萬有引力與航天二PPT課件

1、年級學(xué)科：高三物理教材章節(jié)：二輪復(fù)習主講教師：張婷任教學(xué)校：城郊中學(xué)大荔縣教學(xué)研究室 監(jiān)制2020年2月1 返回導(dǎo)返回導(dǎo)航航 下一頁下一頁上一頁上一頁命題研究命題研究 天體運動規(guī)律及萬有引力定律的應(yīng)用是高考每年必考內(nèi)容天體運動規(guī)律及萬有引力定律的應(yīng)用是高考每年必考內(nèi)容，考查方向很廣泛考查方向很廣泛，從從天體質(zhì)量或密度的計算、行星運動規(guī)律的分析天體質(zhì)量或密度的計算、行星運動規(guī)律的分析，到同步衛(wèi)星、雙星、宇宙速度的求解、到同步衛(wèi)星、雙星、宇宙速度的求解、變軌問題等均在考查范圍之內(nèi)；在備考中要注重復(fù)習解答天體運動的兩條思路、開普變軌問題等均在考查范圍之內(nèi)；在備考中要注重復(fù)習解答天體運動的兩條思路、開

2、普勒定律等核心知識點勒定律等核心知識點，并關(guān)注一些天體學(xué)中的前沿知識點并關(guān)注一些天體學(xué)中的前沿知識點，近幾年中國及世界空間技近幾年中國及世界空間技術(shù)和宇宙探索為背景的題目備受青睞術(shù)和宇宙探索為背景的題目備受青睞，會形成新情景的物理題會形成新情景的物理題。 2 返回導(dǎo)航返回導(dǎo)航 下一頁下一頁上一頁上一頁 衛(wèi)星變軌與對接問題衛(wèi)星變軌與對接問題 【高分快攻】【高分快攻】 人造衛(wèi)星變軌過程中各物理量的分析比較人造衛(wèi)星變軌過程中各物理量的分析比較 人造衛(wèi)星的發(fā)射過程要經(jīng)過多次變軌人造衛(wèi)星的發(fā)射過程要經(jīng)過多次變軌，過程簡圖如圖所示過程簡圖如圖所示 3 返回導(dǎo)航返回導(dǎo)航 下一頁下一頁上一頁上一頁1變軌原理：

3、變軌原理：衛(wèi)星繞中心天體穩(wěn)定運動時衛(wèi)星繞中心天體穩(wěn)定運動時，萬有引力提供衛(wèi)星做勻速圓周運動的向心萬有引力提供衛(wèi)星做勻速圓周運動的向心力力，有有 GMmr2mv2r.當由于某種原因衛(wèi)星速度當由于某種原因衛(wèi)星速度 v 突然增大時突然增大時，有有 GMmr2mv2r，衛(wèi)星將偏衛(wèi)星將偏離圓軌道做離心運動；當離圓軌道做離心運動；當 v 突然減小時突然減小時，有有 GMmr2mv2r，衛(wèi)星將做向心運動衛(wèi)星將做向心運動 4 返回導(dǎo)航返回導(dǎo)航 下一頁下一頁上一頁上一頁3各物理量的比較各物理量的比較 (1)在分析衛(wèi)星運行的加速度時在分析衛(wèi)星運行的加速度時，只要衛(wèi)星與中心天體的距離不變只要衛(wèi)星與中心天體的距離不變

4、，其加速度大小其加速度大小(由萬由萬有引力提供有引力提供)就一定與軌道形狀無關(guān)就一定與軌道形狀無關(guān)，圖中圖中 aaB，aAa. (2)兩個不同軌道的兩個不同軌道的“切點切點”處線速度處線速度 v 不相等圖中不相等圖中 vvB，vAv. (3)兩個不同圓軌道上線速度兩個不同圓軌道上線速度 v 大小不相等軌道半徑越大大小不相等軌道半徑越大，v 越小越小，圖中圖中 vv. 切點處切點處a相等相等近心和離心運動近心和離心運動定軌道的環(huán)繞：定軌道的環(huán)繞：當當R越大，只有越大，只有T變大，變大，a、v、均減小均減小5 返回導(dǎo)航返回導(dǎo)航 下一頁下一頁上一頁上一頁(4)(4)同一個橢圓軌道上近地點和遠地點線速

5、度同一個橢圓軌道上近地點和遠地點線速度 v 大小不相等從遠地點到近地點萬有引力大小不相等從遠地點到近地點萬有引力對衛(wèi)星做正功對衛(wèi)星做正功，動能增大動能增大(引力勢能減小引力勢能減小)圖中圖中 vAvB，EkAEkB，EpAEpB. (5) 衛(wèi)星在不同軌道上的機械能衛(wèi)星在不同軌道上的機械能 E 不相等不相等， “高軌高能高軌高能，低軌低能低軌低能”衛(wèi)星變軌過程中機衛(wèi)星變軌過程中機械能不守恒圖中械能不守恒圖中 EEE. (6) 不同軌道上運行周期不同軌道上運行周期T T不相等根據(jù)開普勒行星運動第三定律不相等根據(jù)開普勒行星運動第三定律k k，內(nèi)側(cè)軌道的運行，內(nèi)側(cè)軌道的運行周期小于外側(cè)軌道的運行周期圖

6、中周期小于外側(cè)軌道的運行周期圖中T TT TT T. . 機械能守恒機械能守恒6 返回導(dǎo)航返回導(dǎo)航 下一頁下一頁上一頁上一頁【典題例析】【典題例析】 (多選多選)(2017高考全國卷高考全國卷)如圖如圖，海王星繞太陽沿橢圓軌道運動海王星繞太陽沿橢圓軌道運動，P 為近日點為近日點，Q 為遠日點為遠日點，M、N 為軌道短軸的兩個端點為軌道短軸的兩個端點，運行的周期為運行的周期為 T0.若只考慮海王星和太陽若只考慮海王星和太陽之間的相互作用之間的相互作用，則海王星在從則海王星在從 P 經(jīng)經(jīng) M、Q 到到 N 的運動過程中的運動過程中( ) A從從 P 到到 M 所用的時間等于所用的時間等于T04 B

7、從從 Q 到到 N 階段階段，機械能逐漸變大機械能逐漸變大 C從從 P 到到 Q 階段階段，速率逐漸變小速率逐漸變小 D從從 M 到到 N 階段階段，萬有引力對它先做負功后做正功萬有引力對它先做負功后做正功 開普勒第二定律開普勒第二定律CD(4)(4)同一個橢圓軌道上近地點和遠地點線速度同一個橢圓軌道上近地點和遠地點線速度v大大小不相等從遠地點到近地點萬有引力對衛(wèi)星做小不相等從遠地點到近地點萬有引力對衛(wèi)星做正功，動能增大正功，動能增大(引力勢能減小引力勢能減小)圖中圖中vAvB，EkAEkB，EpAEpB.7 返回導(dǎo)航返回導(dǎo)航 下一頁下一頁上一頁上一頁 (多選多選)在發(fā)射一顆質(zhì)量為在發(fā)射一顆質(zhì)

8、量為 m 的地球同步衛(wèi)星時的地球同步衛(wèi)星時， 先將其發(fā)射到貼近地球表先將其發(fā)射到貼近地球表面的圓軌道面的圓軌道上上(離地面高度忽略不計離地面高度忽略不計)，再通過一橢圓軌道再通過一橢圓軌道變軌后到達距地面高為變軌后到達距地面高為 h的預(yù)定圓軌道的預(yù)定圓軌道上已知衛(wèi)星在圓形軌道上已知衛(wèi)星在圓形軌道上運行的加速度為上運行的加速度為 g，地球半徑為地球半徑為 R，衛(wèi)星衛(wèi)星在變軌過程中質(zhì)量不變在變軌過程中質(zhì)量不變，則則( ) 在軌道在軌道上有上有 GMmR2mg 在軌道在軌道上有上有 GMm（Rh）2ma 8 返回導(dǎo)航返回導(dǎo)航 下一頁下一頁上一頁上一頁av2Rh，所以所以 vgR2Rh，B 正確正確

9、在軌道在軌道上有上有 GMmR2mg，在軌道在軌道上有上有 GMm（Rh）2ma，所以所以 a RRh2g 近心和離心運動近心和離心運動環(huán)繞速度：環(huán)繞速度：R越大越大V越小越小答案：答案：BC9 返回導(dǎo)航返回導(dǎo)航 下一頁下一頁上一頁上一頁 雙星與多星問題雙星與多星問題 【高分快攻】【高分快攻】 1宇宙雙星模型宇宙雙星模型 定義：繞公共圓心轉(zhuǎn)動的兩個星體組成的系統(tǒng)，我們稱之為雙星系統(tǒng)，定義：繞公共圓心轉(zhuǎn)動的兩個星體組成的系統(tǒng)，我們稱之為雙星系統(tǒng)，如圖所示。如圖所示。 直桿兩端的小球繞桿上直桿兩端的小球繞桿上的一點運動的一點運動10 返回導(dǎo)航返回導(dǎo)航 下一頁下一頁上一頁上一頁1宇宙雙星模型宇宙雙星

10、模型 (1)各自所需的向心力由彼此間的萬有引力提供各自所需的向心力由彼此間的萬有引力提供，即即Gm1m2L2m121r1，Gm1m2L2m222r2 (2)兩顆星的周期及角速度都相同兩顆星的周期及角速度都相同，即即 T1 T2, 12 (3)兩顆星的運行半徑與它們之間的距離關(guān)系為：兩顆星的運行半徑與它們之間的距離關(guān)系為：r1r2L. (4)兩顆星到圓心的距離兩顆星到圓心的距離 r1、r2 與星體質(zhì)量成反比與星體質(zhì)量成反比，即即m1m2r2r1. (5)雙星的運動周期雙星的運動周期 T2L3G（m1m2）. (6)雙星的總質(zhì)量公式雙星的總質(zhì)量公式 m1m242L3T2G. 11 返回導(dǎo)航返回導(dǎo)航

11、 下一頁下一頁上一頁上一頁(多選多選)(2018高考全國卷高考全國卷)2017 年年，人類第一次直接探測到來自雙中子星合并的引人類第一次直接探測到來自雙中子星合并的引力波 根據(jù)科學(xué)家們復(fù)原的過程力波 根據(jù)科學(xué)家們復(fù)原的過程， 在兩顆中子星合并前約在兩顆中子星合并前約 100 s 時時， 它們相距約它們相距約 400 km，繞二者連線上的某點每秒轉(zhuǎn)動繞二者連線上的某點每秒轉(zhuǎn)動 12 圈將兩顆中子星都看做是質(zhì)量均勻分布的球體圈將兩顆中子星都看做是質(zhì)量均勻分布的球體，由由這些數(shù)據(jù)、萬有引力常量并利用牛頓力學(xué)知識這些數(shù)據(jù)、萬有引力常量并利用牛頓力學(xué)知識，可以估算出這一時刻兩顆中子星可以估算出這一時刻兩

12、顆中子星( ) A質(zhì)量之積質(zhì)量之積 B質(zhì)量之和質(zhì)量之和 C速率之和速率之和 D各自的自轉(zhuǎn)角速度各自的自轉(zhuǎn)角速度 周期相等周期相等，且均為且均為 T112 s，兩中子星的角速度均為兩中子星的角速度均為 2T， Gm1m2L2m12r1、Gm1m2L2m22r2，又又 r1r2L400 km，解得解得 m1m22L3G，A 錯誤錯誤，B 正確正確 由由 v1r1、v2r2，則則 v1v2(r1r2)L，C 正確；由題中的條件不能求解兩中子正確；由題中的條件不能求解兩中子星自轉(zhuǎn)的角速度星自轉(zhuǎn)的角速度，D 錯誤錯誤. BC12 返回導(dǎo)航返回導(dǎo)航 下一頁下一頁上一頁上一頁13 返回導(dǎo)航返回導(dǎo)航 下一頁下

13、一頁上一頁上一頁2宇宙三星模型宇宙三星模型 (1)如圖如圖 1 所示所示，三顆質(zhì)量相等的行星三顆質(zhì)量相等的行星，一顆行星位于中心位置不動一顆行星位于中心位置不動， 另外兩顆行星圍繞另外兩顆行星圍繞它做圓周運動這三顆行星始終位于同一直線上它做圓周運動這三顆行星始終位于同一直線上，中心行星受力平衡中心行星受力平衡，運轉(zhuǎn)的行星由其運轉(zhuǎn)的行星由其余兩顆行星的引力提供向心力：余兩顆行星的引力提供向心力：Gm2r2Gm2（2r）2 ma向向兩行星運行的方向相同兩行星運行的方向相同，周期、周期、角速度、線速度的大小相等角速度、線速度的大小相等 14 返回導(dǎo)航返回導(dǎo)航 下一頁下一頁上一頁上一頁15 返回導(dǎo)航返

14、回導(dǎo)航 下一頁下一頁上一頁上一頁3雙星與多星問題的解題思路雙星與多星問題的解題思路 (1)記憶口訣：記憶口訣： N 星系統(tǒng)周期同星系統(tǒng)周期同， 受力源自其他星； 幾何關(guān)系找半徑受力源自其他星； 幾何關(guān)系找半徑， 第二定律列方程第二定律列方程 (2)思維導(dǎo)圖思維導(dǎo)圖 16 返回導(dǎo)航返回導(dǎo)航 下一頁下一頁上一頁上一頁雙星變?nèi)请p星變?nèi)?7 返回導(dǎo)航返回導(dǎo)航 下一頁下一頁上一頁上一頁18 返回導(dǎo)航返回導(dǎo)航 下一頁下一頁上一頁上一頁近地衛(wèi)星：重力提供向心力近地衛(wèi)星：重力提供向心力黃金代換黃金代換GM=gR219 返回導(dǎo)航返回導(dǎo)航 下一頁下一頁上一頁上一頁變軌原理：變軌原理：衛(wèi)星繞中心天體穩(wěn)定運動時，萬有引力提供衛(wèi)星做勻速圓周運動的向衛(wèi)星繞中心天體穩(wěn)定運動時，萬有引力提供衛(wèi)星做勻速圓周運動的向心力，當由于某種原因衛(wèi)星速度心力，當由于某種原因衛(wèi)星速度v突然增大時，衛(wèi)星將偏離圓軌道做離心運動；突然增大時，衛(wèi)星將偏離圓軌道做離心運動；當當v突然減小時，衛(wèi)星將做向心運動突然減小時，衛(wèi)星將做向心運動宇宙雙星模型宇宙雙星模型(1)各自所需的向心力由彼此間的萬有引力提供，各自所需的向心力由彼此間的萬有引力提供，(2)兩顆星的周期及角速度都相同兩顆星的周期及角速度都相同(3)兩顆星的運行半徑與它們之間的距離關(guān)系為：兩顆星的運行半徑與