高中物理復(fù)習(xí)課件專題4曲線運(yùn)動(dòng)萬(wàn)有引力與航天第4講萬(wàn)有引力與航天

高考總復(fù)習(xí)物理·課件第4講萬(wàn)有引力與航天必備知識(shí)·深悟固基一、開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律1．第一定律：所有行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的軌道都是________，太陽(yáng)處在橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上．2．第二定律：對(duì)任意一個(gè)行星來(lái)說(shuō)，它與太陽(yáng)的連線在相等的時(shí)間內(nèi)掃過(guò)相等的面積．3．第三定律：所有行星的軌道的半長(zhǎng)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(wàn)有引力定律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________成正比，與它們之間距離r的________成反比．乘積二次方三、萬(wàn)有引力定律的應(yīng)用及三種宇宙速度1．萬(wàn)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(yùn)動(dòng)看成是勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其所需向心力由__________提供．萬(wàn)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(yùn)動(dòng)的最小發(fā)射速度．若7.9km/s≤v＜11.2km/s，物體繞________運(yùn)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(yùn)行第三宇宙速度16.7物體掙脫太陽(yáng)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(yùn)行太陽(yáng)太陽(yáng)系四、同步衛(wèi)星的特點(diǎn)(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(duì)論時(shí)空觀1．牛頓力學(xué)的局限性牛頓力學(xué)只適用于__________運(yùn)動(dòng)的物體，微觀世界要用量子力學(xué)，高速運(yùn)動(dòng)、大質(zhì)量天體需要用相對(duì)論．2．相對(duì)論時(shí)空觀(1)在狹義相對(duì)論中，物體的質(zhì)量是隨物體運(yùn)動(dòng)速度的增大而________的．(2)在狹義相對(duì)論中，同一物理過(guò)程發(fā)生的位移和對(duì)應(yīng)時(shí)間的測(cè)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(duì)同一個(gè)行星而言的，不同的行星相等時(shí)間內(nèi)掃過(guò)的面積不等．由面積定律可知，行星在近日點(diǎn)的速度比它在遠(yuǎn)日點(diǎn)的速度大．(2)經(jīng)典力學(xué)——牛頓運(yùn)動(dòng)定律的適用范疇．1．[開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律的理解]火星和木星沿各自的橢圓軌道繞太陽(yáng)運(yùn)行，根據(jù)開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律可知 (

)A．太陽(yáng)位于木星運(yùn)行軌道的中心B．火星和木星繞太陽(yáng)運(yùn)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(zhǎng)軸之比的立方D．相同時(shí)間內(nèi)，火星與太陽(yáng)連線掃過(guò)的面積等于木星與太陽(yáng)連線掃過(guò)的面積【答案】C【答案】B3．[衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)參量的計(jì)算]金星、地球和火星繞太陽(yáng)的公轉(zhuǎn)均可視為勻速圓周運(yùn)動(dòng)，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(yùn)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(diǎn)考點(diǎn)1萬(wàn)有引力定律在天體運(yùn)動(dòng)中的應(yīng)用[能力考點(diǎn)]例1

(2021年廣東卷)2021年4月，我國(guó)自主研發(fā)的空間站“天和”核心艙成功發(fā)射并入軌運(yùn)行，若核心艙繞地球的運(yùn)行可視為勻速圓周運(yùn)動(dòng)，已知引力常量，由下列物理量能計(jì)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(guó)卷Ⅱ)科學(xué)家對(duì)銀河系中心附近的恒星S2進(jìn)行了多年的持續(xù)觀測(cè)，給出1994年到2002年間S2的位置如圖所示．科學(xué)家認(rèn)為S2的運(yùn)動(dòng)軌跡是半長(zhǎng)軸約為1000AU(太陽(yáng)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(xiàng)研究工作獲得了2020年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)．若認(rèn)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(yáng)的質(zhì)量為M，可以推測(cè)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(wèn)一號(hào)”探測(cè)器成功進(jìn)入火星停泊軌道，標(biāo)志著中國(guó)正式開始了對(duì)火星表面的探測(cè)活動(dòng)．若探測(cè)器繞火星做半徑為R、周期為T的勻速圓周運(yùn)動(dòng)，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(shuō)法正確的是 (

)【答案】BD

考點(diǎn)2衛(wèi)星運(yùn)行參量的分析與計(jì)算[能力考點(diǎn)]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)，如極地氣象衛(wèi)星．2．地球同步衛(wèi)星的特點(diǎn)：六個(gè)“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(yùn)行問(wèn)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(yùn)動(dòng)；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(guó)天宮空間站的“天和”核心艙發(fā)射成功，核心艙的運(yùn)行軌道距地面高度為340～450km，則核心艙

(

)A．運(yùn)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(yùn)行周期大于地球自轉(zhuǎn)周期D．運(yùn)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(guó)首個(gè)火星探測(cè)器“天問(wèn)一號(hào)”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(shuō)法正確的是 (

)A．“天問(wèn)一號(hào)”探測(cè)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(yùn)行的衛(wèi)星，其速度至少需要7.9km/sC．繞火星表面運(yùn)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(dòng)，b處于地面附近的近地軌道上正常運(yùn)動(dòng)，c是地球同步衛(wèi)星，d是高空探測(cè)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(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)過(guò)的弧長(zhǎng)最長(zhǎng)C．d的運(yùn)動(dòng)周期有可能是20hD．把a(bǔ)直接發(fā)射到b運(yùn)行的軌道上，其發(fā)射速度大于第一宇宙速度【答案】B

考點(diǎn)3衛(wèi)星變軌問(wèn)題[能力考點(diǎn)]1．必須掌握的三種運(yùn)動(dòng)情境兩類變軌離心運(yùn)動(dòng)近心運(yùn)動(dòng)變軌結(jié)果轉(zhuǎn)變?yōu)闄E圓軌道運(yùn)動(dòng)或在較大半徑圓軌道上運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)闄E圓軌道運(yùn)動(dòng)或在較小半徑圓軌道上運(yùn)動(dòng)新圓軌道上運(yùn)動(dòng)的速率比原軌道的小，周期比原軌道的大新圓軌道上運(yùn)動(dòng)的速率比原軌道的大，周期比原軌道的小動(dòng)能減小、勢(shì)能增大、機(jī)械能增大動(dòng)能增大、勢(shì)能減小、機(jī)械能減小例5

(多選)

“神舟十一號(hào)”飛船完成了最后一次變軌，與“天宮二號(hào)”對(duì)接．“神舟十一號(hào)”某次變軌的示意圖如圖所示，在A點(diǎn)從橢圓軌道Ⅱ進(jìn)入圓形軌道Ⅰ，B為軌道Ⅱ上的一點(diǎn)．關(guān)于飛船的運(yùn)動(dòng)，下列說(shuō)法正確的有

(

)A．在軌道Ⅱ上經(jīng)過(guò)A的速度小于經(jīng)過(guò)B的速度B．在軌道Ⅱ上經(jīng)過(guò)A的動(dòng)能小于在軌道Ⅰ上經(jīng)過(guò)A的動(dòng)能C．在軌道Ⅱ上運(yùn)動(dòng)的周期小于在軌道Ⅰ上運(yùn)動(dòng)的周期D．在軌道Ⅱ上經(jīng)過(guò)A的加速度小于在軌道Ⅰ上經(jīng)過(guò)A的加速度

深化理解(1)軌道Ⅱ?yàn)闄E圓軌道，如何求解衛(wèi)星在該軌道運(yùn)動(dòng)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(guò)A點(diǎn)時(shí)速度的大小？【答案】ABC

1．(2021年如皋模擬)如圖所示，攜帶月壤的“嫦娥五號(hào)”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(diǎn)A點(diǎn)火加速，從近圓軌道Ⅰ進(jìn)入近月橢圓軌道Ⅱ，13日在點(diǎn)A再次加速，從軌道Ⅱ進(jìn)入月地轉(zhuǎn)移軌道Ⅲ，經(jīng)過(guò)多次姿態(tài)調(diào)整后，16日在軌道Ⅲ的遠(yuǎn)月點(diǎn)B附近，實(shí)施軌道器和返回器分離，返回器進(jìn)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(hào)”軌道器和返回器組合體 (

)A．在軌道Ⅰ上A點(diǎn)的速度大于在軌道Ⅱ上A點(diǎn)的速度B．在軌道Ⅰ上的運(yùn)行周期大于在軌道Ⅱ上的運(yùn)行周期C．在軌道Ⅲ上A點(diǎn)的加速度大于在軌道Ⅱ上A點(diǎn)的加速度D．在軌道Ⅲ上B點(diǎn)附近時(shí)，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(hào)”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(shuō)法正確的是

(

)A．“嫦娥五號(hào)”在軌道Ⅰ和Ⅱ運(yùn)行時(shí)均超重B．“嫦娥五號(hào)”在軌道Ⅰ和Ⅱ運(yùn)行時(shí)機(jī)械能相等C．“嫦娥五號(hào)”在軌道Ⅰ和Ⅱ運(yùn)行至P處時(shí)速率相等D．“嫦娥五號(hào)”在軌道Ⅰ和Ⅱ運(yùn)行至P處時(shí)加速度大小相等【答案】D

天體圓周運(yùn)動(dòng)的幾種模型類型一與天體有關(guān)的三種勻速圓周運(yùn)動(dòng)模型對(duì)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(guó)“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(shí)、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(guò)廣州上空 B．衛(wèi)星B可能經(jīng)過(guò)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(duì)地球靜止的物體，隨地球自轉(zhuǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，b為沿地球表面附近做勻速圓周運(yùn)動(dòng)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(shuō)法中正確的是

(

)A．b衛(wèi)星轉(zhuǎn)動(dòng)線速度大于7.9km/sB．a(chǎn)、b、c做勻速圓周運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)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(guò)觀測(cè)雙星軌道參數(shù)的變化來(lái)間接驗(yàn)證引力波的存在，證實(shí)了GW150914是