高考物理總復(fù)習(xí)第四章曲線運(yùn)動(dòng)萬(wàn)有引力與航天第13講萬(wàn)有引力與航天市賽課公開(kāi)課一等獎(jiǎng)省名師獲獎(jiǎng)P

曲線運(yùn)動(dòng)萬(wàn)有引力與航天第四章第13講萬(wàn)有引力與航天1/60考綱要求考情分析命題趨勢(shì)1.萬(wàn)有引力定律及其應(yīng)用Ⅱ2．圍繞速度Ⅱ3．衛(wèi)星變軌問(wèn)題Ⅱ·全國(guó)卷Ⅰ，17·全國(guó)卷Ⅰ，21·全國(guó)卷Ⅰ，19·全國(guó)卷Ⅱ，20本節(jié)知識(shí)點(diǎn)在高考中主要以選擇題題型考查，要深刻了解天體問(wèn)題兩個(gè)基本思緒，熟練掌握衛(wèi)星各參量與半徑關(guān)系，會(huì)求解天體質(zhì)量和密度2/60欄目導(dǎo)航板塊一板塊二板塊三板塊四3/601．開(kāi)普勒三定律內(nèi)容、公式考點(diǎn)行星或衛(wèi)星圓周運(yùn)動(dòng)衛(wèi)星發(fā)射與變軌橢圓橢圓4/60面積三次方二次方5/602.萬(wàn)有引力定律(1)公式F＝__________，其中G為引力常量，G＝6.67×10－11N·m2/kg2，可由卡文迪許扭秤試驗(yàn)測(cè)定．6/60(2)適用條件兩個(gè)__________相互作用．①質(zhì)量分布均勻球體間相互作用，也可用本定律來(lái)計(jì)算，其中r為_(kāi)_________距離．②一個(gè)質(zhì)量分布均勻球體和球外一個(gè)質(zhì)點(diǎn)之間萬(wàn)有引力也適用，其中r為_(kāi)_____________________距離．(3)基本應(yīng)用①基本方法：把天體(或人造衛(wèi)星)運(yùn)動(dòng)看成是勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其所需向心力由__________提供．質(zhì)點(diǎn)之間

兩球心間

質(zhì)點(diǎn)到球心之間

萬(wàn)有引力

7/608/60(4)地球同時(shí)衛(wèi)星相對(duì)于地面靜止且與地球自轉(zhuǎn)含有相同周期衛(wèi)星叫地球同時(shí)衛(wèi)星．同時(shí)衛(wèi)星有以下“七個(gè)一定”特點(diǎn)：①軌道平面一定：軌道平面與__________共面．②周期一定：與地球自轉(zhuǎn)周期__________，即T＝__________.③角速度一定：與地球自轉(zhuǎn)角速度__________.赤道平面

相同

24

h

相同

9/60一致10/603．宇宙速度(1)第一宇宙速度①第一宇宙速度又叫__________速度，其數(shù)值為_(kāi)_________km/s.②第一宇宙速度是人造衛(wèi)星在__________附近圍繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)含有速度．③第一宇宙速度是人造衛(wèi)星最小_______速度，也是人造衛(wèi)星最大_______速度．圍繞

7.9

地面

發(fā)射

圍繞

11/60(2)第二宇宙速度使物體擺脫________引力束縛最小發(fā)射速度，其數(shù)值為_(kāi)_______km/s.

(3)第三宇宙速度使物體擺脫________引力束縛最小發(fā)射速度，其數(shù)值為_(kāi)_______km/s.

地球

11.2

太陽(yáng)

16.7

12/60×

×

×

√√×

13/60C

14/603．(處理天體問(wèn)題兩種思緒)如圖所表示，在圓軌道上運(yùn)行國(guó)際空間站里，一宇航員A靜止(相對(duì)于空間艙)“站”在艙內(nèi)朝向地球一側(cè)“地面”B上．則以下說(shuō)法中正確是(

)A．宇航員A不受重力作用B

15/60解析：宇航員所受萬(wàn)有引力等于該處宇航員重力，萬(wàn)有引力提供該處做圓周運(yùn)動(dòng)向心力，選項(xiàng)A錯(cuò)誤，B正確；宇航員處于完全失重狀態(tài)，和“地面”B間沒(méi)有相互作用，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；將一小球無(wú)初速度釋放，小球相對(duì)空間艙靜止，不會(huì)落到“地面”B上，選項(xiàng)D錯(cuò)誤．16/60一天體質(zhì)量和密度計(jì)算

17/6018/6019/60[嘗試解答]____________________________________________________________________________________A

20/6021/601．衛(wèi)星軌道(1)赤道軌道：衛(wèi)星軌道在赤道平面內(nèi)，同時(shí)衛(wèi)星就是其中一個(gè)．(2)極地軌道：衛(wèi)星軌道過(guò)南北兩極，即在垂直于赤道平面內(nèi)，如極地氣象衛(wèi)星．(3)其它軌道：除以上兩種軌道外衛(wèi)星軌道，且軌道平面一定經(jīng)過(guò)地球球心．

二人造衛(wèi)星運(yùn)行規(guī)律22/6023/6024/60處理力與運(yùn)動(dòng)關(guān)系思想還是動(dòng)力學(xué)思想，處理力與運(yùn)動(dòng)關(guān)系橋梁還是牛頓第二定律．(1)衛(wèi)星an、v、ω、T是相互聯(lián)絡(luò)，其中一個(gè)量發(fā)生改變，其它各量也隨之發(fā)生改變．(2)an、v、ω、T均與衛(wèi)星質(zhì)量無(wú)關(guān)，只由軌道半徑r和中心天體質(zhì)量共同決定．25/60[例2](多項(xiàng)選擇)能夠發(fā)射一顆這么人造地球衛(wèi)星，使其圓軌道(

)A．與地球表面上某一緯線(非赤道)是共面同心圓B．與地球表面上某一經(jīng)線所決定圓是共面同心圓C．與地球表面上赤道線是共面同心圓，且衛(wèi)星相對(duì)地球表面是靜止D．與地球表面上赤道線是共面同心圓，但衛(wèi)星相對(duì)地球表面是運(yùn)動(dòng)[嘗試解答]____________________________________________________________________________________CD

26/60解析：人造地球衛(wèi)星飛行時(shí)，因?yàn)榈厍驅(qū)πl(wèi)星引力足它做圓周運(yùn)動(dòng)向心力，而這個(gè)力方向必定指向圓心，即指向地心，也就是說(shuō)人造地球衛(wèi)星所在軌道圓圓心一定要和地球中心重合，不可能是地軸上(除地心外)某一點(diǎn)，故A是不正確；因?yàn)榈厍蛲瑫r(shí)繞著地軸在自轉(zhuǎn)，所以衛(wèi)星軌道平面也不可能和經(jīng)線所決定平面共面，所以B也是不正確；相對(duì)地球表面靜止衛(wèi)星就是地球同時(shí)衛(wèi)星，它必須在赤道平面內(nèi)，且距地面有確定高度，這個(gè)高度約為三萬(wàn)六千千米，而低于或高于這個(gè)軌道衛(wèi)星也能夠在赤道平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)，不過(guò)因?yàn)樗鼈児D(zhuǎn)周期和地球自轉(zhuǎn)周期不一樣，就會(huì)相對(duì)于地面運(yùn)動(dòng)．27/601．變軌原因當(dāng)衛(wèi)星因?yàn)槟撤N原因速度突然改變時(shí)(開(kāi)啟或關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)或空氣阻力作用)，萬(wàn)有引力不再等于向心力，衛(wèi)星將變軌運(yùn)行．三衛(wèi)星(航天器)變軌問(wèn)題28/6029/60[例3](·四川成都模擬)“嫦娥三號(hào)”探測(cè)器由“長(zhǎng)征三號(hào)乙”運(yùn)載火箭從西昌衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射，首次實(shí)現(xiàn)月球軟著陸和月面巡視勘察．假設(shè)“嫦娥三號(hào)”在環(huán)月圓軌道和橢圓軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)，只受到月球萬(wàn)有引力．則(

)A．若已知“嫦娥三號(hào)”環(huán)月圓軌道半徑、運(yùn)動(dòng)周期和引力常量，則能夠計(jì)算出月球密度B．“嫦娥三號(hào)”由環(huán)月圓軌道變軌進(jìn)入環(huán)月橢圓軌道時(shí)，應(yīng)讓發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火使其加速C．“嫦娥三號(hào)”在環(huán)月橢圓軌道上P點(diǎn)速度大于Q點(diǎn)速度D．“嫦娥三號(hào)”在環(huán)月圓軌道上運(yùn)行速率比月球第一宇宙速度小[嘗試解答]____________________________________________________________________________________D

30/6031/6032/60分析衛(wèi)星變軌問(wèn)題思緒33/60在天體運(yùn)動(dòng)中，離其它星體較遠(yuǎn)幾顆星，在它們相互間萬(wàn)有引力作用力下繞同一中心位置運(yùn)轉(zhuǎn)，這么幾顆星組成系統(tǒng)稱為宇宙多星模型．1．“雙星”系統(tǒng)(1)兩顆恒星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)所需向心力是由它們之間萬(wàn)有引力提供，故兩恒星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)向心力大小相等．(2)兩顆恒星均繞它們連線上一點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，所以它們運(yùn)行周期和角速度是相等．(3)兩顆恒星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)半徑r1和r2與兩行星間距L大小關(guān)系：r1＋r2＝L.四天體運(yùn)動(dòng)中“多星”系統(tǒng)34/602．“多星”系統(tǒng)(1)多顆行星在同一軌道繞同一點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，每顆行星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)所需向心力由其它各個(gè)行星對(duì)該行星萬(wàn)有引力協(xié)力提供．(2)每顆行星轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同，運(yùn)行周期、角速度和線速度大小相等．35/60[嘗試解答]____________________________________________________________________________________ABC

36/6037/60天體運(yùn)動(dòng)中“多星”系統(tǒng)特點(diǎn)1．不論是雙星還是三星系統(tǒng)模型，每個(gè)星體都做勻速圓周運(yùn)動(dòng)(中心星體除外)，且周期、角速度相等．2．注意應(yīng)用數(shù)學(xué)知識(shí)，由星體距離求軌道半徑．3．只有當(dāng)系統(tǒng)中星體質(zhì)量相等時(shí)，它們軌道半徑才相等．38/601．(多項(xiàng)選擇)(·全國(guó)卷Ⅰ)我國(guó)發(fā)射“嫦娥三號(hào)”登月探測(cè)器靠近月球后，先在月球表面附近近似圓軌道上繞月運(yùn)行；然后經(jīng)過(guò)一系列過(guò)程，在離月面4m高處做一次懸停(可認(rèn)為是相對(duì)于月球靜止)；最終關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)，探測(cè)器自由下落，已知探測(cè)器質(zhì)量約為1.3×103kg，地球質(zhì)量約為月球81倍，地球半徑約為月球3.7倍，地球表面重力加速度大小約為9.8m/s2.則此探測(cè)器(

)A．在著陸前瞬間，速度大小約為8.9m/sB．懸停時(shí)受到反沖作用力約為2×103NC．從離開(kāi)近月圓軌道到著陸這段時(shí)間內(nèi)，機(jī)械能守恒D．在近月圓軌道上運(yùn)行線速度小于人造衛(wèi)星在近地圓軌道上運(yùn)行線速度BD

39/6040/60CD

41/6042/60AD

43/6044/604．(·湖北黃岡模擬)如圖甲所表示“軌道康復(fù)者”航天器可在太空中給“垃圾”衛(wèi)星補(bǔ)充能源，延長(zhǎng)衛(wèi)星使用壽命．圖乙是“軌道康復(fù)者”在某次拯救一顆地球同時(shí)衛(wèi)星前，二者在同一平面內(nèi)沿相同繞行方向繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)示意圖，此時(shí)二者連線經(jīng)過(guò)地心，軌道半徑之比為1∶4.若不考慮衛(wèi)星與“軌道康復(fù)者”之間引力，則以下說(shuō)法正確是(

)D

45/60A．在圖示軌道上，“軌道康復(fù)者”速度大于7.9km/sB．在圖示軌道上，“軌道康復(fù)者”加速度大小是地球同時(shí)衛(wèi)星4倍C．在圖示軌道上，“軌道康復(fù)者”周期為3h，且從圖示位置開(kāi)始經(jīng)1.5h與同時(shí)衛(wèi)星距離最近D．若要對(duì)該同時(shí)衛(wèi)星實(shí)施拯救，“軌道康復(fù)者”應(yīng)從圖示軌道上加速，然后與同時(shí)衛(wèi)星對(duì)接46/6047/60[例1](·湖北宜昌質(zhì)檢·6分)地球赤道上有一物體隨地球自轉(zhuǎn)做圓周運(yùn)動(dòng)，所需向心力為F1，向心加速度為a1，線速度為v1，角速度為ω1；繞地球表面附近做勻速圓周運(yùn)動(dòng)人造衛(wèi)星(高度可忽略)所需要向心力為F2，向心加速度為a2，線速度為v2，角速度為ω2；地球同時(shí)衛(wèi)星做圓周運(yùn)動(dòng)所需要向心力為F3，向心加速度為a3，線速度為v3，角速度為ω3，已知地面重力加速度為g，同時(shí)衛(wèi)星離地高度為h，若三者質(zhì)量相等，則(

)A．F1＝F2>F3 B．a(chǎn)1＝a2＝g>a3C．v1＝v2>v3 D．ω1＝ω3<ω248/60[答題送檢]····································來(lái)自閱卷名師匯報(bào)[答案]D錯(cuò)誤致錯(cuò)原因扣分ABC混同三個(gè)物體做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)向心力起源，造成公式利用錯(cuò)誤.－649/60[例2](·四川成都診療·12分)在天體運(yùn)動(dòng)中，將兩顆彼此距離較近且相互繞行行星稱為雙星，因?yàn)閮尚情g引力而使它們之間距離保持不變，假如兩個(gè)行星質(zhì)量分別為M1和