2018年高考物理一輪復(fù)習(xí)第四章曲線運(yùn)動(dòng)萬(wàn)有引力與航天4萬(wàn)有引力定律與其應(yīng)用課件第一頁(yè)，共34頁(yè)。-2-基礎(chǔ)夯實(shí)自我診斷一、開(kāi)普勒三定律的內(nèi)容、公式

第二頁(yè)，共34頁(yè)。-3-基礎(chǔ)夯實(shí)自我診斷二、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的乘積成正比

,與它們之間距離r的二次方成反比

。

2.表達(dá)式F=G,G為引力常量,G=6.67×10-11N·m2/kg2。3.適用條件(1)公式適用于質(zhì)點(diǎn)

間的相互作用。當(dāng)兩個(gè)物體間的距離遠(yuǎn)大于物體本身的大小時(shí),物體可視為質(zhì)點(diǎn)。

(2)質(zhì)量分布均勻的球體可視為質(zhì)點(diǎn),r是兩球心間

的距離。

第三頁(yè)，共34頁(yè)。-4-基礎(chǔ)夯實(shí)自我診斷三、經(jīng)典時(shí)空觀和相對(duì)論時(shí)空觀1.經(jīng)典時(shí)空觀(1)在經(jīng)典力學(xué)中,物體的質(zhì)量是不隨速度的改變而改變的。(2)在經(jīng)典力學(xué)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相同的。2.相對(duì)論時(shí)空觀同一過(guò)程的位移和時(shí)間的測(cè)量與參考系有關(guān),在不同的參考系中結(jié)果不同。3.經(jīng)典力學(xué)的適用范圍只適用于低速運(yùn)動(dòng),不適用于高速運(yùn)動(dòng);只適用于宏觀世界,不適用于微觀世界。第四頁(yè)，共34頁(yè)。-5-基礎(chǔ)夯實(shí)自我診斷1.卡文迪許把他的實(shí)驗(yàn)說(shuō)成是可以“稱(chēng)量地球的質(zhì)量”。閱讀教材,怎樣通過(guò)推導(dǎo)公式來(lái)證明卡文迪許的實(shí)驗(yàn)是能夠稱(chēng)量地球質(zhì)量的。提示若不考慮地球自轉(zhuǎn)的影響,則

。地面的表面重力加速度g和地球半徑R在卡文迪許之前就已知道,卡文迪許通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)得了引力常量G,所以就可以算出地球的質(zhì)量M。第五頁(yè)，共34頁(yè)。-6-基礎(chǔ)夯實(shí)自我診斷2.牛頓曾想過(guò),把物體從高山上水平拋出,如果速度足夠大,物體就不再落回地面,它將繞地球運(yùn)動(dòng),成為人造地球衛(wèi)星。閱讀教材,你怎樣幫牛頓把這個(gè)速度求出來(lái)?提示物體繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力是由萬(wàn)有引力提km,M=5.98×1024

kg,G=6.67×10-11

N·m2/kg2,可算得v=7.9

km/s。

第六頁(yè)，共34頁(yè)。-7-基礎(chǔ)夯實(shí)自我診斷1.(2016·上海黃浦區(qū)期末)關(guān)于萬(wàn)有引力定律,下列說(shuō)法正確的是()A.牛頓提出了萬(wàn)有引力定律,并測(cè)定了引力常量的數(shù)值B.萬(wàn)有引力定律只適用于天體之間C.萬(wàn)有引力的發(fā)現(xiàn),揭示了自然界一種基本相互作用的規(guī)律D.地球繞太陽(yáng)在橢圓軌道上運(yùn)行,在近日點(diǎn)和遠(yuǎn)日點(diǎn)受到太陽(yáng)的萬(wàn)有引力大小是相同的答案解析解析關(guān)閉牛頓提出了萬(wàn)有引力定律,卡文迪許測(cè)定了引力常量的數(shù)值,萬(wàn)有引力定律適用于任何物體之間。萬(wàn)有引力的發(fā)現(xiàn),揭示了自然界一種基本相互作用的規(guī)律,選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤,C正確;地球繞太陽(yáng)在橢圓軌道上運(yùn)行,在近日點(diǎn)和遠(yuǎn)日點(diǎn)由于太陽(yáng)到地球的距離不同,所以受到太陽(yáng)的萬(wàn)有引力大小是不相同的,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。答案解析關(guān)閉C第七頁(yè)，共34頁(yè)。-8-基礎(chǔ)夯實(shí)自我診斷2.關(guān)于萬(wàn)有引力公式F=G,以下說(shuō)法中正確的是()A.公式只適用于星球之間的引力計(jì)算,不適用于質(zhì)量較小的物體B.當(dāng)兩物體間的距離趨近于0時(shí),萬(wàn)有引力趨近于無(wú)窮大C.兩物體間的萬(wàn)有引力也符合牛頓第三定律D.公式中引力常量G的值是牛頓規(guī)定的答案解析解析關(guān)閉答案解析關(guān)閉第八頁(yè)，共34頁(yè)。-9-基礎(chǔ)夯實(shí)自我診斷3.2016年9月17日,“天宮二號(hào)”發(fā)射成功,10月17日,神舟11號(hào)飛船載著航天員景海鵬、陳冬成功發(fā)射,順利與“天宮二號(hào)”對(duì)接。若“天宮二號(hào)”空間實(shí)驗(yàn)室質(zhì)量為m,距地面高度為h,地球質(zhì)量為M,半徑為R,引力常量為G,則飛船所在處的重力加速度大小為(

)答案解析解析關(guān)閉答案解析關(guān)閉第九頁(yè)，共34頁(yè)。-10-基礎(chǔ)夯實(shí)自我診斷4.(2016·山東沖刺)我國(guó)成功發(fā)射“嫦娥三號(hào)”探測(cè)器,首次實(shí)現(xiàn)了在地外天體表面軟著陸和探測(cè)活動(dòng)。設(shè)月球半徑為R0,月球表面答案解析解析關(guān)閉答案解析關(guān)閉第十頁(yè)，共34頁(yè)。-11-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三考點(diǎn)一

開(kāi)普勒行星運(yùn)動(dòng)定律(自主悟透)1.行星繞太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)通常按圓軌道處理。2.開(kāi)普勒行星運(yùn)動(dòng)定律也適用于其他天體,例如月球、衛(wèi)星繞地球的運(yùn)動(dòng)。3.開(kāi)普勒第三定律

=k中,k值只與中心天體的質(zhì)量有關(guān),不同的中心天體k值不同。第十一頁(yè)，共34頁(yè)。-12-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三突破訓(xùn)練1.火星和木星沿各自的橢圓軌道繞太陽(yáng)運(yùn)行,根據(jù)開(kāi)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)周期之比的二次方等于它們軌道半長(zhǎng)軸之比的三次方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)的面積答案解析解析關(guān)閉答案解析關(guān)閉第十二頁(yè)，共34頁(yè)。-13-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三2.(多選)如圖所示,近地人造衛(wèi)星和月球繞地球的運(yùn)行軌道可視為圓。設(shè)衛(wèi)星、月球繞地球運(yùn)行周期分別為T(mén)衛(wèi)、T月,地球自轉(zhuǎn)周期為T(mén)地,則()A.T衛(wèi)<T月

B.T衛(wèi)>T月C.T衛(wèi)<T地

D.T衛(wèi)=T地答案解析解析關(guān)閉答案解析關(guān)閉第十三頁(yè)，共34頁(yè)。-14-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三規(guī)律總結(jié)涉及橢圓軌道運(yùn)行周期時(shí),在中學(xué)物理中,常用開(kāi)普勒第三定律求解。但該定律只能用在同一中心天體的兩星體之間,如繞太陽(yáng)運(yùn)行的兩行星之間或繞地球運(yùn)行的兩衛(wèi)星之間,而對(duì)于繞太陽(yáng)運(yùn)行的行星和繞地球運(yùn)行的衛(wèi)星,開(kāi)普勒定律就不適用了。第十四頁(yè)，共34頁(yè)。-15-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三考點(diǎn)二萬(wàn)有引力定律及其應(yīng)用(多維探究)1.萬(wàn)有引力與重力的關(guān)系地球?qū)ξ矬w的萬(wàn)有引力F表現(xiàn)為兩個(gè)效果:一是重力mg,二是提供物體隨地球自轉(zhuǎn)的向心力F向,如圖所示。第十五頁(yè)，共34頁(yè)。-16-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三第十六頁(yè)，共34頁(yè)。-17-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三考向1

萬(wàn)有引力的計(jì)算例1如圖所示,有人設(shè)想通過(guò)“打穿地球”從中國(guó)建立一條過(guò)地心的光滑隧道直達(dá)阿根廷。如只考慮物體間的萬(wàn)有引力,則從隧道口拋下一物體,物體的加速度(

)A.一直增大B.一直減小C.先增大后減小D.先減小后增大答案解析解析關(guān)閉答案解析關(guān)閉第十七頁(yè)，共34頁(yè)。-18-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三規(guī)律總結(jié)萬(wàn)有引力的“兩點(diǎn)理解”和“兩個(gè)推論”1.兩物體相互作用的萬(wàn)有引力是一對(duì)作用力和反作用力。2.地球上的物體受到的重力只是萬(wàn)有引力的一個(gè)分力。3.萬(wàn)有引力的兩個(gè)有用推論(1)推論1:在勻質(zhì)球殼的空腔內(nèi)任意位置處,質(zhì)點(diǎn)受到球殼的萬(wàn)有引力的合力為零,即∑F引=0。(2)推論2:在勻質(zhì)球體內(nèi)部距離球心r處的質(zhì)點(diǎn)(m)受到的萬(wàn)有引力等于球體內(nèi)半徑為r的同心球體(M')對(duì)其的萬(wàn)有引力,即第十八頁(yè)，共34頁(yè)。-19-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三考向2

星球表面重力加速度的計(jì)算例2(多選)我國(guó)發(fā)射的“嫦娥三號(hào)”登月探測(cè)器靠近月球后,先在月球表面附近的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);最后關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī),探測(cè)器自由下落。已知探測(cè)器的質(zhì)量約為1.3×103

kg,地球質(zhì)量約為月球的81倍,地球半徑約為月球的3.7倍,地球表面的重力加速度大小約為9.8m/s2,則此探測(cè)器(

)A.在著陸前的瞬間,速度大小約為8.9m/sB.懸停時(shí)受到的反沖作用力約為2×103

NC.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)行的線速度小于人造衛(wèi)星在近地圓軌道上運(yùn)行的線速度答案解析解析關(guān)閉答案解析關(guān)閉第十九頁(yè)，共34頁(yè)。-20-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三突破訓(xùn)練3.2016年11月18日,我國(guó)航天員景海鵬和陳冬在天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)造了在軌飛行30天的航天記錄。若地球半徑為R,把地球看做質(zhì)量分布均勻的球體。之前創(chuàng)造我國(guó)下潛記錄的“蛟龍”號(hào)下潛深度為d,“天宮二號(hào)”軌道距離地面高度為h,則“蛟龍”號(hào)所在處與“天宮二號(hào)”所在處的加速度之比為(

)答案解析解析關(guān)閉答案解析關(guān)閉第二十頁(yè)，共34頁(yè)。-21-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三4.(2017·江西南昌模擬)假設(shè)地球可視為質(zhì)量均勻分布的球體,由于地球的自轉(zhuǎn),地球表面上不同緯度的重力加速度有所差別,已知地球表面的重力加速度在兩極的大小為g0,在赤道的大小為g1,則在緯度為30°的地球表面上重力加速度為(

)答案解析解析關(guān)閉答案解析關(guān)閉第二十一頁(yè)，共34頁(yè)。-22-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三考點(diǎn)三天體質(zhì)量和密度的計(jì)算(師生共研)1.“自力更生”法(g-R)利用天體表面的重力加速度g和天體半徑R(3)GM=gR2稱(chēng)為黃金代換公式。第二十二頁(yè)，共34頁(yè)。-23-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三2.“借助外援”法(T-r)測(cè)出衛(wèi)星繞天體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期T和半徑r(3)若衛(wèi)星繞天體表面運(yùn)行時(shí),可認(rèn)為軌道半徑r等于天體半徑R,則天體密度

,可見(jiàn),只要測(cè)出衛(wèi)星環(huán)繞天體表面運(yùn)動(dòng)的周期T,就可估算出中心天體的密度。第二十三頁(yè)，共34頁(yè)。-24-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三例3(2016·湖北武漢模擬)美國(guó)的“卡西尼”號(hào)探測(cè)器經(jīng)過(guò)長(zhǎng)達(dá)7年的“艱苦”旅行,終于進(jìn)入繞土星飛行的軌道。若“卡西尼”號(hào)探測(cè)器在半徑為R的土星上空離土星表面高h(yuǎn)的圓形軌道上繞土星飛行,環(huán)繞n周飛行時(shí)間為t。已知引力常量為G,則下列關(guān)于土星質(zhì)量M和平均密度ρ的表達(dá)式正確的是(

)答案解析解析關(guān)閉答案解析關(guān)閉第二十四頁(yè)，共34頁(yè)。-25-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三思維點(diǎn)撥(1)萬(wàn)有引力提供向心力;(2)區(qū)別星球半徑與軌道半徑。特別提醒(1)利用萬(wàn)有引力提供天體做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力估算天體質(zhì)量時(shí),估算的只是中心天體的質(zhì)量,并非環(huán)繞天體的質(zhì)量。(2)區(qū)別天體半徑R和衛(wèi)星軌道半徑r,只有在天體表面附近的衛(wèi)星才可以有r≈R。計(jì)算天體密度時(shí),V=πR3中的R只能是中心天體的半徑。第二十五頁(yè)，共34頁(yè)。-26-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三突破訓(xùn)練5.(多選)(2016·江西上饒模擬)嫦娥五號(hào)T1試驗(yàn)器成功發(fā)射并順利在預(yù)定區(qū)域著陸返回,這是為我國(guó)實(shí)現(xiàn)探月無(wú)人采樣并返回進(jìn)行的一次重要試驗(yàn)。已知人造航天器在月球表面上空繞月球做勻速圓周運(yùn)動(dòng),經(jīng)過(guò)時(shí)間t(t小于航天器的繞行周期),航天器運(yùn)動(dòng)的弧長(zhǎng)為s,航天器與月球的中心連線掃過(guò)角度為θ,引力常量為G,則(

)答案解析解析關(guān)閉答案解析關(guān)閉第二十六頁(yè)，共34頁(yè)。-27-思維激活模型建立典例示范以題說(shuō)法類(lèi)題過(guò)關(guān)多星系統(tǒng)模型(1)在雙星模型中,如圖,若L、m1、m2、G為已知量,則雙星運(yùn)動(dòng)的周期如何表示?(2)若雙星運(yùn)動(dòng)的周期為T(mén),雙星之間的距離為L(zhǎng),引力常量G已知,則雙星的總質(zhì)量如何表示?第二十七頁(yè)，共34頁(yè)。-28-思維激活模型建立典例示范以題說(shuō)法類(lèi)題過(guò)關(guān)1.雙星(1)各自所需的向心力由彼此間的萬(wàn)有引力相互提供,(2)兩顆星的周期及角速度都相同,即T1=T2,ω1=ω2。(3)兩顆星的半徑與它們之間的距離關(guān)系:r1+r2=L。第二十八頁(yè)，共34頁(yè)。-29-思維激活模型建立典例示范以題說(shuō)法類(lèi)題過(guò)關(guān)2.多星(1)定義:所研究星體的萬(wàn)有引力的合力提供做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力,除中央星體外,各星體的角速度或周期相同。(2)三星模型:①三顆星位于同一直線上,兩顆質(zhì)量均為m的環(huán)繞星圍繞中央星在同一半徑為R的圓形軌道上運(yùn)行(如圖甲所示)。②三顆質(zhì)量均為m的星體位于等邊三角形的三個(gè)頂點(diǎn)上(如圖乙所示)。第二十九頁(yè)，共34頁(yè)。-30-思維激活模型建立典例示范以題說(shuō)法類(lèi)題過(guò)關(guān)(3)四星模型:①四顆質(zhì)量相等的星體位于正方形的四個(gè)頂點(diǎn)上,沿著外接于正方形的圓形軌道做勻速圓周運(yùn)動(dòng)(如圖丙所示)。②三顆質(zhì)量相等星體始終位于正三角形的三個(gè)頂點(diǎn)上,另一顆位于中點(diǎn)O,外圍三顆星繞O做勻速圓周運(yùn)動(dòng)(如圖丁所示)。第三十頁(yè)，共34頁(yè)。-31-思維激活模型建立典例示范以題說(shuō)法類(lèi)題過(guò)關(guān)例1(多選)(2016·河北唐山模擬)兩顆靠得比較近的恒星,只受到彼此之間的萬(wàn)有引力作用互相繞轉(zhuǎn),稱(chēng)之為雙星系