2012屆高考新課標(biāo)物理二輪復(fù)習(xí)方案課件專題4 萬有引力.ppt

1、專題四 萬有引力與天體運(yùn)動(dòng),專題四萬有引力與天體運(yùn)動(dòng),專題四 主干知識(shí)整合,一、萬有引力定律,專題四 主干知識(shí)整合,二、天體運(yùn)動(dòng)問題的處理方法 1在處理天體的運(yùn)動(dòng)問題時(shí)，通常把天體的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)化為：中心天體是不動(dòng)的，環(huán)繞天體以中心天體的球心為圓心做勻速圓周運(yùn)動(dòng)；環(huán)繞天體只受到中心天體的萬有引力作用，這個(gè)引力提供環(huán)繞天體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力 2人造衛(wèi)星的加速度、線速度、角速度、周期與軌道半徑的關(guān)系,專題四 主干知識(shí)整合,專題四 主干知識(shí)整合,衛(wèi)星運(yùn)行軌道半徑r與該軌道上的線速度v、角速度、周期T、向心加速度a存在著一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，若r、v、T、a中有一個(gè)確定，則其余皆確定，與衛(wèi)星的質(zhì)量無關(guān)，例如所

2、有地球軌道同步衛(wèi)星的r、v、T、a大小均相等 3求解天體問題的一般思路 (1)環(huán)繞天體繞中心天體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，所需要的向心力由萬有引力提供，即,專題四 主干知識(shí)整合,(2)物體在地球表面附近受到的重力近似等于萬有引力， (R為地球半徑)在地球質(zhì)量未知的情況下，可應(yīng)用GMgR2轉(zhuǎn)換 三、宇宙速度 1第一宇宙速度(環(huán)繞速度)：是發(fā)射地球衛(wèi)星的最小速度，也是衛(wèi)星圍繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)的最大運(yùn)行速度，大小為7.9 km/s. 2第二宇宙速度(逃逸速度)：是人造衛(wèi)星掙脫地球束縛而成為一顆太陽(yáng)的人造小行星的最小發(fā)射速度，大小為11.2 km/s.,專題四 主干知識(shí)整合,3第三宇宙速度(脫離速度)：是人造衛(wèi)星

3、掙脫太陽(yáng)的束縛而成為一顆繞銀河系中心運(yùn)行的小恒星的最小發(fā)射速度，大小為16.7 km/s. 注意：1.三個(gè)宇宙速度的大小都是以地球中心為參考系的 2以上數(shù)據(jù)是地球上的宇宙速度，其他星球上都有各自的宇宙速度，計(jì)算方法與地球相同 3人造衛(wèi)星的理論發(fā)射速度在7.9 km/s到11.2 km/s之間,專題四 要點(diǎn)熱點(diǎn)探究,探究點(diǎn)一天體質(zhì)量和密度的估算問題,專題四 要點(diǎn)熱點(diǎn)探究,若測(cè)得中心天體的近表衛(wèi)星周期T，此時(shí)rR，則中心天體的平均密度為可見只需要測(cè)得中心天體近表衛(wèi)星的周期，就可以得到中心天體的密度 2已知星球表面的重力加速度g，求星球質(zhì)量在星球表面附近，重力近似等于萬有引力，即mg(多用代換)，可

4、求得星球質(zhì)量M，或星球表面的重力加速度g,專題四 要點(diǎn)熱點(diǎn)探究,例12011福建卷 “嫦娥二號(hào)”是我國(guó)月球探測(cè)第二期工程的先導(dǎo)星若測(cè)得“嫦娥二號(hào)”在月球(可視為密度均勻的球體)表面附近圓形軌道運(yùn)行的周期T，已知引力常量為G，半徑為R的球體體積公式則可估算月球的() A密度 B質(zhì)量 C半徑 D自轉(zhuǎn)周期,專題四 要點(diǎn)熱點(diǎn)探究,專題四 要點(diǎn)熱點(diǎn)探究,專題四 要點(diǎn)熱點(diǎn)探究,例1 變式題D【解析】 物體對(duì)天體表面壓力恰好為零，則物體隨天體自轉(zhuǎn)需要的向心力恰好由物體受到的萬有引力提供：,專題四 要點(diǎn)熱點(diǎn)探究,探究點(diǎn)二航天器的動(dòng)力學(xué)分析與變軌問題,提供天體做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力是該天體受到的萬有引力F供天體做圓

5、周運(yùn)動(dòng)需要的向心力是F需m當(dāng)F供F需時(shí)，天體在圓軌道上做勻速圓周運(yùn)動(dòng)；當(dāng)F供F需時(shí)，萬有引力充當(dāng)向心力過余，天體做向心運(yùn)動(dòng)；當(dāng)F供F需時(shí)，萬有引力充當(dāng)向心力不足，天體做離心運(yùn)動(dòng),專題四 要點(diǎn)熱點(diǎn)探究,運(yùn)行半徑較大的人造衛(wèi)星的一般發(fā)射過程如圖141所示，先將衛(wèi)星發(fā)射到離地面較近的圓軌道上，運(yùn)行穩(wěn)定后再啟動(dòng)火箭(或發(fā)動(dòng)機(jī))短暫加速(位置B)，由于速度變大，萬有引力充當(dāng)向心力不足，衛(wèi)星將沿橢圓軌道做離心運(yùn)動(dòng)，當(dāng)衛(wèi)星將沿橢圓軌道運(yùn)動(dòng)到橢圓軌道的遠(yuǎn)地點(diǎn)A時(shí)，再次啟動(dòng)火箭短暫加速，衛(wèi)星再次變軌繞圓軌道做勻速圓周運(yùn)動(dòng),專題四 要點(diǎn)熱點(diǎn)探究,專題四 要點(diǎn)熱點(diǎn)探究,例2 2011全國(guó)卷我國(guó)“嫦娥一號(hào)”探月衛(wèi)星發(fā)

6、射后，先在“24小時(shí)軌道”上繞地球運(yùn)行(即繞地球一圈需要24小時(shí))；然后，經(jīng)過兩次變軌依次到達(dá)“48小時(shí)軌道”和“72小時(shí)軌道”；最后奔向月球如果按圓形軌道計(jì)算，并忽略衛(wèi)星質(zhì)量的變化，則在每次變軌完成后與變軌前相比() A衛(wèi)星動(dòng)能增大，引力勢(shì)能減小 B衛(wèi)星動(dòng)能增大，引力勢(shì)能增大 C衛(wèi)星動(dòng)能減小，引力勢(shì)能減小 D衛(wèi)星動(dòng)能減小，引力勢(shì)能增大,專題四 要點(diǎn)熱點(diǎn)探究,專題四 要點(diǎn)熱點(diǎn)探究,專題四 要點(diǎn)熱點(diǎn)探究,專題四 要點(diǎn)熱點(diǎn)探究,專題四 要點(diǎn)熱點(diǎn)探究,專題四 要點(diǎn)熱點(diǎn)探究,專題四 要點(diǎn)熱點(diǎn)探究,探究點(diǎn)三同步衛(wèi)星、近地衛(wèi)星與極地衛(wèi)星問題,1地球軌道同步衛(wèi)星 (1)同步衛(wèi)星位于赤道正上方，軌道平面與赤道

7、平面共面； (2)同步衛(wèi)星的軌道半徑一定，距離地球表面的高度一定，約36000 km； (3)同步衛(wèi)星的運(yùn)行周期和地球的自轉(zhuǎn)周期相同，T24 h，且轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同； (4)所有地球軌道同步衛(wèi)星的半徑、線速度大小、角速度大小及周期都相同,專題四 要點(diǎn)熱點(diǎn)探究,2近地衛(wèi)星：當(dāng)人造地球衛(wèi)星在近地軌道上運(yùn)行時(shí)，軌道半徑近似等于地球的半徑R，近地衛(wèi)星的運(yùn)行速度即地球的第一宇宙速度 (1)設(shè)地球的質(zhì)量為M，衛(wèi)星的質(zhì)量為m，當(dāng)人造地球衛(wèi)星在近地軌道上運(yùn)行時(shí)，軌道半徑近似等于地球的半徑R，萬有引力提供近地衛(wèi)星做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，,專題四 要點(diǎn)熱點(diǎn)探究,(2)衛(wèi)星剛好繞地球表面運(yùn)動(dòng)，重力近似等于萬有引力，mg 7

8、.9 km/s. 3極地軌道衛(wèi)星：繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星在運(yùn)行過程中通過兩極正上方由于地球自轉(zhuǎn)，極地衛(wèi)星并不是沿同一經(jīng)度線的上方運(yùn)行,專題四 要點(diǎn)熱點(diǎn)探究,例3 2011廣東卷已知地球質(zhì)量為M，半徑為R，自轉(zhuǎn)周期為T，地球同步衛(wèi)星質(zhì)量為m，引力常量為G.有關(guān)同步衛(wèi)星，下列表述正確的是() A衛(wèi)星距地面的高度為 B衛(wèi)星的運(yùn)行速度小于第一宇宙速度 C衛(wèi)星運(yùn)行時(shí)受到的向心力大小為 D衛(wèi)星運(yùn)行的向心加速度小于地球表面的重力加速度,專題四 要點(diǎn)熱點(diǎn)探究,專題四 要點(diǎn)熱點(diǎn)探究,專題四 要點(diǎn)熱點(diǎn)探究,【點(diǎn)評(píng)】 解答地球軌道同步衛(wèi)星問題時(shí)，應(yīng)關(guān)注同步衛(wèi)星的軌道總在地球赤道正上方、運(yùn)行周期與地球自轉(zhuǎn)周期相同且轉(zhuǎn)

9、動(dòng)方向相同、軌道半徑相同等要點(diǎn)下面的變式題綜合考查地球自轉(zhuǎn)、近地衛(wèi)星和地球軌道同步衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)問題,專題四 要點(diǎn)熱點(diǎn)探究,專題四 要點(diǎn)熱點(diǎn)探究,專題四 要點(diǎn)熱點(diǎn)探究,探究點(diǎn)四雙星與多星問題,1“雙星”與“多星”系統(tǒng) “雙星”是兩顆星相距較近，它們之間的萬有引力對(duì)兩者運(yùn)動(dòng)都有顯著影響，而其他天體的作用力影響可以忽略的特殊天體系統(tǒng)它們之所以沒有被強(qiáng)大的引力吸引到一起而保持一定的距離不變，是因?yàn)樗鼈兝@著連線上的共同“中心”以相同的周期做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，它們之間的萬有引力提供它們做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力解答“雙星”問題要抓住兩個(gè)要點(diǎn)，即雙星的運(yùn)動(dòng)周期相等，向心力大小相等,專題四 要點(diǎn)熱點(diǎn)探究,另有“三星”、“四

10、星”、“多星”系統(tǒng)，其共同點(diǎn)是同一系統(tǒng)中各天體間的距離不變，各星受到的向心力不一定相等，但其運(yùn)動(dòng)周期一定相同 2“黑洞” 近代引力理論預(yù)言的一種引力極強(qiáng)的特殊天體“黑洞”，能將任何物體吸引進(jìn)來，包括光線在內(nèi)的任何物體卻不能脫離它由于黑洞中的光無法逃逸，所以我們無法直接觀測(cè)“黑洞”,專題四 要點(diǎn)熱點(diǎn)探究,專題四 要點(diǎn)熱點(diǎn)探究,例4 2010全國(guó)卷如圖143所示，質(zhì)量分別為m和M的兩個(gè)星球A和 B在引力作用下都繞O點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，星球A和B兩者中心之間距離為L(zhǎng).已知A、B的中心和O三點(diǎn)始終共線，A和B分別在O的兩側(cè)，引力常量為G. (1)求兩星球做圓周運(yùn)動(dòng)的周期 (2)在地月系統(tǒng)中，若忽略其他星

11、球的影響，可以將月球和地球看成上述星球A和B，月球繞其軌道中心運(yùn)行的周期記為T1.但在近似處理問題時(shí)，常常認(rèn)為月球是繞地心做圓周運(yùn)動(dòng)的，這樣算得的運(yùn)行周期記為T2.已知地球和月球的質(zhì)量分別為5.981024 kg 和 7.35 1022 kg.求T2與T1兩者平方之比(結(jié)果保留3位小數(shù)),專題四 要點(diǎn)熱點(diǎn)探究,專題四 要點(diǎn)熱點(diǎn)探究,例4(1)(2)1.012【解析】 (1)A和B繞O做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，且A和B和O始終共線，它們之間的萬有引力提供向心力，屬“雙星”模型，“雙星”A和B的向心力大小相等，角速度相同 由m2rM2R，其中rRL， 解得,專題四 要點(diǎn)熱點(diǎn)探究,對(duì)A，根據(jù)牛頓第二定律和萬有

12、引力定律得 聯(lián)立解得 (2)將地月系統(tǒng)看成雙星系統(tǒng)，由(1)得 將月球看作繞地心做圓周運(yùn)動(dòng)，根據(jù)牛頓第二定律和萬有引力定律得,專題四 要點(diǎn)熱點(diǎn)探究,解得 所以兩種周期的平方比值為,專題四 要點(diǎn)熱點(diǎn)探究,【高考命題者說】 本題以雙星系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)為載體，考查考生運(yùn)用萬有引力定律和勻速圓周運(yùn)動(dòng)的規(guī)律分析解決問題的能力第一問比較常規(guī)，考生直接運(yùn)用萬有引力定律和勻速圓周運(yùn)動(dòng)的規(guī)律即能求解第二問將地球和月球視為雙星系統(tǒng)，設(shè)問方式新穎，探討在一般情形下將月球視作繞地心做圓周運(yùn)動(dòng)的合理性，具有一定的探究性試題要求比較兩種情形下月球運(yùn)動(dòng)的周期，對(duì)考生分析問題、理解問題的能力有較高的要求,專題四 要點(diǎn)熱點(diǎn)探究,本題抽樣統(tǒng)計(jì)難