《萬有引力與航天》PPT課件.ppt

第3講萬有引力與航天,(單選)太陽系中的8大行星的軌道均可以近似看成圓軌道下列4幅圖是用來描述這些行星運(yùn)動(dòng)所遵從的某一規(guī)律的圖象圖中坐標(biāo)系的橫軸是lg(T/T0)，縱軸是lg(R/R0)；這里T和R分別是行星繞太陽運(yùn)行的周期和相應(yīng)的圓軌道半徑，T0和R0分別是水星繞太陽運(yùn)行的周期和相應(yīng)的圓軌道半徑下列4幅圖中正確的是(),開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律(考綱要求),【思維驅(qū)動(dòng)】,答案B,【知識(shí)存盤】,行星,橢圓,橢圓,焦點(diǎn),相等的時(shí)間,相等的面積,無關(guān),行星,半長(zhǎng)軸,公轉(zhuǎn)周期,相等,A公式只適用于星球之間的引力計(jì)算，不適用于質(zhì)量較小的物體B當(dāng)兩物體間的距離趨近于0時(shí)，萬有引力趨近于無窮大C兩物體間的萬有引力也符合牛頓第三定律D公式中引力常量G的值是牛頓規(guī)定的,萬有引力定律及其應(yīng)用(考綱要求),【思維驅(qū)動(dòng)】,答案C,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的乘積_，與它們之間距離r的平方_2表達(dá)式：F_，G為引力常量：G6.671011Nm2/kg2.,【知識(shí)存盤】,成正比,成反比,(1)公式適用于_間的相互作用當(dāng)兩個(gè)物體間的距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于物體本身的大小時(shí)，物體可視為質(zhì)點(diǎn)(2)質(zhì)量分布均勻的球體可視為質(zhì)點(diǎn)，r是_的距離,3適用條件,質(zhì)點(diǎn),兩球心間,(單選)關(guān)于地球的第一宇宙速度，下列表述正確的是()A第一宇宙速度又叫脫離速度B第一宇宙速度又叫環(huán)繞速度C第一宇宙速度跟地球的質(zhì)量無關(guān)D第一宇宙速度跟地球的半徑無關(guān)解析由于對(duì)第一宇宙速度與環(huán)繞速度兩個(gè)概念識(shí)記不準(zhǔn)，造成誤解，其實(shí)第一宇宙速度是指最大的環(huán)繞速度答案B,第一宇宙速度(考綱要求),【思維驅(qū)動(dòng)】,v_km/s.2第一宇宙速度是人造地球衛(wèi)星在_環(huán)繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)具有的速度3第一宇宙速度是人造衛(wèi)星的_速度，也是人造地球衛(wèi)星的_速度,【知識(shí)存盤】,地面附近,最大環(huán)繞,最小發(fā)射,7.9,(多選)如圖531所示是牛頓研究拋體運(yùn)動(dòng)時(shí)繪制的一幅草圖，以不同速度拋出的物體分別沿a、b、c、d軌跡運(yùn)動(dòng)，其中a是一段曲線，b是貼近地球表面的圓，c是橢圓，d是雙曲線的一部分已知引力常量為G、地球質(zhì)量為M、半徑為R、地球附近的重力加速度為g.以下說法中正確的是(),第二宇宙速度和第三宇宙速度(考綱要求),【思維驅(qū)動(dòng)】,圖531,答案AB,1第二宇宙速度(脫離速度)：v2_km/s，使物體掙脫_引力束縛的最小發(fā)射速度2第三宇宙速度(逃逸速度)：v3_km/s，使物體掙脫_引力束縛的最小發(fā)射速度特別提醒(1)兩種周期自轉(zhuǎn)周期和公轉(zhuǎn)周期的不同(2)兩種速度環(huán)繞速度與發(fā)射速度的不同，最大的環(huán)繞速度等于最小的發(fā)射速度(3)兩個(gè)半徑天體半徑R和衛(wèi)星軌道半徑r不同,【知識(shí)存盤】,11.2,地球,16.7,太陽,1衛(wèi)星的線速度、角速度、周期與軌道半徑的關(guān)系做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星所受萬有引力完全提供所需向心力，即F引F向,【典例1】(單選)(2012課標(biāo)全國(guó)卷，21)假設(shè)地球是一半徑為R、質(zhì)量分布均勻的球體一礦井深度為d.已知質(zhì)量分布均勻的球殼對(duì)殼內(nèi)物體的引力為零礦井底部和地面處的重力加速度大小之比為(),考點(diǎn)一萬有引力定律的應(yīng)用,答案A,【變式跟蹤1】(多選)美國(guó)航空航天局發(fā)射的“月球勘測(cè)軌道器”LRO，LRO每天在50km的高度穿越月球兩極上空10次若以T表示LRO在離月球表面高度h處的軌道上做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期，以R表示月球的半徑，則(),答案BD,以題說法,A運(yùn)行速度大于第一宇宙速度，小于第二宇宙速度B離地面的高度一定，相對(duì)地面保持靜止C繞地球運(yùn)行的周期比月球繞地球運(yùn)行的周期大D向心加速度與靜止在赤道上物體的向心加速度大小相等,考點(diǎn)二對(duì)宇宙速度的理解及計(jì)算,【典例2】(單選)我國(guó)在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心，將巴基斯坦通信衛(wèi)星1R(Paksat1R)成功送入地球同步軌道，發(fā)射任務(wù)獲得圓滿成功關(guān)于成功定點(diǎn)后的“1R”衛(wèi)星，下列說法正確的是(),解析人造地球衛(wèi)星(包括地球同步衛(wèi)星)的發(fā)射速度大于第一宇宙速度，小于第二宇宙速度，而其運(yùn)行速度小于第一宇宙速度，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；地球同步衛(wèi)星在赤道上空相對(duì)地面靜止，并且距地面的高度一定，大約是3.6104km，選項(xiàng)B正確；地球同步衛(wèi)星繞地球運(yùn)動(dòng)的周期與地球自轉(zhuǎn)周期相同，即T24h，而月球繞地球運(yùn)行的周期大約是27天，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；地球同步衛(wèi)星與靜止在赤道上物體的運(yùn)行周期相同，角速度也相同，根據(jù)公式a2r可知，運(yùn)行半徑大的向心加速度大，所以地球同步衛(wèi)星的向心加速度大于靜止在赤道上物體的向心加速度，選項(xiàng)D錯(cuò)誤答案B,【變式跟蹤2】(單選)(2013西安名校聯(lián)考)“靜止”在赤道上空的地球同步氣象衛(wèi)星把廣闊視野內(nèi)的氣象數(shù)據(jù)發(fā)回地面，為天氣預(yù)報(bào)提供準(zhǔn)確、全面和及時(shí)的氣象資料設(shè)地球同步衛(wèi)星的軌道半徑是地球半徑的n倍，下列說法中正確的是(),答案C,1第一宇宙速度三種不同的說法(1)最小的發(fā)射速度(2)最大的環(huán)繞速度(3)近地衛(wèi)星的線速度2第一宇宙速度的計(jì)算方法,借題發(fā)揮,3衛(wèi)星的可能軌道(如圖532所示)衛(wèi)星的軌道平面一定過地球的地心,圖532,【典例3】(多選)2011年8月，“嫦娥二號(hào)”成功進(jìn)入了環(huán)繞“日地拉格朗日點(diǎn)”的軌道，我國(guó)成為世界上第三個(gè)造訪該點(diǎn)的國(guó)家如圖533所示，該拉格朗日點(diǎn)位于太陽和地球連線的延長(zhǎng)線上，一飛行器處于該點(diǎn)，在幾乎不消耗燃料的情況下與地球同步繞太陽做圓周運(yùn)動(dòng)，則此飛行器的(),考點(diǎn)三天體運(yùn)動(dòng)中的基本參量的求解及比較,圖533,A線速度大于地球的線速度B向心加速度大于地球的向心加速度C向心力僅由太陽的引力提供D向心力僅由地球的引力提供解析飛行器與地球同步繞太陽做圓周運(yùn)動(dòng)，所以飛地，由圓周運(yùn)動(dòng)線速度和角速度的關(guān)系vr得v飛v地，選項(xiàng)A正確；由公式ar2知，a飛a地，選項(xiàng)B正確；飛行器受到太陽和地球的萬有引力，方向均指向圓心，其合力提供向心力，故C、D選項(xiàng)錯(cuò)答案AB,【變式跟蹤3】(單選)2012年6月24日，“神舟九號(hào)”飛船與“天宮一號(hào)”飛行器成功手動(dòng)對(duì)接，“神舟九號(hào)”與“天宮一號(hào)”對(duì)接前按如圖534所示的軌道示意圖運(yùn)行，下列說法中正確的是(),圖534,A“神舟九號(hào)”的加速度比“天宮一號(hào)”小B“神舟九號(hào)”運(yùn)行的速率比“天宮一號(hào)”小C“神舟九號(hào)”運(yùn)行的周期比“天宮一號(hào)”長(zhǎng)D“神舟九號(hào)”運(yùn)行的角速度比“天宮一號(hào)”大,答案D,(1)一個(gè)模型天體(包括衛(wèi)星)的運(yùn)動(dòng)可簡(jiǎn)化為質(zhì)點(diǎn)的勻速圓周運(yùn)動(dòng)模型(2)兩組公式,借題發(fā)揮,1利用萬有引力定律解決天體運(yùn)動(dòng)的一般思路,向心加速度a、線速度v、角速度、周期T、軌道半徑r之間的關(guān)系：(1)定量關(guān)系：,(2)定性關(guān)系：軌道半徑r大，向心加速度a小、線速度v小、角速度小、周期T大，即高軌道a、v、小，T大,2描述天體運(yùn)動(dòng)的五大物理量之間的關(guān)系,【典例4】(單選)(2012福建卷，16)一衛(wèi)星繞某一行星表面附近做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其線速度大小為v.假設(shè)宇航員在該行星表面上用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)量一質(zhì)量為m的物體重力，物體靜止時(shí)，彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為N.已知引力常量為G，則這顆行星的質(zhì)量為(),考點(diǎn)四有關(guān)萬有引力相關(guān)參量的估算問題,答案B,A3.3103m/sB7.9103m/sC1.2104m/sD1.9104m/s,【變式跟蹤4】(單選)美國(guó)宇航局2011年12月5日宣布，他們發(fā)現(xiàn)了太陽系外第一顆類似地球的、能適合居住的行星“開普勒226”，其直徑約為地球的2.4倍至今其確切質(zhì)量和表面成分仍不清楚，假設(shè)該行星的密度和地球相當(dāng)，根據(jù)以上信息，估算該行星的第一宇宙速度等于(),答案D,借題發(fā)揮,(1)天體質(zhì)量估算中常有隱含條件，如地球的自轉(zhuǎn)周期為24h，公轉(zhuǎn)周期為365天等(2)注意黃金代換式GMgR2的應(yīng)用,2估算天體問題應(yīng)注意三點(diǎn),疑難突破3衛(wèi)星的運(yùn)行問題,(多選)航天飛機(jī)在完成對(duì)哈勃空間望遠(yuǎn)鏡的維修任務(wù)后，在A點(diǎn)從圓形軌道進(jìn)入橢圓軌道，B為軌道上的與地球相切的一點(diǎn)，如圖535所示關(guān)于航天飛機(jī)的運(yùn)動(dòng)，下列說法中正確的有(),圖535,典例1,A在軌道上經(jīng)過A的速度小于經(jīng)過B的速度B在軌道上經(jīng)過A的動(dòng)能小于在軌道上經(jīng)過A的動(dòng)能C在軌道上運(yùn)動(dòng)的周期小于在軌道上運(yùn)動(dòng)的周期D在軌道上經(jīng)過A的加速度小于在軌道上經(jīng)過A的加速度,答案ABC,難點(diǎn)2近地衛(wèi)星、赤道上物體及同步衛(wèi)星的運(yùn)行問題近地衛(wèi)星、同步衛(wèi)星和赤道上隨地球自轉(zhuǎn)的物體三種勻速圓周運(yùn)動(dòng)的異同：1軌道半徑：r同r近r物2運(yùn)行周期：T同T物T近3向心加速度：a近a同a物,(多選)(2013泰州模擬)如圖536所示，a為地球赤道上的物體，b為沿地球表面附近做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的人造衛(wèi)星，c為地球同步衛(wèi)星關(guān)于a、b、c做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的說法中正確的是(),圖536,典例2,A地球?qū)、c兩星的萬有引力提供了向心力，因此只有a受重力，b、c兩星不受重力B周期關(guān)系為TaTcTbC線速度的大小關(guān)系為vaabac,答案BC,難點(diǎn)3雙星模型雙星系統(tǒng)的特點(diǎn)1兩星都繞它們連線上的一點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，故12，T1T2,3r1r2L如右欄典例3.,(單選)(2012重慶卷，18)冥王星與其附近的另一星體卡戎可視為雙星系統(tǒng)，質(zhì)量比約為71，同時(shí)繞它們連線上某點(diǎn)O做勻速圓周運(yùn)動(dòng)由此可知，冥王星繞O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的(),典例3,答案A,一、天體運(yùn)動(dòng)中基本參量的求解及比較1(單選)(2012南京調(diào)研)據(jù)報(bào)道，“嫦娥一號(hào)”和“嫦娥二號(hào)”繞月飛行器的圓形軌道距月球表面分別約為200km和100km，運(yùn)動(dòng)速率分別為v1和v2，那么v1和v2的比值為(月球半徑取1700km)(),答案A,A“天宮一號(hào)”比“神舟八號(hào)”速度大B“天宮一號(hào)”比“神舟八號(hào)”周期長(zhǎng)C“天宮一號(hào)”比“神舟八號(hào)”角速度大D“天宮一號(hào)”比“神舟八號(hào)”加速度大,2(單選)(2012安徽卷，14)我國(guó)發(fā)射的“天宮一號(hào)”和“神舟八號(hào)”在對(duì)接前，“天宮一號(hào)”的運(yùn)行軌道高度為350km，“神舟八號(hào)”的運(yùn)行軌道高度為343km.它們的運(yùn)行軌道均視為圓周，則(),答案B,3(多選)(2012廣東卷，21)如圖537所示，飛船從軌道1變軌至軌道2.若飛船在兩軌道上都做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，不考慮質(zhì)量變化，相對(duì)于在軌道1上，飛船在軌道2上的()A動(dòng)能大B向心加速度大C運(yùn)行周期長(zhǎng)D角速度小,圖537,答案CD,二、對(duì)宇宙速度的理解4(多選)2011年中俄聯(lián)合實(shí)施探測(cè)火星計(jì)劃，由中國(guó)負(fù)責(zé)研制的“螢火一號(hào)”火星探測(cè)器將與俄羅斯研制的“福布斯土壤”火星探測(cè)器一起由俄羅斯“天頂”運(yùn)載火箭發(fā)射前往火星已知火星的質(zhì)量約為地球質(zhì)量的1/9，火星的半徑約為地球半徑的1/2.下列關(guān)于火星探測(cè)器的說法中正確的是()A發(fā)射速度只要大于第一宇宙速度即可B發(fā)射速度只有達(dá)到第三宇宙速度才可以C發(fā)射速度應(yīng)大于第二宇宙速度、小于第三宇宙速度,答案CD,三、雙星及衛(wèi)星的變軌問題5(單選)經(jīng)長(zhǎng)期觀測(cè)，人們?cè)谟钪嬷幸呀?jīng)發(fā)現(xiàn)了“雙星系統(tǒng)”，“雙星系統(tǒng)”由兩顆相距較近的恒星組成，每個(gè)恒星的線度遠(yuǎn)小于兩個(gè)星體之間的距離，而且“雙星系統(tǒng)”一般遠(yuǎn)離其他天體如圖538所示，兩顆星球組成的雙星，在相互之間的,圖538,萬有引力作用下，繞連線上的O點(diǎn)做周期相同的勻速圓周運(yùn)動(dòng)現(xiàn)測(cè)得兩顆星之間的距離為L(zhǎng)，質(zhì)量之比為m1m232.則可知(),答案C,6(單選)我國(guó)在西昌成功發(fā)射第八顆北