《高考物理一輪總復(fù)習(xí) 專題四 第4講 萬(wàn)有引力定律及其應(yīng)用課件 新人教版》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《高考物理一輪總復(fù)習(xí) 專題四 第4講 萬(wàn)有引力定律及其應(yīng)用課件 新人教版（48頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、第 4講 萬(wàn) 有 引 力 定 律 及 其 應(yīng) 用 T3一 、 開 普 勒 運(yùn) 動(dòng) 定 律1開普勒第一定律所有行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的軌道都是橢圓，太陽(yáng)處在橢圓的_上一個(gè)焦點(diǎn)2開普勒第二定律對(duì)任意一個(gè)行星來(lái)說(shuō)，它和太陽(yáng)的連線在相等的時(shí)間內(nèi)掃過(guò)相等的_面積3開普勒第三定律公轉(zhuǎn)周期所有行星的軌道的_的三次方跟它的_的二次方的比值都相等，表達(dá)式：_.a3k半長(zhǎng)軸 【 基 礎(chǔ) 檢 測(cè) 】1設(shè)有兩顆人造地球衛(wèi)星的質(zhì)量之比為 m1 m21 2，其運(yùn)行軌道半徑之比為 R1 R23 1，則兩顆衛(wèi)星運(yùn)行的周期之比為( )A4 1 B9 1答 案 ： D 二 、 萬(wàn) 有 引 力 定 律二次方1內(nèi)容：自然界中任何兩個(gè)物體都相

2、互吸引，引力的方向在它們的連線上，引力的大小跟物體的質(zhì)量 m1 和 m2 的_成正比，與它們之間距離 r 的_成反比3特殊情況兩球心間的距離質(zhì)點(diǎn)到球心間的距離(1)兩個(gè)質(zhì)量分布均勻的球體間的相互作用，也可用本定律來(lái)計(jì)算，其中 r 為_(2)一個(gè)質(zhì)量分布均勻的球體和球外一個(gè)質(zhì)點(diǎn)間的萬(wàn)有引力也適用，其中 r 為_乘積2公式：F_，其中G6.671011 Nm 2/kg2，叫引力常量 【 基 礎(chǔ) 檢 測(cè) 】2(2015 年 河 北 保 定 模 擬 )我國(guó)實(shí)施“嫦娥三號(hào)”的發(fā)射和落月任務(wù)，進(jìn)一步獲取月球的相關(guān)數(shù)據(jù)如果該衛(wèi)星在月球上空繞月做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)時(shí)間 t，衛(wèi)星行程為 s，衛(wèi)星與月球中心連線掃

3、過(guò)的角度是 1 弧度，萬(wàn)有引力常量為 G，根據(jù)以上數(shù)據(jù)估算月球的質(zhì)量是( )答 案 ： B 1第一宇宙速度(環(huán)繞速度)：v1_km /s，v1 是人造地球衛(wèi)星的最小_速度，也是人造地球衛(wèi)星繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)的_速度發(fā)射最大2第二宇宙速度(脫離速度)：v2_km /s，是使物體掙脫_引力束縛的最小發(fā)射速度地球3第三宇宙速度(逃逸速度)：v3_km /s，是使物體掙脫_引力束縛的最小發(fā)射速度太陽(yáng)三 、 三 種 宇 宙 速 度 7.911.216.7 【 基 礎(chǔ) 檢 測(cè) 】3(2015 年 廣 東 惠 州 二 調(diào) )某同學(xué)這樣來(lái)計(jì)算第一宇宙速與正確的值相差很大，這是由于他在近似處理中錯(cuò)誤地假設(shè)了( )

4、A衛(wèi)星的周期等于地球自轉(zhuǎn)的周期B衛(wèi)星的軌道是圓C衛(wèi)星的軌道半徑等于地球的半徑D衛(wèi)星的向心力等于它在地面上時(shí)所受的地球引力答 案 ： A 考 點(diǎn) 1 萬(wàn) 有 引 力 定 律 及 其 應(yīng) 用 重 點(diǎn) 歸 納1解決天體圓周運(yùn)動(dòng)問(wèn)題的兩條思路mg，有 GMgR2(黃金代換)(2)天體運(yùn)動(dòng)都可以近似地看成勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其向心力由萬(wàn)有引力提供，即 F 引F 向 一般有以下幾種表達(dá)形式： 2中心天體質(zhì)量和密度的計(jì)算 .GT2 典 例 剖 析例 1：天文學(xué)家新發(fā)現(xiàn)了太陽(yáng)系外的一顆行星這顆行星的體積是地球的 4.7 倍，質(zhì)量是地球的 25 倍已知某一近地衛(wèi)星繞地球運(yùn)動(dòng)的周期約為 1.4 小時(shí)，引力常量 G6.6

5、71011Nm 2/kg2，由此估算該行星的平均密度為( )思 維 點(diǎn) 撥 ：由題可知行星密度與地球密度的關(guān)系，求出地球的平均密度，就可得到該行星的平均密度根據(jù)近地衛(wèi)星繞地球運(yùn)動(dòng)的向心力由萬(wàn)有引力提供，可求出地球的密度為地球3A1.8103 kg/m 3 B5.6103 kg/m 3C1.1104 kg/m 3 D2.9104 kg/m 3 答 案 ： D 【 考 點(diǎn) 練 透 】1(2015 年 濱 海 五 校 聯(lián) 考 )若宇航員在月球表面附近自高 h處以初速度 v0 水平拋出一個(gè)小球，測(cè)出小球的水平射程為 L.已知月球半徑為 R，萬(wàn)有引力常量為 G.則下列說(shuō)法正確的是( ) 答 案 ： D

6、2(2015 年 浙 江 臺(tái) 州 模 擬 )如圖 4-4-1 所示是美國(guó)的“卡西尼”號(hào)探測(cè)器經(jīng)過(guò)長(zhǎng)達(dá) 7 年的“艱苦”旅行，進(jìn)入繞土星飛行的軌道若“卡西尼”號(hào)探測(cè)器在半徑為 R 的土星上空離土星表面高 h 的圓形軌道上繞土星飛行，環(huán)繞 n 周飛行時(shí)間為 t，已知萬(wàn)有引力常量為 G，則下列關(guān)于土星質(zhì)量 M 和平均密度的表達(dá)式正確的是( )圖 4-4-1 答 案 ： D 考 點(diǎn) 2 人 造 衛(wèi) 星1人造衛(wèi)星的動(dòng)力學(xué)特征 重 點(diǎn) 歸 納 2人造衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征 3衛(wèi)星的環(huán)繞速度和發(fā)射速度發(fā)射速度是指被發(fā)射物在地面附近離開發(fā)射裝置時(shí)的初速度，環(huán)繞速度是指衛(wèi)星進(jìn)入運(yùn)行軌道繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)的線速度發(fā)射速

7、度一定大于環(huán)繞速度近地衛(wèi)星的環(huán)繞速度是等于第一宇宙速度，即最大環(huán)繞速度，也是最小的發(fā)射速度4同步衛(wèi)星的四個(gè)“一定”(1)軌道平面一定，與赤道共面(2)周期(角速度)一定，與地球自轉(zhuǎn)的周期(角速度)相同(3)到地面的高度一定(4)線速度的大小一定 【 考 點(diǎn) 練 透 】3(多 選 ， 2015 年 廣 東 廣 州 海 珠 區(qū) 檢 測(cè) )如圖 4-4-2 所示，A、B、C 是在地球大氣層外圓形軌道上運(yùn)動(dòng)的 3 顆衛(wèi)星，已知mAmBmC，下列說(shuō)法正確的是( )圖 4-4-2答 案 ： ABA角速度大小的關(guān)系是ABC B周期關(guān)系是T AFCD向心加速度大小的關(guān)系是aAaBaC 考 點(diǎn) 3 衛(wèi) 星 的

8、在 軌 運(yùn) 行 和 變 軌 問(wèn) 題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(guò)南北兩極，即在垂直于赤道的平面內(nèi)如衛(wèi)星定位系統(tǒng)中的衛(wèi)星軌道(3)其他軌道：除以上兩種軌道外的衛(wèi)星軌道 重 點(diǎn) 歸 納 2衛(wèi)星的穩(wěn)定運(yùn)行與變軌運(yùn)行分析(1)圓軌道上的穩(wěn)定運(yùn)行 (2)變軌運(yùn)行分析：當(dāng)衛(wèi)星的速度 v 增大時(shí)，所需向心力 m v2 r增大，萬(wàn)有引力不足以提供向心力，衛(wèi)星將脫離原來(lái)的圓軌道做離心運(yùn)動(dòng)，軌道半徑變大，但衛(wèi)星一旦進(jìn)入新的軌道運(yùn)行，由 v知其運(yùn)行速度要減小，但重力勢(shì)能、機(jī)械能均增加而動(dòng)能減小GMr 當(dāng)衛(wèi)星的速度 v 減小時(shí)，向心力 m v2r減

9、小，即萬(wàn)有引力大于衛(wèi)星所需的向心力，衛(wèi)星將脫離原來(lái)的圓軌道做向心運(yùn)動(dòng)，軌道半徑變小，進(jìn)入新軌道運(yùn)行時(shí)由 v知運(yùn)行速度將增大，但重力勢(shì)能、機(jī)械能均減少而動(dòng)能增加GMr 典 例 剖 析例 2： (多 選 )我國(guó)發(fā)射的“嫦娥二號(hào)”探月衛(wèi)星簡(jiǎn)化后的路線示意圖如圖 4-4-3 所示，衛(wèi)星由地面發(fā)射后經(jīng)過(guò)發(fā)射軌道進(jìn)入停泊軌道，然后在停泊軌道經(jīng)過(guò)調(diào)速后進(jìn)入地月轉(zhuǎn)移軌道，經(jīng)過(guò)幾次制動(dòng)后進(jìn)入工作軌道，衛(wèi)星開始對(duì)月球進(jìn)行探測(cè)已知地球與月球的質(zhì)量之比為 a，衛(wèi)星的停泊軌道與工作軌道的半徑之比為 b，衛(wèi)星在停泊軌道和工作軌道上均可視為做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，則衛(wèi)星( ) 圖 4-4-3A在停泊軌道和工作軌道運(yùn)行的速度之比為B

10、在停泊軌道和工作軌道運(yùn)行的周期之比為C在停泊軌道運(yùn)行的速度大于地球的第一宇宙速度D從停泊軌道進(jìn)入地月轉(zhuǎn)移軌道時(shí)，衛(wèi)星必須加速baab 思 維 點(diǎn) 撥 ：由萬(wàn)有引力提供向心力可以判斷不同軌道的速度、周期之間的關(guān)系衛(wèi)星軌道變大時(shí)，周期變大，速度(動(dòng)能)減小，但機(jī)械能增大，即需要加速C 錯(cuò) 誤 ； 要 使 衛(wèi) 星 從 停 泊 軌 道 進(jìn) 入 地 月 轉(zhuǎn) 移 軌 道 ， 必 須 使 衛(wèi) 星做 離 心 運(yùn) 動(dòng) ， 即 應(yīng) 增 加 衛(wèi) 星 的 速 度 ， 選 項(xiàng) D 正 確 答 案 ： D 備 考 策 略 ：衛(wèi)星的速度增大，應(yīng)做離心運(yùn)動(dòng)，要克服萬(wàn)有引力做負(fù)功，其動(dòng)能要減小，速度也減小，所以穩(wěn)定后速度減小與

11、衛(wèi)星原來(lái)速度增大并不矛盾，這正是能量守恒定律的具體體現(xiàn) 【 考 點(diǎn) 練 透 】4(2015 年 貴 州 一 模 )2013 年 12 月 15 日 4 時(shí) 35 分，嫦娥三號(hào)著陸器與巡視器分離，“玉兔號(hào)”巡視器順利駛抵月球表面如圖 4-4-4 所示是嫦娥三號(hào)探測(cè)器攜“玉兔號(hào)”奔月過(guò)程中某階段運(yùn)動(dòng)示意圖，關(guān)閉動(dòng)力的嫦娥三號(hào)探測(cè)器在月球引力作用下向月球靠近，并沿橢圓軌道在 P 處變軌進(jìn)入圓軌道，已知探測(cè)器繞月做圓周運(yùn)動(dòng)軌道半徑為 r，周期為 T，引力常量為G，下列說(shuō)法中正確的是( ) 圖 4-4-4A圖中嫦娥三號(hào)探測(cè)器在 P 處由橢圓軌道進(jìn)入圓軌道前后機(jī)械能守恒B嫦娥三號(hào)攜“玉兔號(hào)”繞月球做圓周運(yùn)

12、動(dòng)的過(guò)程中，“玉兔號(hào)”所受重力為零C嫦娥三號(hào)經(jīng)橢圓軌道到 P 點(diǎn)時(shí)和經(jīng)圓形軌道到 P 點(diǎn)時(shí)的加速度不等D由題中所給條件，不可以求出月球的平均密度 解 析 ： 在 P 點(diǎn) 變 軌 前 后 嫦 娥 三 號(hào) 都 只 有 引 力 做 功 ， 機(jī) 械 能均 守 恒 ， 但 在 變 軌 時(shí) 速 度 減 小 ， 機(jī) 械 能 減 小 ， 故 A 錯(cuò) 誤 ； 嫦 娥三 號(hào) 攜“玉 兔 號(hào)”繞 月 球 做 圓 周 運(yùn) 動(dòng) 的 過(guò) 程 中 ，“玉 兔 號(hào)”所度 ， 故 D 正 確 故 選 D.答 案 ： D 5(多 選 ， 2015 年 河 北 唐 山 模 擬 )如圖 4-4-5 所示，地球衛(wèi)星 a、b 分別在橢圓

13、軌道、圓形軌道上運(yùn)行，橢圓軌道在遠(yuǎn)地點(diǎn)A 處與圓形軌道相切，則( )圖 4-4-5A衛(wèi)星 a 的運(yùn)行周期比衛(wèi)星 b 的運(yùn)行周期短B兩顆衛(wèi)星分別經(jīng)過(guò) A 點(diǎn)處時(shí)，a 的速度大于 b 的速度C兩顆衛(wèi)星分別經(jīng)過(guò) A 點(diǎn)處時(shí)，a 的加速度小于 b 的加速度D衛(wèi)星 a 在 A 點(diǎn)處通過(guò)加速可以到圓形軌道上運(yùn)行 解 析 ： 由 于 衛(wèi) 星 a 的 運(yùn) 行 軌 道 的 半 長(zhǎng) 軸 比 衛(wèi) 星 b 的 運(yùn) 行 軌道 半 徑 短 ， 根 據(jù) 開 普 勒 定 律 ， 衛(wèi) 星 a 的 運(yùn) 行 周 期 比 衛(wèi) 星 b 的 運(yùn)行 周 期 短 ， 選 項(xiàng) A 正 確 兩 顆 衛(wèi) 星 分 別 經(jīng) 過(guò) A 點(diǎn) 處 時(shí) ， a

14、 的 速度 小 于 b 的 速 度 ， 選 項(xiàng) B 錯(cuò) 誤 兩 顆 衛(wèi) 星 分 別 經(jīng) 過(guò) A 點(diǎn) 處 時(shí) ，a 的 加 速 度 等 于 b 的 加 速 度 ， 選 項(xiàng) C 錯(cuò) 誤 衛(wèi) 星 a 在 A 點(diǎn) 處 通過(guò) 加 速 可 以 到 圓 形 軌 道 上 運(yùn) 行 ， 選 項(xiàng) D 正 確 答 案 ： AD 模 型 雙 星 、 三 星 模 型1雙星模型圖 4-4-6在天體模型中，將兩顆彼此距離較近的恒星稱為雙星，如圖 4-4-6 所示 (1)兩星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力大小相等，都等于兩者之間的萬(wàn)有引力(2)雙星具有相同的角速度和周期(3)雙星圓周運(yùn)動(dòng)的半徑之和等于雙星間距2三星模型(1)三星在萬(wàn)有

15、引力作用下繞某中心做勻速圓周運(yùn)動(dòng)(2)每顆星的向心力均由另兩顆星對(duì)它的萬(wàn)有引力的合力提供(3)三星具有相同的周期和角速度 例 3：宇宙中兩顆相距較近的天體稱為“雙星”，它們做勻速圓周運(yùn)動(dòng)而不會(huì)因萬(wàn)有引力的作用吸引到一起(1)試證明它們的軌道半徑之比、線速度之比都等于質(zhì)量的反比(2)設(shè)兩者的質(zhì)量分別為 m1 和 m2，兩者相距 L，試寫出它們角速度的表達(dá)式 審 題 突 破 ：兩顆天體繞球心連線上同一點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的角速度一定相同，它們做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由它們之間的萬(wàn)有引力提供解 ： (1)證 明 ： 設(shè) 兩 者 的 圓 心 為 O 點(diǎn) ， 軌 道 半 徑 分 別 為 R1m12R1 圖 4

16、-4-7 題 外 拓 展 ：分析多星問(wèn)題時(shí)，除滿足各星的角速度相等以外，還要注意分析各星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力大小和軌道半徑 【 觸 類 旁 通 】1美國(guó)宇航局利用開普勒太空望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了一個(gè)新的雙星系統(tǒng)，命名為“開普勒-47”，該系統(tǒng)位于天鵝座內(nèi)，距離地球大約 5000 光年這一新的系統(tǒng)有一對(duì)互相圍繞運(yùn)行的恒星，運(yùn)行周期為 T，其中一顆大恒星的質(zhì)量為 M，另一顆小恒星質(zhì)量只有大恒星質(zhì)量的三分之一已知引力常量為 G，則下列判斷正確的是( )A兩顆恒星的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑之比為 1 1B兩顆恒星的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑之比為 1 2C兩顆恒星相距D兩顆恒星相距23 23GMT23 24GMT 答 案 ： C 2宇宙中存在

17、一些質(zhì)量相等且離其他恒星較遠(yuǎn)的四顆星組成的四星系統(tǒng)，通?？珊雎云渌求w對(duì)它們的引力作用設(shè)四星系統(tǒng)中每個(gè)星體的質(zhì)量均為 m，半徑均為 R，四顆星穩(wěn)定分布在邊長(zhǎng)為 a 的正方形的四個(gè)頂點(diǎn)上已知引力常量為 G.關(guān)于A四顆星圍繞正方形對(duì)角線的交點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)B四顆星的軌道半徑均為a2 答 案 ： B 例 4：已知地球赤道上的物體隨地球自轉(zhuǎn)的線速度大小為v1、向心加速度大小為 a1，近地衛(wèi)星線速度大小為 v2、向心加速度大小為 a2，地球同步衛(wèi)星線速度大小為 v3、向心加速度大小為 a3.設(shè)近地衛(wèi)星距地面高度不計(jì)，同步衛(wèi)星距地面高度約為地球半徑的 6 倍則以下結(jié)論正確的是( ) 易 錯(cuò) 點(diǎn) 自 轉(zhuǎn) 和

18、 公 轉(zhuǎn) 區(qū) 別 不 清 解 析 ： 地 球 赤 道 上 的 物 體 與 地 球 同 步 衛(wèi) 星 是 相 對(duì) 靜 止 的 ，有 相 同 的 角 速 度 和 周 期 ， 比 較 速 度 用 v r， 比 較 加 速 度 用 a 2r， 同 步 衛(wèi) 星 距 地 心 距 離 約 為 地 球 半 徑 的 7 倍 ， 則 C 正 確 ；近 地 衛(wèi) 星 與 地 球 同 步 衛(wèi) 星 都 是 衛(wèi) 星 ， 都 繞 地 球 做 圓 周 運(yùn) 動(dòng) ， 向答 案 ： C 指 點(diǎn) 迷 津 ：赤道上的物體隨地球自轉(zhuǎn)而做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，由萬(wàn)有引力和地面支持力的合力充當(dāng)向心力(或者說(shuō)由萬(wàn)有引力的分力充當(dāng)向心力)，它的運(yùn)動(dòng)規(guī)律不同于衛(wèi)星，但它的周期、角速度與地球同步衛(wèi)星相等 【 觸 類 旁 通 】3一物體靜置在平均密度為的球形天體表面的赤道上已知萬(wàn)有引力常量為 G，若由于天體自轉(zhuǎn)使物體對(duì)天體表面壓力恰好為零，則天體自轉(zhuǎn)周期為( ) 解 析 ： 赤 道 表 面 的 物 體 對(duì) 天 體 表 面 的 壓 力 為 零 ， 說(shuō) 明 天 體對(duì) 物 體 的 萬(wàn) 有 引 力 恰 好 等 于 物 體 隨 天 體 轉(zhuǎn) 動(dòng) 所 需 要 的 向 心 力 ，答 案 ： D