《高考備考指南 物理 》課件-第4講　萬(wàn)有引力與航天

曲線運(yùn)動(dòng)萬(wàn)有引力與航天第四章

第4講萬(wàn)有引力與航天(本講對(duì)應(yīng)系統(tǒng)用書(shū)P89)欄目導(dǎo)航01知識(shí)

梳理查漏02題點(diǎn)

各個(gè)擊破03配套訓(xùn)練知識(shí)梳理查漏1

橢圓面積公轉(zhuǎn)周期的二次方焦點(diǎn)【自測(cè)1】如圖，O表示地球，P表示一個(gè)繞地球沿橢圓軌道按逆時(shí)針?lè)较蜻\(yùn)動(dòng)的人造衛(wèi)星，AB為長(zhǎng)軸，CD為短軸.在衛(wèi)星繞地球運(yùn)動(dòng)一周的時(shí)間內(nèi)，從A到B的時(shí)間為tAB，同理從B到A、從C到D、從D到C的時(shí)間分別為tBA、tCD、tDC.下列關(guān)系式正確的是(

)A.tAB＞tBA B.tAB＜tBAC.tCD＞tDC D.tCD＜tDCD

質(zhì)量的乘積距離的二次方6.67×10－11N·m2/kg2

卡文迪許質(zhì)點(diǎn)2.應(yīng)用萬(wàn)有引力定律分析天體的運(yùn)動(dòng)基本思路：把天體(或人造衛(wèi)星)的運(yùn)動(dòng)看成勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其所需向心力由__________提供.

萬(wàn)有引力

gR2

A

852.宇宙速度與運(yùn)動(dòng)軌跡的關(guān)系(1)v發(fā)＝______km/s時(shí)，衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng).

(2)7.9km/s＜v發(fā)＜______km/s，衛(wèi)星繞地球運(yùn)動(dòng)的軌跡為橢圓.

(3)11.2km/s≤v發(fā)＜______km/s，衛(wèi)星繞太陽(yáng)做橢圓運(yùn)動(dòng).

(4)v發(fā)≥16.7km/s，衛(wèi)星將掙脫太陽(yáng)引力的束縛，飛到太陽(yáng)系以外的空間.

16.711.2

7.9

【自測(cè)3】據(jù)報(bào)道，某團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了三顆“人造月亮”.“人造月亮”是一種攜帶大型空間反射鏡的人造空間照明衛(wèi)星，可部署在距離地球表面500km以?xún)?nèi)的軌道上運(yùn)行，這三顆“人造月亮”工作起來(lái)將會(huì)為我國(guó)減少數(shù)億元的夜晚照明電費(fèi)開(kāi)支，其亮度是月球亮度的8倍，可為城市提供夜間照明.假設(shè)“人造月亮”繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其在軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)，下列說(shuō)法正確的是(

)A.“人造月亮”的線速度大于第一宇宙速度B.“人造月亮”繞地球運(yùn)行的周期小于月球繞地球運(yùn)行的周期C.“人造月亮”的向心加速度大于地球表面的重力加速度D.地球?qū)Α叭嗽煸铝痢钡奈σ欢ù笥诘厍驅(qū)υ虑虻奈

題點(diǎn)各個(gè)擊破2命題點(diǎn)一開(kāi)普勒定律、萬(wàn)有引力定律在天體運(yùn)行中的應(yīng)用［師生共研類(lèi)］1.開(kāi)普勒行星運(yùn)動(dòng)定律的綜合應(yīng)用(1)開(kāi)普勒行星運(yùn)動(dòng)定律既適用于橢圓軌道運(yùn)動(dòng)，也適用于圓軌道運(yùn)動(dòng)，例如月球、衛(wèi)星繞地球的運(yùn)動(dòng).

例1

(2023年廣東卷)如圖甲所示，太陽(yáng)系外的一顆行星P繞恒星Q做勻速圓周運(yùn)動(dòng).由于P的遮擋，探測(cè)器探測(cè)到Q的亮度隨時(shí)間做如圖乙所示的周期性變化，該周期與P的公轉(zhuǎn)周期相同.已知Q的質(zhì)量為M，引力常量為G.關(guān)于P的公轉(zhuǎn)，下列說(shuō)法正確的是(

)甲

乙

B

1.(2023年浙江卷)太陽(yáng)系各行星幾乎在同一平面內(nèi)沿同一方向繞太陽(yáng)做圓周運(yùn)動(dòng).當(dāng)?shù)厍蚯『眠\(yùn)行到某地外行星和太陽(yáng)之間，且三者幾乎排成一條直線的現(xiàn)象，稱(chēng)為“行星沖日”，已知地球及各地外行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的軌道半徑如下表：行星名稱(chēng)地球火星木星土星天王星海王星軌道半徑R/AU1.01.55.29.51930則相鄰兩次“沖日”的時(shí)間間隔約為(

)A.火星365天 B.火星800天C.天王星365天 D.天王星800天B

C

CD

命題點(diǎn)二天體質(zhì)量和密度的估算［師生共研類(lèi)］續(xù)表例2

(多選)(2022年廣東模擬)“北斗”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)由空間段、地面段和用戶(hù)段三部分組成.空間段由若干地球靜止軌道衛(wèi)星A、傾斜地球同步軌道衛(wèi)星B和中圓地球軌道衛(wèi)星C組成.如圖所示，三類(lèi)衛(wèi)星都繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，衛(wèi)星C距地面的高度為hC，地球自轉(zhuǎn)周期為T(mén)，地球半徑為R，地球表面重力加速度為g，引力常量為G.則(

)AC

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，下列物理量中能計(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D

2.(2021年全國(guó)卷)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.4×1010MB

命題點(diǎn)三雙星和多星模型［師生共研類(lèi)］1.雙星模型(1)定義：繞公共圓心轉(zhuǎn)動(dòng)的兩個(gè)星體組成的系統(tǒng)，稱(chēng)為雙星系統(tǒng)，如圖所示.

2.模型特點(diǎn)(1)雙星做圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力由它們之間的萬(wàn)有引力提供，這是一對(duì)相互作用力.(2)雙星都繞它們連線上的某一點(diǎn)做圓周運(yùn)動(dòng)，故它們的周期、角速度相等.(3)兩星的軌道半徑之和等于兩星之間的距離，即r1＋r2＝L，計(jì)算萬(wàn)有引力和向心力時(shí)要特別注意.例3

(多選)宇宙中有些恒星可組成雙星系統(tǒng).系統(tǒng)內(nèi)恒星之間的萬(wàn)有引力比其他恒星對(duì)它們的萬(wàn)有引力大得多，因此在研究雙星的運(yùn)動(dòng)時(shí)，可以忽略其他星球?qū)λ鼈兊淖饔?已知a和b構(gòu)成一個(gè)雙星系統(tǒng)，它們?cè)谙嗷ブg的萬(wàn)有引力作用下繞兩者連線上某一定點(diǎn)O做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，a和b的質(zhì)量之比為2∶1，下列判斷正確的是(

)A.a、b運(yùn)動(dòng)的軌道半徑之比為2∶1B.a、b的線速度之比為1∶2C.a、b的加速度之比為1∶4D.a、b所受的向心力大小之比為1∶1BD

C

2.首個(gè)發(fā)現(xiàn)的引力波事件被命名為“GW150914”，“GW150914”是一個(gè)36倍太陽(yáng)質(zhì)量的黑洞和一個(gè)29倍太陽(yáng)質(zhì)量的黑洞旋進(jìn)合并的事件.假設(shè)這兩個(gè)黑洞繞它們連線上的某點(diǎn)做圓周運(yùn)動(dòng)，且這兩個(gè)黑洞的間距緩慢減小.若該黑洞系統(tǒng)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中各自質(zhì)量不變且不受其他星系的影響，則關(guān)于這兩個(gè)黑洞的運(yùn)動(dòng)，下列說(shuō)法中正確的是(

)A.這兩個(gè)黑洞運(yùn)行的線速度大小始終相等B.這兩個(gè)黑洞做圓周運(yùn)動(dòng)的向心加速度大小始終相等C.36倍太陽(yáng)質(zhì)量的黑洞和29倍太陽(yáng)質(zhì)量的黑洞運(yùn)行的線速度大小之比為36∶29D.隨著兩個(gè)黑洞的間距緩慢減小，這兩個(gè)黑洞運(yùn)行的周期也在減小D

命題點(diǎn)四衛(wèi)星的運(yùn)行［師生共研類(lèi)］1.地衛(wèi)星的運(yùn)行參數(shù)3.衛(wèi)星軌道的突變：由于技術(shù)上的需要，有時(shí)要在適當(dāng)?shù)奈恢枚虝r(shí)間內(nèi)啟動(dòng)飛行器上的發(fā)動(dòng)機(jī)，使飛行器軌道發(fā)生突變，使其進(jìn)入預(yù)定的軌道.如圖所示，發(fā)射同步衛(wèi)星時(shí)，可以分多步完成：(1)先將衛(wèi)星發(fā)送到近地軌道Ⅰ.(2)使其繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，速率為v1，變軌時(shí)在P點(diǎn)點(diǎn)火加速，短時(shí)間內(nèi)將速率由v1增加到v2，使衛(wèi)星進(jìn)入橢圓形的轉(zhuǎn)移軌道Ⅱ.(3)衛(wèi)星運(yùn)行到遠(yuǎn)地點(diǎn)Q時(shí)的速率為v3，此時(shí)進(jìn)行第二次點(diǎn)火加速，在短時(shí)間內(nèi)將速率由v3增加到v4，使衛(wèi)星進(jìn)入同步軌道Ⅲ，繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng).例4

(2023年佛山模擬預(yù)測(cè))2022年5月10日，“天舟四號(hào)”貨運(yùn)飛船成功對(duì)接了空間站組合體.對(duì)接前，“天舟四號(hào)”需要達(dá)到組合體后方19米停泊點(diǎn)，此時(shí)飛船與組合體在同一軌道上，最后完成與“天和”核心艙后向端口的對(duì)接.當(dāng)“天舟四號(hào)”位于19米停泊點(diǎn)時(shí)，下列說(shuō)法正確的是(

)

A.“天舟四號(hào)”的加速度大于組合體的加速度B.“天舟四號(hào)”的運(yùn)行速率大于組合體的運(yùn)行速率C.“天舟四號(hào)”通過(guò)加速可實(shí)現(xiàn)與組合體對(duì)接D.“天舟四號(hào)”通過(guò)先減速后加速可實(shí)現(xiàn)與組合體對(duì)接D1.(2024年中山模擬預(yù)測(cè))在高空運(yùn)行的同步衛(wèi)星功能失效后，往往會(huì)被送到同步軌道上空幾百公里處的“墓地軌道”，以免影響其他在軌衛(wèi)星并節(jié)省軌道資源.如圖所示，2022年1月22日，我國(guó)“實(shí)踐21號(hào)”衛(wèi)星在地球同步軌道“捕獲”已失效的“北斗二號(hào)”G2衛(wèi)星后，成功將其送入“墓地軌道”.已知轉(zhuǎn)移軌道與同步軌道、墓地軌道分別相切于P、Q點(diǎn)，則“北斗二號(hào)”G2衛(wèi)星(

)

A.在“墓地軌道”運(yùn)行時(shí)的速度大于其在同步軌道上運(yùn)行的速度B.在轉(zhuǎn)移軌道上經(jīng)過(guò)P點(diǎn)的加速度大于在同步軌道上經(jīng)過(guò)P點(diǎn)的加速度C.在“墓地軌道”上經(jīng)過(guò)Q點(diǎn)的速度大于轉(zhuǎn)移軌道上經(jīng)過(guò)Q點(diǎn)的速度D.若要從Q點(diǎn)逃脫地球的引力束縛，則在該處速度必須大于11.2km/sC

2.(2024年廣東一模)我國(guó)“神舟十六號(hào)”載人飛船的發(fā)射過(guò)程簡(jiǎn)化如圖所示：先由“長(zhǎng)征”運(yùn)載火箭將飛船送入近地點(diǎn)為A、遠(yuǎn)地點(diǎn)為B的橢圓軌道Ⅰ，在遠(yuǎn)地點(diǎn)B將飛船送入預(yù)定圓軌道Ⅱ.下列說(shuō)法正確的是(

)A.飛船在軌道Ⅰ和Ⅱ上運(yùn)行時(shí)均處于超重狀態(tài)B.飛船在軌道Ⅰ和Ⅱ上運(yùn)行至B處時(shí)加速度相等C.飛船在軌道Ⅰ和Ⅱ上運(yùn)行時(shí)機(jī)械能相等D.飛船在軌道Ⅰ經(jīng)過(guò)B處時(shí)的速度大于第一宇宙速度B

命題點(diǎn)五衛(wèi)星發(fā)射宇宙速度［師生共研類(lèi)］

2.宇宙速度與運(yùn)動(dòng)軌跡的關(guān)系(1)v發(fā)＝7.9km/s時(shí)，衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng).(2)7.9km/s＜v發(fā)＜11.2km/s，衛(wèi)星繞地球運(yùn)動(dòng)的軌跡為橢圓.(3)11.2km/s≤v發(fā)＜16.7km/s，衛(wèi)星繞太陽(yáng)做橢圓運(yùn)動(dòng).(4)v發(fā)≥16.7km/s，衛(wèi)星將掙脫太陽(yáng)引力的束縛，飛到太陽(yáng)系以外的空間.例5

(2022年湖北卷)2022年5月，我國(guó)成功完成了“天舟四號(hào)”貨運(yùn)飛船與空間站的對(duì)