《（江蘇專用）2020版高考物理新增分大一輪復習 第四章 曲線運動 萬有引力與航天 第4講 萬有引力定律及應用課件.ppt》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《（江蘇專用）2020版高考物理新增分大一輪復習 第四章 曲線運動 萬有引力與航天 第4講 萬有引力定律及應用課件.ppt（69頁珍藏版）》請在裝配圖網上搜索。

1、,第四章曲線運動萬有引力與航天,第4講萬有引力定律及應用,,大一輪復習講義,,NEIRONGSUOYIN,內容索引,過好雙基關,研透命題點,隨堂測試,細研考綱和真題 分析突破命題點,隨堂檢測 檢測課堂學習效果,課時作業(yè),限時訓練 練規(guī)范 練速度,回扣基礎知識 訓練基礎題目,,過好雙基關,,,,一、開普勒三定律的內容、公式,,,橢圓,橢圓,面積,二次方,三次方,自測1關于行星運動的規(guī)律，下列說法符合史實的是 A.開普勒在牛頓運動定律的基礎上，導出了行星運動的規(guī)律 B.開普勒在天文觀測數據的基礎上，總結出了行星運動的規(guī)律 C.開普勒總結出了行星運動的規(guī)律，找出了行星按照這些規(guī)律運動的原因 D.開普

2、勒總結出了行星運動的規(guī)律，發(fā)現了萬有引力定律,,解析開普勒在天文觀測數據的基礎上總結出了行星運動的規(guī)律，但沒有找出行星運動按照這些規(guī)律運動的原因，而牛頓發(fā)現了萬有引力定律.,1.內容 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量m1和m2的乘積成 ，與它們之間距離r的二次方成 .(萬有引力定律是由牛頓提出的) 2.表達式 FG ，G為引力常量，G6.671011 Nm2/kg2，由卡文迪許利用扭秤實驗測出. 3.適用條件 (1)公式適用于 間的相互作用，當兩個物體間的距離遠大于物體本身的大小時，物體可視為質點. (2)質量分布均勻的球體可視為質點

3、，r是 的距離.,正比,反比,,二、萬有引力定律,,,兩球心間,質點,4.天體運動問題分析 (1)將天體或衛(wèi)星的運動看成 運動，其所需向心力由 提供. (2)基本公式：,勻速圓周,萬有引力,自測2(2018錦屏中學模擬)我國發(fā)射的“天宮一號”和“神舟八號”在對接前，“天宮一號”的運行軌道高度為350 km，“神舟八號”的運行軌道高度為343 km.它們的運行軌道均視為圓周，則 A.“天宮一號”比“神舟八號”速度大 B.“天宮一號”比“神舟八號”周期長 C.“天宮一號”比“神舟八號”角速度大 D.“天宮一號”比“神舟八號”加速度大,,解析航天器在圍繞地球做勻速圓周運動的過

4、程中由萬有引力提供向心力，,而“天宮一號”的軌道半徑比“神舟八號”的軌道半徑大，可知選項B正確.,1.第一宇宙速度 (1)第一宇宙速度又叫 速度，其數值為 km/s. (2)第一宇宙速度是人造衛(wèi)星在 附近環(huán)繞地球做勻速圓周運動時具有的速度. (3)第一宇宙速度是人造衛(wèi)星的最小 速度，也是人造衛(wèi)星的最大 速度. (4)第一宇宙速度的計算方法.,最大環(huán)繞,7.9,,三、宇宙速度,,,地面,發(fā)射,環(huán)繞,2.第二宇宙速度 使物體掙脫 引力束縛的最小發(fā)射速度，其數值為 km/s. 3.第三宇宙速度 使物體掙脫 引力束縛的最小發(fā)射速度，其數值為 km/s.,地球,

5、11.2,16.7,太陽,,研透命題點,,,1.行星繞太陽的運動通常按橢圓軌道處理. 2.開普勒行星運動定律也適用于其他天體，例如月球、衛(wèi)星繞地球的運動. 3.開普勒第三定律 k中，k值只與中心天體有關，不同的中心天體k值不同.但該定律只能用在同一中心天體的兩星體之間.,,,,命題點一開普勒三定律的理解和應用,例1(2018鹽城市期中)如圖1所示，某衛(wèi)星繞行星沿橢圓軌道運行，其軌道的半長軸為r，周期為T，圖中S1、S2兩部分陰影面積大小相等.則 A.行星可以不在橢圓的焦點上 B.衛(wèi)星從a到b的速率逐漸增大 C.衛(wèi)星從a到b的運行時間大于從c到d的運行時間 D.橢圓軌道半長軸的三次方與周期的二次

6、方的比 值只與衛(wèi)星的質量有關,圖1,,解析根據開普勒第一定律知，衛(wèi)星繞行星做橢圓運動，行星處于橢圓的一個焦點上，故A錯誤. 衛(wèi)星從a到b的過程中，萬有引力做正功，根據動能定理知，速率增大，故B正確. 根據開普勒第二定律知，S1、S2兩部分陰影面積大小相等，則衛(wèi)星從a到b的運行時間等于從c到d的運行時間，故C錯誤. 根據開普勒第三定律知，橢圓軌道半長軸的三次方與周期的二次方的比值是定值，只與中心天體有關，與衛(wèi)星的質量無關，故D錯誤.,1.地球表面重力加速度g 距地面高h處重力加速度g . 有 ，即g與到地心距離的平方成反比. 2.地球質量M . 3.恒等式：GMgR2. 以上各式

7、對自轉可忽略的其他星球同樣適用.,忽略地球自轉影響，在地球表面附近，物體所受重力近似等于地球對它的吸引力，即mgG .可得：,,,,命題點二萬有引力與重力的關系,例2(2018無錫市期中)據報道，最近在太陽系外發(fā)現了首顆“宜居”行星，其質量約為地球質量的6.4倍.已知一個在地球表面質量為50 kg的人在這個行星表面的重量約為800 N，地球表面處的重力加速度為10 m/s2.求： (1)該行星的半徑與地球的半徑之比約為多少？,答案2,解析在該行星表面處，G人mg行，得g行16 m/s2.,(2)若在該行星上距行星表面2 m高處，以10 m/s的水平初速度拋出一只小球(不計任何阻力)，則小球的

8、水平射程是多大？,答案5 m,解析由平拋運動的規(guī)律，有,代入數據解得：x5 m.,變式1(2018淮安市、宿遷市等期中)宇航員王亞平在“天宮一號”飛船內太空授課時，指令長聶海勝懸浮在太空艙內“太空打坐”的情景如圖2.若聶海勝的質量為m，飛船距離地球表面的高度為h，地球質量為M，半徑為R，引力常量為G，地球表面的重力加速度為g，則聶海勝在太空艙內受到的重力大小為,圖2,解析飛船在距地面高度為h處， 由萬有引力等于重力得：,,環(huán)繞天體做勻速圓周運動所需向心力由中心天體對它的萬有引力提供(如圖3)，,,,,命題點三中心天體環(huán)繞天體模型,圖3,由于上述結論中引力常量G、中心天體質量M為常量，從而可以總

9、結出：距離中心天體越遠，軌道半徑越大，周期越長，線速度、角速度、向心加速度越小.,例3(2018南京市、鹽城市一模)科學家發(fā)現太陽系外某一恒星有一行星，并測得它圍繞該恒星運行一周所用的時間為1 200年，它與該恒星的距離為地球到太陽距離的100倍.假定該行星繞恒星運行的軌道和地球繞太陽運行的軌道都是圓周，僅利用以上兩個數據可以求出的量是(引力常量G已知) A.恒星與太陽質量之比 B.恒星與太陽密度之比 C.行星與地球質量之比 D.行星與地球表面的重力加速度之比,,由題意可知，行星與恒星的距離為地球到太陽距離的100倍(即知道軌道半徑之比)，行星圍繞該恒星的周期為1 200年，地球繞太陽的周期為

10、1年(即知道周期之比)，而G是常數，所以利用上式可求出恒星與太陽的質量之比，故A正確； 由A分析可求出恒星與太陽的質量之比，但由于不知恒星與太陽的半徑之比，所以不能求出恒星與太陽的密度之比，故B錯誤；,解得的M是中心天體的質量，所以不能求出行星與地球的質量之比，故C錯誤；,由于不知行星與地球的半徑之比，所以不能求出行星與地球表面的重力加速度之比，故D錯誤.,變式2(2019射陽二中5月模擬)近年來，人類發(fā)射了多枚火星探測器對火星進行科學探究，為將來人類登上火星、開發(fā)和利用火星資源奠定了堅實的基礎.如果火星探測器環(huán)繞火星做“近地”勻速圓周運動，并測得該探測器運動的周期為T，則火星的平均密度的表達

11、式為(k是一個常數) A.kT1 B.kT C.kT2 D.kT2,,解析火星探測器繞火星做勻速圓周運動，,變式3(多選)(2018徐州市期中)地球和火星圍繞太陽的公轉均可以看做勻速圓周運動.地球的軌道半徑為r1，周期為T1，運行速度為v1，角速度為1，加速度為a1，火星的軌道半徑為r2，周期為T2kT1，運行速度為v2，角速度為2，加速度為a2.下列關系正確的有,,,,衛(wèi)星運行分析,,拓展點,1.衛(wèi)星的軌道(如圖4),圖4,(1)赤道軌道：衛(wèi)星的軌道在赤道平面內，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，如極地氣象衛(wèi)星. (3)其他軌道：除以上

12、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地球的球心.,2.近地衛(wèi)星,貼著地球表面繞地球運行的衛(wèi)星，軌道半徑RR地.,(3)向心加速度ag.,3.地球同步衛(wèi)星 相對于地面靜止且與地球自轉具有相同周期的衛(wèi)星叫地球同步衛(wèi)星.同步衛(wèi)星有以下“七個一定”的特點： (1)軌道平面一定：軌道平面與赤道平面共面. (2)周期一定：與地球自轉周期相同，即T24 h. (3)角速度一定：與地球自轉的角速度相同.,(7)繞行方向一定：運行方向與地球自轉方向一致.,例4(2018江蘇單科1)我國高分系列衛(wèi)星的高分辨對地觀察能力不斷提高.2018年5月9日發(fā)射的“高分五號”軌道高度約為705 km，之前已運行

13、的“高分四號”軌道高度約為36 000 km，它們都繞地球做圓周運動.與“高分四號”相比，下列物理量中“高分五號”較小的是 A.周期 B.角速度 C.線速度 D.向心加速度,,,,解析設地球質量為M，高分系列衛(wèi)星質量為m，高分系列衛(wèi)星做勻速圓周運動時，,因為“高分四號”的軌道半徑比“高分五號”的軌道半徑大，所以選項A正確，B、C、D錯誤.,變式4(多選)(2018蘇錫常鎮(zhèn)二模)2017年6月，我國發(fā)射了宇宙探測衛(wèi)星“慧眼”.衛(wèi)星攜帶的硬X射線調制望遠鏡(Hard Xray Modulation Telescope，簡稱HXMT)在離地550公里的軌道上觀察遙遠天體發(fā)出的X射線，為宇宙起源研究提

14、供了新的證據.則“慧眼”的 A.角速度小于地球自轉角速度 B.線速度小于第一宇宙速度 C.周期大于同步衛(wèi)星的周期 D.向心加速度小于地面的重力加速度,,,,變式5(多選)(2018揚州市一模)2017年9月25日，微信啟動頁面采用“風云四號”衛(wèi)星成像圖.“風云四號”是我國新一代靜止軌道氣象衛(wèi)星，則其在圓軌道上運行時 A.可定位在赤道上空任意高度 B.線速度介于第一宇宙速度和第二宇宙速度之間 C.角速度與地球自轉角速度相等 D.向心加速度比月球繞地球運行的向心加速度大,,,解析同步衛(wèi)星只能在赤道上空，且高度保持不變，A錯誤； 第一宇宙速度為人造地球衛(wèi)星的最大運行速度，同步衛(wèi)星的軌道半徑大，則其速

15、度小于第一宇宙速度，B錯誤； 同步衛(wèi)星的周期等于地球的自轉周期，所以同步衛(wèi)星繞地球運行的角速度與地球自轉角速度相等，C正確； 同步衛(wèi)星與月球都是萬有引力提供向心力，,故同步衛(wèi)星繞地球運行的向心加速度比月球繞地球運行的向心加速度大，D正確.,,隨堂測試,,,1.(多選)(2018常熟市期中)關于自由落體運動的加速度g，下列說法正確的是 A.同一地點輕重不同的物體的g值一樣大 B.北京地面的g值比上海地面的g值略大 C.g值在赤道處大于在南北兩極處 D.g值在地面任何地方都一樣,,1,2,3,4,,解析不管物體輕重如何，在同一地點，g值相等，故A正確； 隨著緯度的升高，重力加速度增大，則北京地面的

16、g值比上海地面的g值略大，赤道處的重力加速度小于兩極處重力加速度，故B正確，C、D錯誤.,2.(2018泰州中學開學考)因“光纖之父”高錕的杰出貢獻，早在1996年中國科學院紫金山天文臺就將一顆于1981年12月3日發(fā)現的國際編號為“3463”的小行星命名為“高錕星”.假設“高錕星”為均勻的球體，其質量為地球質量的 倍，半徑為地球半徑的 倍，則“高錕星”表面的重力加速度是地球表面的重力加速度的,,1,2,3,4,3.(多選)(2018南通市等七市三模) 某衛(wèi)星繞地球做圓周運動周期等于地球自轉周期，其軌道平面與赤道平面成55角，則該衛(wèi)星 A.離地面高度與地球同步衛(wèi)星相同 B.在軌運行速度等于第一

17、宇宙速度 C.加速度大于近地衛(wèi)星的加速度 D.每天兩次經過赤道上同一點的正上方,,,1,2,3,4,4.(多選)(2018海安中學月考)一行星繞恒星做圓周運動.由天文觀測可得，其運行周期為T，速度為v.引力常量為G，則,,,,1,2,3,4,在萬有引力提供向心力的表達式中，行星質量無法求出，所以B錯誤.,1,2,3,4,,課時作業(yè),,,1.(2018徐州市期中)牛頓在思考萬有引力定律時就曾想，把物體從高山上水平拋出，速度一次比一次大，落點一次比一次遠.如果速度足夠大，物體就不再落回地面，它將繞地球運動，成為人造地球衛(wèi)星.如圖1所示是牛頓設想的一顆衛(wèi)星，它沿橢圓軌道運動.下列說法正確的是 A.地

18、球的球心與橢圓的中心重合 B.衛(wèi)星在近地點的速率小于在遠地點的速率 C.衛(wèi)星在遠地點的加速度小于在近地點的加速度 D.衛(wèi)星與橢圓中心的連線在相等的時間內掃過相等的面積,,,,雙基鞏固練,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,,圖1,解析根據開普勒第一定律可知，地球的球心應與橢圓的一個焦點重合，故A錯誤； 衛(wèi)星在近地點時的速率要大于在遠地點的速率，故B錯誤；,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,衛(wèi)星在遠地點的加速度一定小于在近地點的加速度，故C正確； 根據開普勒第二定律可知，衛(wèi)星與地球中心的連線在相等的時間內掃過相等的面積，而不是與橢圓中心的連線，故D錯誤.,2

19、.(2018無錫市高三期末)如圖2所示，2017年9月25日至9月28日期間，微信啟動新界面，其畫面視角從人類起源的非洲(左)變?yōu)槿A夏大地中國(右).新照片由我國新一代靜止軌道衛(wèi)星(同步衛(wèi)星)“風云四號”拍攝，見證著科學家15年的辛苦和努力.下列說法正確的是 A.“風云四號”可能經過無錫正上空 B.“風云四號”的向心加速度大于月球的向心加速度 C.與“風云四號”同軌道的衛(wèi)星運動的動能都相等 D.“風云四號”的運行速度大于7.9 km/s,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,,圖2,3.(多選)(2018泰州中學等綜合評估)澳大利亞科學家宣布，在離地球約14光年的紅矮星wolf

20、 1061周圍發(fā)現了三顆行星b、c、d，它們的公轉周期分別是5天、18天、67天，公轉軌道可視作圓，如圖3所示.已知萬有引力常量為G.下列說法正確的是 A.可求出b、c的公轉半徑之比 B.可求出c、d的向心加速度之比 C.若已知c的公轉半徑，可求出紅矮星的質量 D.若已知c的公轉半徑，可求出紅矮星的密度,,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,圖3,,,4.(多選)(2018鹽城市期中) 半徑為R的木星表面重力加速度為g0，衛(wèi)星繞木星公轉的軌道半徑為r(rR)、周期為T、角速度為.已知引力常量為G，為求木星的質量，需要的物理量是 A.g0，r B.g0，R C.，T D.r，T

21、,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,,,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,5.(2018徐州三中月考)據媒體報道，“嫦娥一號”衛(wèi)星環(huán)月工作軌道為圓軌道，軌道高度200 km，運行周期127分鐘.若還知道引力常量和月球平均半徑，僅利用以上條件不能求出的是 A.月球表面的重力加速度 B.月球對衛(wèi)星的吸引力 C.衛(wèi)星繞月球運行的速度 D.衛(wèi)星繞月球運行的加速度,,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,解析繞月衛(wèi)星“嫦娥一號”繞月球做勻速圓周運動，根據萬有引力提供向心力，,即可求出月球表面的重

22、力加速度； 由于衛(wèi)星的質量未知，故月球對衛(wèi)星的吸引力無法求出；,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,6.(2018常熟市期中)A、B兩顆人造衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動，A衛(wèi)星的運行周期大于B衛(wèi)星的運行周期，則 A.A衛(wèi)星距離地面的高度一定比B衛(wèi)星的小 B.A衛(wèi)星的運行速率一定比B衛(wèi)星的大 C.A衛(wèi)星的向心加速度一定比B衛(wèi)星的小 D.A衛(wèi)星的向心力一定比B衛(wèi)星的大,,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,由于A的周期大于B的周期，則A的軌道半徑大于B的軌道半徑，則A距離地面的高度大于B距離地面的高度，故A錯誤；

23、,由于A的軌道半徑大，則A的線速度小于B的線速度，A的向心加速度小于B的向心加速度，故B錯誤，C正確； 由于A、B的質量未知，則無法比較向心力的大小，故D錯誤.,7.(2018錫山中學月考)已知地球和火星繞太陽公轉的軌道半徑分別為R1和R2(公轉軌道近似為圓)，如果把行星與太陽連線掃過的面積與其所用時間的比值定義為掃過的面積速率，則地球和火星繞太陽公轉過程中掃過的面積速率之比是,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,解析公轉的軌道近似為圓，地球和火星的運動可以看做勻速圓周運動，,8.(2018鹽城中學4月檢測)如圖4所示，

24、人造地球衛(wèi)星M、N在同一平面內繞地心O做勻速圓周運動，已知M、N連線與M、O連線間的夾角最大為，則M、N的運行速度大小之比等于,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,圖4,,9.(2018程橋高中月考)我國“北斗”衛(wèi)星導航系統(tǒng)BDS堪比美國全球定位系統(tǒng)GPS.已知BDS導航系統(tǒng)某圓軌道衛(wèi)星的運行周期約為12小時，則此衛(wèi)星與GPS導航系統(tǒng)中某地球同步衛(wèi)星相比較 A.軌道半徑小 B.角速度小 C.線速度小 D.向心加速度小,,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,,,,綜合提升練,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,設該衛(wèi)星周期為T，同步衛(wèi)星周期為

25、T同， 由題意有：T同T,10.(多選)(2018揚州中學5月模擬) 美國天文學家Michael Brown推測：太陽系有第九個大行星，其質量約為地球質量的10倍，直徑約為地球直徑的4倍，到太陽的平均距離約為地球到太陽平均距離的600倍，萬有引力常量G已知.下列說法正確的有 A.該行星繞太陽運轉的周期在7080年之間 B.由題中所給的條件可以估算出太陽的密度 C.該行星表面的重力加速度小于地球表面的重力加速度 D.該行星的第一宇宙速度大于地球的第一宇宙速度,,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,,11.(2018常熟市期中)一顆在赤道上空運行的人造衛(wèi)星，其軌道半徑為r2R(R

26、為地球半徑)，衛(wèi)星的轉動方向與地球自轉方向相同.已知地球自轉的角速度為0，地球表面處的重力加速度為g.求： (1)該衛(wèi)星所在處的重力加速度g；,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,(2)該衛(wèi)星繞地球轉動的角速度.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,12.(2018江蘇省高考壓軸卷) “玉兔號”月球車在月球表面接觸的第一步實現了中國人“奔月”的偉大夢想.“玉兔號”在月球表面做了一個自由落體實驗，測得物體從靜止自由下落h高度的時間為t，已知月球半徑為R，自轉周期為T，引力常量為G.求： (1)月球表面重力加速度和月球的“第一宇宙速度”；,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,月球的“第一宇宙速度”為近月衛(wèi)星做勻速圓周運動的運行速度，,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,(2)月球質量；,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,(3)月球同步衛(wèi)星距離月球表面的高度.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,解析月球同步衛(wèi)星繞月球做勻速圓周運動，,