙的運行軌道距地面高度為340～450km，則核心艙

(

)A．運行速度大于第一宇宙速度B．發(fā)射速度大于第一宇宙速度C．運行周期大于地球自轉(zhuǎn)周期D．運行加速度大于地面的重力加速度【答案】B

2．(2021年江蘇百校聯(lián)考)中國首個火星探測器“天問一號”已于2021年2月10日成功環(huán)繞火星，已知地球的質(zhì)量約為火星質(zhì)量的10倍，半徑約為火星半徑的2倍，下列說法正確的是 (

)A．“天問一號”探測器的發(fā)射速度一定大于7.9km/s，小于11.2km/sB．若在火星上發(fā)射一顆繞火星表面運行的衛(wèi)星，其速度至少需要7.9km/sC．繞火星表面運行的衛(wèi)星的周期大于地球近地衛(wèi)星的周期D．火星表面的重力加速度大于地球表面的重力加速度【答案】C

3．有a、b、c、d四顆地球衛(wèi)星，a還未發(fā)射，在地球赤道上隨地球表面一起轉(zhuǎn)動，b處于地面附近的近地軌道上正常運動，c是地球同步衛(wèi)星，d是高空探測衛(wèi)星，各衛(wèi)星排列位置如圖所示，則有 (

)A．a(chǎn)的向心加速度等于地表重力加速度gB．b在相同時間內(nèi)轉(zhuǎn)過的弧長最長C．d的運動周期有可能是20hD．把a直接發(fā)射到b運行的軌道上，其發(fā)射速度大于第一宇宙速度【答案】B

考點3衛(wèi)星變軌問題[能力考點]1．必須掌握的三種運動情境兩類變軌離心運動近心運動變軌結(jié)果轉(zhuǎn)變?yōu)闄E圓軌道運動或在較大半徑圓軌道上運動轉(zhuǎn)變?yōu)闄E圓軌道運動或在較小半徑圓軌道上運動新圓軌道上運動的速率比原軌道的小，周期比原軌道的大新圓軌道上運動的速率比原軌道的大，周期比原軌道的小動能減小、勢能增大、機械能增大動能增大、勢能減小、機械能減小例5

(多選)

“神舟十一號”飛船完成了最后一次變軌，與“天宮二號”對接．“神舟十一號”某次變軌的示意圖如圖所示，在A點從橢圓軌道Ⅱ進入圓形軌道Ⅰ，B為軌道Ⅱ上的一點．關(guān)于飛船的運動，下列說法正確的有

(

)A．在軌道Ⅱ上經(jīng)過A的速度小于經(jīng)過B的速度B．在軌道Ⅱ上經(jīng)過A的動能小于在軌道Ⅰ上經(jīng)過A的動能C．在軌道Ⅱ上運動的周期小于在軌道Ⅰ上運動的周期D．在軌道Ⅱ上經(jīng)過A的加速度小于在軌道Ⅰ上經(jīng)過A的加速度

深化理解(1)軌道Ⅱ為橢圓軌道，如何求解衛(wèi)星在該軌道運動的周期和速度？(2)如何比較衛(wèi)星分別在不同軌道上經(jīng)過A點時速度的大??？【答案】ABC

1．(2021年如皋模擬)如圖所示，攜帶月壤的“嫦娥五號”軌道器和返回器組合體經(jīng)歷了約6天環(huán)月等待后，于2020年12月12日在近月點A點火加速，從近圓軌道Ⅰ進入近月橢圓軌道Ⅱ，13日在點A再次加速，從軌道Ⅱ進入月地轉(zhuǎn)移軌道Ⅲ，經(jīng)過多次姿態(tài)調(diào)整后，16日在軌道Ⅲ的遠月點B附近，實施軌道器和返回器分離，返回器進入預(yù)定返回軌道．已知地球質(zhì)量約為月球質(zhì)量的81倍，則“嫦娥五號”軌道器和返回器組合體 (

)A．在軌道Ⅰ上A點的速度大于在軌道Ⅱ上A點的速度B．在軌道Ⅰ上的運行周期大于在軌道Ⅱ上的運行周期C．在軌道Ⅲ上A點的加速度大于在軌道Ⅱ上A點的加速度D．在軌道Ⅲ上B點附近時，受到的地球引力大于月球引力【答案】D

2．如圖所示，“嫦娥五號”取土后，在P處由圓形軌道Ⅰ變軌到橢圓軌道Ⅱ，以便返回地球．下列說法正確的是

(

)A．“嫦娥五號”在軌道Ⅰ和Ⅱ運行時均超重B．“嫦娥五號”在軌道Ⅰ和Ⅱ運行時機械能相等C．“嫦娥五號”在軌道Ⅰ和Ⅱ運行至P處時速率相等D．“嫦娥五號”在軌道Ⅰ和Ⅱ運行至P處時加速度大小相等【答案】D

天體圓周運動的幾種模型類型一與天體有關(guān)的三種勻速圓周運動模型對比分析如圖所示，a為近地衛(wèi)星，半徑為r1；b為地球同步衛(wèi)星，半徑為r2；c為赤道上隨地球自轉(zhuǎn)的物體，半徑為r3．深度研練·素養(yǎng)提升1．(多選)我國“北斗”導(dǎo)航系統(tǒng)(BDS)已經(jīng)開始提供全球服務(wù)，具有定位、導(dǎo)航、授時、5G傳輸?shù)裙δ埽瓵、B為“北斗”系統(tǒng)中的兩顆工作衛(wèi)星，其中A是高軌道的地球靜止同步軌道衛(wèi)星，B是中軌道衛(wèi)星．已知地球表面的重力加速度為g，地球的自轉(zhuǎn)周期為T0，下列判斷正確的是 (

)A．衛(wèi)星A可能經(jīng)過廣州上空 B．衛(wèi)星B可能經(jīng)過廣州上空C．周期大小TA＝T0＞TB D．向心加速度大小aA＜aB＜g【答案】BCD

2．如圖所示，a為放在赤道上相對地球靜止的物體，隨地球自轉(zhuǎn)做勻速圓周運動，b為沿地球表面附近做勻速圓周運動的人造衛(wèi)星(軌道半徑約等于地球半徑)，c為地球的同步衛(wèi)星．下列關(guān)于a、b、c的說法中正確的是

(

)A．b衛(wèi)星轉(zhuǎn)動線速度大于7.9km/sB．a(chǎn)、b、c做勻速圓周運動的向心加速度大小關(guān)系為aa＞ab＞acC．a(chǎn)、b、c做勻速圓周運動的周期關(guān)系為Tc＞Tb＞TaD．在b、c中，b的速度大【答案】D

3．(多選)天文學(xué)家通過觀測雙星軌道參數(shù)的變化來間接驗證引力波的存在，證實了GW150914是