全國通用版2018年高考物理大一輪復(fù)習(xí)第四章曲線運動萬有引力定律第4課時萬有引力定律人造衛(wèi)星課件第一頁，共59頁?；乜劢滩目键c掃描真題在線第二頁，共59頁?；乜劢滩摹な崂碇R

夯基礎(chǔ)知識整合一、開普勒行星運動定律1.第一定律:所有行星繞太陽運動的軌道都是

,太陽處在橢圓的一個

上.2.第二定律:對任意一個行星來說,它與太陽的連線在相等的時間內(nèi)掃過相等的

.3.第三定律:所有行星的軌道的

的三次方與它的

的二次方的比值都相等.橢圓焦點面積半長軸公轉(zhuǎn)周期第三頁，共59頁。二、萬有引力定律及其應(yīng)用1.內(nèi)容:自然界中任何兩個物體都相互吸引,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

,與它們之間距離r的二次方

.2.表達式:F=GG為引力常量:G=6.67×10-11N·m2/kg2.3.適用條件(1)公式適用于

間的相互作用.當(dāng)兩個物體間的距離遠遠大于物體本身的大小時,物體可視為質(zhì)點.(2)質(zhì)量分布均勻的球體可視為質(zhì)點,r是

的距離.成正比成反比質(zhì)點兩球心間第四頁，共59頁。三、宇宙速度1.第一宇宙速度(1)第一宇宙速度是人造地球衛(wèi)星在

環(huán)繞地球做勻速圓周運動時具有的速度.(2)第一宇宙速度是人造衛(wèi)星的

速度,也是人造地球衛(wèi)星的

速度.(3)第一宇宙速度的計算方法地面附近最大環(huán)繞最小發(fā)射第五頁，共59頁。2.第二宇宙速度和第三宇宙速度(1)第二宇宙速度:v2=

km/s,使物體掙脫

引力束縛的最小發(fā)射速度.(2)第三宇宙速度:v3=

km/s,使物體掙脫

引力束縛的最小發(fā)射速度.四、經(jīng)典時空觀和相對論時空觀1.經(jīng)典時空觀位移的測量、時間的測量都與

無關(guān).2.相對論時空觀同一過程的位移和時間測量在不同參考系中是

的.11.2地球16.7太陽參考系不同第六頁，共59頁。問題思考1.月球是地球的衛(wèi)星,它的軌道半徑約為地球半徑R的60倍,繞地球運行一周的時間約為27天.有一種通信衛(wèi)星需要“靜止”在赤道上空某一點,這種衛(wèi)星叫同步衛(wèi)星.則(1)同步衛(wèi)星的周期與地球自轉(zhuǎn)周期有什么關(guān)系?是多長時間?(2)同步衛(wèi)星離地面的高度大約是地球半徑的多少倍?答案:(1)相同1天(2)5.7倍第七頁，共59頁。2.在牛頓得出萬有引力定律的100多年后,有一位英國物理學(xué)家在實驗中比較準(zhǔn)確地得出了公式F=G中G的數(shù)值.當(dāng)時地面的重力加速度g和地球半徑R已經(jīng)測出,這位物理學(xué)家把他自己的實驗說成是“稱量地球的重量”.(1)你知道這位英國物理學(xué)家是誰嗎?(2)請寫出地球的質(zhì)量M的表達式.解析:(1)這位英國物理學(xué)家是卡文迪許.第八頁，共59頁。3.設(shè)地球的質(zhì)量為M,地球的半徑為R.牛頓曾想過,把物體從高山上水平拋出,速度一次比一次大,落地點也就一次比一次遠.如果速度足夠大,物體就不再落回地面,它將繞地球運動,成為人造衛(wèi)星,如圖所示.則這個速度至少應(yīng)該有多大?第九頁，共59頁?？键c掃描·重點透析

通熱點考點一萬有引力定律的理解與應(yīng)用要點透析1.開普勒行星運動定律(1)行星繞太陽的運動通常按圓軌道處理.(2)開普勒行星運動定律也適用于其他天體,例如月球、衛(wèi)星繞地球的運動.(3)開普勒第三定律=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.第十頁，共59頁。2.萬有引力的計算公式F=G適用于質(zhì)點、均勻介質(zhì)球體或球殼之間萬有引力的計算.當(dāng)兩物體為均質(zhì)球體或球殼時,可以認為均質(zhì)球體或球殼的質(zhì)量集中于球心,r為兩球心的距離,引力的方向沿兩球心的連線.(3)其他天體的“重力加速度”,可參考地球上的情況做相應(yīng)分析.第十一頁，共59頁。典例突破?核心點撥?(1)A,C兩物體不是衛(wèi)星,不滿足開普勒第三定律,但A,C兩物體隨地球一起轉(zhuǎn)動,需要向心力.(2)B為地球同步衛(wèi)星,其角速度和周期與地球自轉(zhuǎn)的角速度和周期相同.【例1】(2016·寧夏銀川二中一模)如圖所示,A為地球赤道上的物體,B為地球同步衛(wèi)星,C為地球表面上北緯60°的物體.已知A,B的質(zhì)量相同.則下列關(guān)于A,B和C三個物體的說法中,正確的是(

)A.A物體受到的萬有引力小于B物體受到的萬有引力B.B物體的向心加速度小于A物體的向心加速度C.A,B兩物體的軌道半徑的三次方與周期的二次方的比值相同D.A和B線速度的比值比C和B線速度的比值大,且都小于1第十二頁，共59頁。答案:D第十三頁，共59頁。誤區(qū)警示分析地球表面不同位置物體的運動的注意點(1)地球表面上物體到地心的距離相同,應(yīng)用萬有引力定律公式F=G時r是相同的;地球表面上不同緯度的物體到地軸的距離一般不同,應(yīng)用向心力公式a=ω2r時r是不相同的.(2)地球表面上物體雖然隨地球轉(zhuǎn)動而做勻速圓周運動,但不是衛(wèi)星,其萬有引力不是向心力.第十四頁，共59頁。即時鞏固1.導(dǎo)學(xué)號[天體表面的重力加速度的計算]火星的質(zhì)量和半徑分別約為地球的和,地球表面的重力加速度為g地,則火星表面的重力加速度約為(

)A.0.2g地

B.0.4g地

C.2.5g地

D.5g地B第十五頁，共59頁。2.[天體之間萬有引力的計算](2013·浙江卷,18)(多選)如圖所示,三顆質(zhì)量均為m的地球同步衛(wèi)星等間隔分布在半徑為r的圓軌道上,設(shè)地球質(zhì)量為M,半徑為R.下列說法正確的是(

)BC第十六頁，共59頁?？键c二天體質(zhì)量和密度的估算要點透析第十七頁，共59頁。③若天體的衛(wèi)星在天體表面附近環(huán)繞天體運動,可認為其軌道半徑r等于天體半徑R,則天體密度ρ=.可見,只要測出衛(wèi)星環(huán)繞天體表面運動的周期T,就可估算出中心天體的密度.2.估算天體問題應(yīng)注意三點(1)天體質(zhì)量估算中常有隱含條件,如地球的自轉(zhuǎn)周期為24h,公轉(zhuǎn)周期為365天等.(2)注意黃金代換式GM=gR2的應(yīng)用.(3)注意密度關(guān)系式ρ=的理解和應(yīng)用.第十八頁，共59頁。典例突破【例2】(2016·寧夏六盤山期中)(多選)天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一顆太陽系外行星,其半徑約為地球的2倍,質(zhì)量約為地球的6倍;并環(huán)繞一顆紅矮星運行,其公轉(zhuǎn)周期約為地球公轉(zhuǎn)周期的1/200,公轉(zhuǎn)半徑約為日地距離的1/50.設(shè)該行星表面的重力加速度為g1,地球表面的重力加速度為g2,該紅矮星的質(zhì)量為M1,太陽質(zhì)量為M2.假設(shè)該行星和地球公轉(zhuǎn)軌跡為圓,且不考慮自轉(zhuǎn).以下估算正確的是(

)A.g1和g2的比值約為3∶2B.g1和g2的比值約為3∶1C.M1和M2的比值約為3∶1D.M1和M2的比值約為8∶25?核心點撥?

(1)首先根據(jù)星球表面的物體受到的重力等于星球?qū)λ娜f有引力,求出重力加速度的表達式,然后求出兩加速度之比.(2)根據(jù)行星繞恒星做圓周運動所需向心力由萬有引力提供,由牛頓第二定律列方程求出恒星質(zhì)量的表達式,從而求出紅矮星與太陽的質(zhì)量之比.第十九頁，共59頁。答案:AD第二十頁，共59頁。誤區(qū)警示天體質(zhì)量和密度估算的易錯點(1)利用萬有引力提供天體做圓周運動的向心力估算天體質(zhì)量時,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)星才有r≈R;計算天體密度時,V=πr3中的r只能是中心天體的半徑.第二十一頁，共59頁。1.[“g,R”法計算天體質(zhì)量和密度]有一星球的密度跟地球密度相同,但它表面處的重力加速度是地球表面處重力加速度的4倍,則該星球的質(zhì)量是地球質(zhì)量的(忽略其自轉(zhuǎn)影響)(

)A. B.4倍 C.16倍 D.64倍即時鞏固D第二十二頁，共59頁。2.導(dǎo)學(xué)號00622271[“T,r”法計算天體質(zhì)量和密度](2016·江蘇揚州期末)2015年7月23日美國宇航局通過開普勒太空望遠鏡發(fā)現(xiàn)了迄今“最接近地球形態(tài)”的系外行星開普勒-452b,開普勒-452b圍繞一顆類似太陽的恒星做勻速圓周運動,公轉(zhuǎn)周期約為385天(約3.3×107s),軌道半徑約為1.5×1011m,已知引力常量G=6.67×10-11N·m2/kg2,利用以上數(shù)據(jù)可以估算類似太陽的恒星的質(zhì)量約為(

)A.1.8×1030kg B.2.0×1027kgC.1.8×1024kg D.1.8×1021kgA第二十三頁，共59頁?？键c三宇宙速度與衛(wèi)星運動參量的分析和計算要點透析1.衛(wèi)星運行的四個關(guān)系第二十四頁，共59頁。2.三個特殊物體的比較第二十五頁，共59頁。多維突破高考真題鏈接2013全國Ⅱ卷,202014全國Ⅰ卷,19衛(wèi)星軌道近似為圓,由于稀薄氣體阻力作用而軌道半徑逐漸變小,則判斷引力、阻力做功情況以及動能、引力勢能的變化已知2014年各行星沖日時間、各行星的公轉(zhuǎn)半徑.判斷或計算各行星出現(xiàn)沖日現(xiàn)象時間(時間間隔)2015全國Ⅰ卷,212016全國Ⅰ卷,17“嫦娥三號”登月探測器在月球表面附近的近似圓軌道上繞月運行.分析比較近月圓軌道的線速度與近地圓軌道上的線速度僅用三顆地球同步衛(wèi)星實現(xiàn)赤道上任意兩點之間保持無線電通訊.求地球自轉(zhuǎn)周期的最小值第二十六頁，共59頁。高考題型1天體運行參量的分析與應(yīng)用【例3】(2016·陜西漢中質(zhì)檢)假設(shè)太陽系中天體的密度不變,天體直徑和天體之間距離都縮小到原來的一半,地球繞太陽公轉(zhuǎn)近似為勻速圓周運動,則下列物理量變化正確的是(

)?核心點撥?

(1)球體的體積公式為V=πR3,結(jié)合天體的密度就能確定天體的質(zhì)量.(2)地球繞太陽公轉(zhuǎn)的向心力由萬有引力提供.第二十七頁，共59頁。答案:B第二十八頁，共59頁。題后反思解決天體運動的一般思路(1)一種模型無論自然天體(如地球、月亮)還是人造天體(如宇宙飛船、人造衛(wèi)星)都可以看做質(zhì)點,圍繞中心天體(視為靜止)做勻速圓周運動.(2)兩條思路①萬有引力提供向心力,即G=ma.②天體對其表面物體的萬有引力近似等于重力,即=mg(g為星體表面處的重力加速度),或gR2=GM(“黃金代換”).第二十九頁，共59頁。【針對訓(xùn)練】

(2016·江蘇卷,7)(多選)如圖所示,兩質(zhì)量相等的衛(wèi)星A,B繞地球做勻速圓周運動,用R,T,Ek,S分別表示衛(wèi)星的軌道半徑、周期、動能、與地心連線在單位時間內(nèi)掃過的面積.下列關(guān)系式正確的有(

)AD第三十頁，共59頁。第三十一頁，共59頁。高考題型2赤道上的物體、近地衛(wèi)星、同步衛(wèi)星的分析與應(yīng)用【例4】

有a,b,c,d四顆地球衛(wèi)星,a在地球赤道上未發(fā)射,b在靠近地面附近的近地軌道上正常運動,c是地球同步衛(wèi)星,d是高空探測衛(wèi)星,各衛(wèi)星排列位置如圖所示,則有(

)A.a的向心加速度等于重力加速度gB.c在4h內(nèi)轉(zhuǎn)過的圓心角是π/6C.b在相同時間內(nèi)轉(zhuǎn)過的弧長最長D.d的運動周期有可能是20h?核心點撥?

(1)a處在地球赤道上隨地球的自轉(zhuǎn)運動,而c的角速度與地球自轉(zhuǎn)角速度相同,因此,a與c具有相同的角速度和周期.(2)b,c,d是衛(wèi)星,其向心力由萬有引力提供.第三十二頁，共59頁。答案:C第三十三頁，共59頁。題后反思繞地球轉(zhuǎn)動物體的分析思路(1)先確定繞地球轉(zhuǎn)動的物體是否為衛(wèi)星.(2)赤道上物體雖然繞行半徑為地球半徑,周期為地球自轉(zhuǎn)周期,但除受萬有引力還受地面支持力,其向心力是萬有引力的一個分力.(3)近地衛(wèi)星繞行半徑為地球半徑,但不受地面的支持力,其萬有引力全部提供向心力,它的軌道半徑是所有衛(wèi)星中軌道半徑最小的.第三十四頁，共59頁?！踞槍τ?xùn)練】

導(dǎo)學(xué)號00622272(2016·河南洛陽期末)2015年3月5日,國務(wù)院總理李克強在十二屆全國人民代表大會上所做的政府工作報告中提到:“超級計算、探月工程、衛(wèi)星應(yīng)用等重大科研項目取得新突破”.若已知地球的半徑為R,赤道上物體隨地球自轉(zhuǎn)的加速度為a1,第一宇宙速度為v1;地球同步衛(wèi)星的軌道半徑為r,向心加速度為a2,運動速率為v2,下列關(guān)系正確的是(

)A第三十五頁，共59頁。第三十六頁，共59頁?？键c四衛(wèi)星變軌問題要點透析第三十七頁，共59頁。典例突破【例5】

(2016·天津卷,3)我國即將發(fā)射“天宮二號”空間實驗室,之后發(fā)射“神舟十一號”飛船與“天宮二號”對接.假設(shè)“天宮二號”與“神舟十一號”都圍繞地球做勻速圓周運動,為了實現(xiàn)飛船與空間實驗室的對接,下列措施可行的是(

)A.使飛船與空間實驗室在同一軌道上運行,然后飛船加速追上空間實驗室實現(xiàn)對接B.使飛船與空間實驗室在同一軌道上運行,然后空間實驗室減速等待飛船實現(xiàn)對接C.飛船先在比空間實驗室半徑小的軌道上加速,加速后飛船逐漸靠近空間實驗室,兩者速度接近時實現(xiàn)對接D.飛船先在比空間實驗室半徑小的軌道上減速,減速后飛船逐漸靠近空間實驗室,兩者速度接近時實現(xiàn)對接?核心點撥?(1)只要“天宮二號”和“神舟十一號”在同一軌道上,無論哪一個“加速”或“減速”均脫離原軌道,無法實現(xiàn)對接.(2)“神舟十一號”在低軌道上加速則可追上高軌道上的“天宮二號”.第三十八頁，共59頁。解析:使飛船與空間實驗室在同一軌道上運行,然后飛船加速,則向心力變大,飛船將脫離原軌道而進入更高的軌道,不能實現(xiàn)對接;若空間實驗室減速,則向心力變小,空間實驗室將脫離原軌道而進入更低的軌道,不能實現(xiàn)對接,故選項A,B錯誤;要想實現(xiàn)對接,可使飛船在比空間實驗室半徑小的軌道上加速,然后飛船將進入較高的空間實驗室軌道,逐漸靠近空間實驗室后,兩者速度接近時實現(xiàn)對接,選項C正確;若飛船在比空間實驗室半徑小的軌道上減速,則飛船將進入更低的軌道,不能實現(xiàn)對接,選項D錯誤.答案:C第三十九頁，共59頁。題后反思衛(wèi)星變軌注意問題(1)穩(wěn)定在新的圓軌道上的運行速度由v=判斷;人造衛(wèi)星變軌時,根據(jù)萬有引力和所需向心力的大小關(guān)系判斷衛(wèi)星將進入內(nèi)側(cè)還是外側(cè)軌道.(2)人造衛(wèi)星在不同軌道上運行時機械能不同,軌道半徑越大,機械能越大.(3)人造衛(wèi)星在橢圓軌道的近地點或遠地點減速或加速,則可進入較小半徑或較大半徑的圓軌道運動.第四十頁，共59頁。1.導(dǎo)學(xué)號00622273[衛(wèi)星軌道突變的情形](2016·河北唐山模擬)(多選)如圖所示,地球衛(wèi)星a,b分別在橢圓軌道、圓形軌道上運行,橢圓軌道在遠地點A處與圓形軌道相切,則(

)A.衛(wèi)星a的運行周期比衛(wèi)星b的運行周期短B.兩顆衛(wèi)星分別經(jīng)過A處時,a的速度大于b的速度C.兩顆衛(wèi)星分別經(jīng)過A處時,a的加速度小于b的加速度D.衛(wèi)星a在A處通過加速可以到圓軌道上運行即時鞏固AD解析:由于衛(wèi)星a的運行軌道的半長軸比衛(wèi)星b的運行軌道半徑短,根據(jù)開普勒定律,衛(wèi)星a的運行周期比衛(wèi)星b的運行周期短,選項A正確;兩顆衛(wèi)星分別經(jīng)過A處時,a的速度小于b的速度,選項B錯誤;兩顆衛(wèi)星分別經(jīng)過A處,a的加速度等于b的加速度,選項C錯誤;衛(wèi)星a在A處通過加速可以到圓軌道上運行,選項D正確.第四十一頁，共59頁。2.[衛(wèi)星軌道漸變的情形](2016·河北衡水中學(xué)期中)(多選)小行星繞恒星運動的同時,恒星均勻地向四周輻射能量,質(zhì)量緩慢減小,可認為小行星在繞恒星運動一周的過程中近似做圓周運動,則經(jīng)過足夠長的時間后,小行星運動的(

)A.半徑變大 B.速率變大C.加速度變小 D.周期變小AC第四十二頁，共59頁。考點五“雙星或多星”問題要點透析1.宇宙雙星問題(1)兩星的角速度、周期都相同,即T1=T2,ω1=ω2.(3)兩星之間的距離不變,且兩星的軌道半徑之和等于兩星之間的距離,即r1+r2=L.2.宇宙三星、四星問題首先明確多星系統(tǒng)中各星體的位置及周期關(guān)系,再分析各星做勻速圓周運動的向心力的來源和軌道半徑.第四十三頁，共59頁。典例突破【例6】如圖為一個國際研究小組觀測到的一組雙星系統(tǒng),它們繞兩者連線上的某點O做勻速圓周運動,此雙星系統(tǒng)中體積較小成員能“吸食”另一顆體積較大星體表面物質(zhì),使其質(zhì)量轉(zhuǎn)移,假設(shè)在演變的過程中兩者球心之間的距離保持不變,則在最初演變的過程中(

)A.它們做圓周運動的萬有引力保持不變B.它們做圓周運動的角速度不斷變大C.體積較大星體圓周運動軌跡半徑變大,線速度也變大D.體積較大星體圓周運動軌跡半徑變大,線速度變小?核心點撥?

(1)兩者繞連線上的某點O做勻速圓周運動,它們屬雙星系統(tǒng).應(yīng)用萬有引力提供向心力,對二者分別列方程.(2)體積較小成員能“吸食”另一顆體積較大星體表面物質(zhì),質(zhì)量轉(zhuǎn)移但總質(zhì)量不變.第四十四頁，共59頁。答案:C第四十五頁，共59頁。題后反思多星問題的分析要點(1)多星問題中,系統(tǒng)繞其某一點做勻速圓周運動,某一星體所需向心力是其他星體對它萬有引力的矢量和.(2)雙星系統(tǒng)中,各行星的向心力大小一定相等,等于它們之間的萬有引力,向心力不會因為兩行星質(zhì)量、軌道半徑不同而不同.第四十六頁，共59頁。1.[雙星系統(tǒng)中各運動量的分析和計算](2016·江西九江統(tǒng)考)冥王星與其附近的另一星體卡戎可視為雙星系統(tǒng),質(zhì)量比約為7∶1,同時繞它們連線點O做勻速圓周運動.由此可知,冥王星繞O點運動的(

)即時鞏固A第四十七頁，共59頁。第四十八頁，共59頁。2.導(dǎo)學(xué)號00622274[雙星系統(tǒng)總質(zhì)量的分析和計算](2016·湖北荊門模擬)在天文觀測中,因為觀測視角的問題,有時會看到一種比較奇怪的“雙星”系統(tǒng):與其他天體相距很遠的兩顆恒星,在同一直線上往返運動,它們往返運動的中心相同,周期也一樣.模型如圖所示,恒星A在A1A2之間往返運動,恒星B在B1B2之間往返運動,且A1A2=a,B1B2=b,現(xiàn)觀測得它們運動的周期為T,恒星A,B的質(zhì)量分別為M,m,引力常量G,則(

)B第四十九頁，共59頁。第五十頁，共59頁。真題在線·體驗高考

提素能1.(2016·全國Ⅲ卷,14)關(guān)于行星運動的規(guī)律,下列說法符合史實的是(

)A.開普勒在牛頓定律的基礎(chǔ)上,導(dǎo)出了行星運動的規(guī)律B.開普勒在天文觀測數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,總結(jié)出了行星運動的規(guī)律C.開普勒總結(jié)出了行星運動的規(guī)律,找出了行星按照這些規(guī)律運動的原因D.開普勒總結(jié)出了行星運動的規(guī)律,發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律B解析:開普勒在大量研究前人常年觀測天文數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,總結(jié)出了行星運動的規(guī)律.牛頓發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律,揭示了行星按這些規(guī)律運動的原因,選項A,C,D錯誤,B正確.第五十一頁，共59頁。2.(2016·全國Ⅰ卷,17)利用三顆位置適當(dāng)?shù)牡厍蛲叫l(wèi)星,可使地球赤道上任意兩點之間保持無線電通訊.目前,地球同步衛(wèi)星的軌道半徑約為地球半徑的6.6倍,假設(shè)地球的自轉(zhuǎn)周期變小,若仍僅用三顆同步衛(wèi)星來實現(xiàn)上述目的,則地球自轉(zhuǎn)周期的最小值約為(

)A.1h B.4h C.8h D.16hB第五十二頁，共59頁。3.(2015·全國Ⅰ卷,21)