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高考物理 第四章 第4单元 万有引力与航天课件 新人教版

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1、一、开普勒运动定律 1开普勒第一定律:所有行星绕太阳运动的轨道都是 ,太阳处在椭圆的一个 上/焦点/2开普勒第二定律:对任意一个行星来说,它和太阳的 在相等的时间内扫过相等的 /面积/连线/椭圆/3开普勒第三定律:所有行星的轨道的 的三次方跟它 的 的二次方的比值都相等,表达式: //公转周期/半长轴/二、万有引力定律 1内容:自然界中任何两个物体都相互吸引,引力的方 向在它们的连线上,引力的大小跟物体的质量m1和m2 的 成正比,与它们之间距离r的 成反比/2公式:FG 其中G , 叫引力常数/6/671011 Nm2/kg2/乘积/二次方/3特殊情况 (1)两质量分布均匀的球体间的相互作用

2、,也可用本定律 来计算,其中r为 (2)一个质量分布均匀的球体和球外一个质点间的万有引力也适用,其中r为 /两球心间的距离/质点到球心间的距离/三、三种宇宙速度 1第一宇宙速度(环绕速度):v1 ,是人造地球卫星的最小 速度,也是人造地球卫星绕地球做圆 周运动的 速度/7/9 km/s/发射/最大/2第二宇宙速度(脱离速度):v2 ,是使物体 挣脱 引力束缚的最小发射速度/11/2 km/s/地球/3第三宇宙速度(逃逸速度):v3 ,是使物体 挣脱 引力束缚的最小发射速度/太阳/16/7 km/s/(1)三种宇宙速度均指发射速度,不要误以为是环绕速度 (2)任何星体都有对应的宇宙速度,以上三种

3、宇宙速度是对地球而言的/四、万有引力定律的应用/1天体质量和密度的计算 (1)利用天体表面的重力加速度g和天体半径R/ 由于G mg,故天体质量M 天体密度/(2)利用卫星绕天体做匀速圆周运动的周期T和轨道半径r/ 由万有引力等于向心力,即G m r,得出 中心天体 质量M 若已知天体的半径R,则天体的密度 /若天体的卫星在天体表面附近环绕天体运动,可认为其轨道半径r等于天体半径R,则天体密度/不考虑天体自转,对任何天体表面都可以认为mg G 从而得出GMgR2(通常称为黄金代换),其中M为该天体的质量,R为该天体的半径,g为相应天体表面的重力加速度/2讨论人造卫星的参量 (1)向心力和向心加

4、速度:F 随着轨道半径的增 加,卫星的向心力和向心加速度都减小 (2)线速度v:由 得v 随着轨道半径的增加,卫星的线速度减小/(3)角速度:由 m2r 得 随着轨道半 径的增加,做匀速圆周运动的卫星的角速度减小 (4)周期:由 得T2 随着轨道半 径的增加,卫星的周期增大/五/卫星的超重与失重 卫星发射过程中,卫星上的物体处于超重状态。 卫星进入轨道后正常运转时,卫星具有的加速度等于轨道 处的重力加速度g轨,卫星上的物体完全失重 返回时,由于空气、降落伞或沿向地面方向喷气,卫星上的物 体处于超重状态/六卫星的能量 轨道半径越大,速度越小,动能越小,但重力势能越 大,且总机械能也越大,也就是轨

5、道半径越大的卫星,运行速度虽小,但发射速度越大/七同步卫星 同步卫星就是与地球同步运转,相对地球静止的卫星, 因此可用来作为通讯卫星同步卫星有以下几个特点: (1)周期一定:T24 h/ (2)角速度一定:同步卫星绕地球运动的角速度等于地球 自转的角速度 (3)轨道一定: 所有同步卫星的 轨道必在赤道平面内 确定的高度约为3/6104 km/ (4)运行速度大小一定:都是3/08 km/s,运行方向与地球自转 相同/例1(2009广东高考)关于地球的第一宇宙速度,下列表述正确的是 A第一宇宙速度又叫环绕速度 B第一宇宙速度又叫脱离速度 C第一宇宙速度跟地球的质量无关 D第一宇宙速度跟地球的半径

6、无关/例2关于行星绕太阳运动的下列说法中正确的是 () A所有行星都在同一椭圆轨道上绕太阳运动 B所有行星的轨道的半长轴的三次方跟公转周期的二次 方的比值都相等 C离太阳越近的行星运动周期越大 D行星绕太阳运动时太阳位于行星轨道的中心处/例3(2010深圳模拟)近年来,人类发射的多枚火星探测器已 经相继在火星上着陆,正在进行着激动人心的科学探究, 为我们将来登上火星、开发和利用火星资源奠定了坚实 的基础如果火星探测器环绕火星做“近地”匀速圆周 运动,并测得该运动的周期为T,则火星的平均密度的 表达式为(k为某个常数) () AkT B CkT2 D/例4(2009安徽高考)2009年2月11日

7、,俄罗斯的“宇宙2251”卫星和美国的“铱33”卫星在西伯利亚上空约805 km处发生碰撞这是历史上首次发生的完整在轨卫 星碰撞事件碰撞过程中产生的大量碎片可能会影响太 空环境假定有甲、乙两块碎片,绕地球运动的轨道都是圆,甲的运行速率比乙的大,则下列说法中正确的是 ()/A甲的运行周期一定比乙的长B甲距地面的高度一定比乙的高C甲的向心力一定比乙的小D甲的加速度一定比乙的大/例5。据报道,我国数据中继卫星“天链一号于2008年4月25日在西昌卫星发射中心发射升空,经过4次变轨控制后,于5月1日成功定点在东经77赤道上空的同步轨道关于成功定点后的“天链一号01星”,下列说***确的是 A运行速度大于

8、7/9 km/s B离地面高度一定,相对地面静止 C绕地球运行的角速度比月球绕地球运行的角速度大 D向心加速度与静止在赤道上物体的向心加速度大小相等/例6宇航员在地球表面以一定初速度竖直上抛一小球,经 过时间t小球落回原处;若他在某星球表面以相同的 初速度竖直上抛同一小球,需经过时间5t小球落回原 处(取地球表面重力加速度g10 m/s2,空气阻力不计) (1)求该星球表面附近的重力加速度g; (2)已知该星球的半径与地球半径之比为R星R地14, 求该星球的质量与地球质量之比M星M地/例7、 (2009全国卷)天文学家新发现了太阳系外的一颗行星这颗行星的体积是地球的4/7倍,质量是地球的25倍

9、已知某一近地卫星绕地球运动的周期约为1/4小时,引力常量G6/671011 Nm2/kg2,由此估算该行星的平均密度为 () A1/8103 kg/m3B5/6103 kg/m3 C1/1104 kg/m3 D2/9104 kg/m3/例8、土星周围有许多大小不等的***颗粒,其绕土星的运动可视为圆周运动其中有两个***颗粒A和B与土星中心的距离分别为rA8/0104 km和rB1/2105 km/忽略所有***颗粒间的相互作用(结果可用根式表示)/(1)求***颗粒A和B的线速度之比 (2)求***颗粒A和B的周期之比3)土星探测器上有一物体,在地球上重为10 N,推算出它在距土星中心3/2105 km处受到土星的引力为0/38 N已知地球半径为6/4103 km,请估算土星质量是地球质量的多少倍?/例9、2009年5月,航天飞机在完成对哈勃空间望远镜的维修任务后,在A点从圆形轨道进入椭圆轨道,B为轨道上的一点,如图所示,关于航天飞机的运动,下列说法中正确的有 (A)在轨道上经过A的速度小于经过B的速度 (B)在轨道上经过A的动能小于在轨道上经过A 的动能 (C)在轨道上运动的周期小于在轨道上运动的周期 (D)在轨道上经过A的加速度小于在轨道上经过A的加速度/例102007年10月24日18时05分,我国成功发射了“嫦娥一号”探月卫星,11月5日进入月球轨道后,经历3次轨

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