高考物理专题五万有引力与航天课件.pptx

专题五万有引力与航天考点一天体的运动开普勒
第三定
律(周期
定律)二、万有引力定律万有引力的特性三、引力常量实验装置考向一天体的运动
行星的运行轨道都是椭圆轨道,实际上,行星的轨道与圆十分接近,不管是椭圆轨道,还是圆周轨道,在计算或比较运行周期时都可采用开普勒第三定律: = 。例1哈雷彗星是人一生中唯一可以裸眼看见两次的彗星,其绕日运行的周期为T年,若测得它在近日点距太阳中心的距离是地球公转轨道半长轴的N倍,则由此估算出哈雷彗星在近日点时受到太阳的引力是在远日点受太阳引力的 ()
A.N2倍B.(2 -N)2N-2倍
C.(2 N-1-1)倍D. N2倍答案B考向二万有引力定律及其应用
一、对重力的理解
1.地球表面物体的重力与万有引力
地面上的物体所受地球的吸引力产生两个效果,其中一个分力提供了物体绕地轴做圆周运动的向心力,另一个分力等于重力。(1)在两极,向心力等于零,重力等于万有引力;(2)除两极外,物体的重力都比万有引力小;(3)在赤道处,物体的万有引力分解为两个分力(F向和mg),两分力在一条直线上,有F=F向+mg,所以mg=F-F向= -mRω2。
2.地球表面附近(脱离地面)物体的重力与万有引力
物体在地球表面附近(脱离地面)绕地球转时,物体所受的重力等于万有引力,即mg= ,R为地球半径,g为地球表面附近的重力加速度,上式变形得
GM=gR2。3.距地面一定高度处物体的重力与万有引力
物体在距地面一定高度h处绕地球转时,mg'= ,R为地球半径,g'为该
高度处的重力加速度。
4.在匀质球体(质量为M)内部距离球心r处的质点(质量为m)受到的万有引力等于球体内半径为r的同心球体(质量为M')对其的万有引力,即F=G ,
而 = ,而该处物体的重力在数值上等于该处的万有引力,则有 =
mg',得 r=mg'。因此球体内距球心r处的重力随着r的增大成正比增
加。例2已知质量分布均匀的球壳对壳内物体的引力为0。假设地球是一半径为R的质量分布均匀的球体,地球表面的重力加速度大小为g。试求:
(1)在地面上方离地面距离为 处的重力加速度大小与在地面下方地球内
部离地面距离为 处的重力加速度大小之比为多少?
(2)设想地球的密度不变,自转周期不变,但地球球体半径变为原来的一半,仅考虑地球和同步卫星之间的相互作用力,则该“设想地球”的同步卫星的轨道半径与以前地球的同步卫星的轨道半径的比值是多少?解析(1)由万有引力等于重力知
 =mg1
 =mg2
且有 = = 
则 = 
(2)地球对同步卫星的万有引力提供同步卫星转动的向心力
 =m' r1
 =m' r2答案(1)8∶9(2) 二、天体的质量、密度
通过观察绕天体做匀速圆周运动的卫星的周期T、半径r,由万有引力等于向心力即G =m ·r,得
天体质量M= 。
(1)若知道天体的半径R,则天体的密度
ρ= = = 。
(2)若天体的卫星环绕天体表面运动,其轨道半径r近似等于天体半径R,其周期为T,则天体密度ρ= 。例3随着地球资源的枯竭和空气污染如雾霾的加重,星球移民也许是最好的方案之一。美国NASA于2016年发现一颗迄今为止与地球最类似的太阳系外的行星,与地球的相似度为0.98,并且可能拥有大气层和流动的水,这颗行星距离地球约1400光年,公转周期约为37年,这颗名叫Kepler452b的行星,它的半径大约是地球的1.6倍,重力加速度与地球的相近。已知地球的第一宇宙速度为7.9km/s,则下列说法正确的是 ()
A.飞船在Kepler452b表面附近运行时的速度小于7.9km/s
B.该行星的质量约为地球质量的1.6倍
C.该行星的平均密度约是地球平均密度的 
D.在地球上发射航天器到达该星球,航天器的发射速度至少要达到第三宇宙速度答案CD考点二人造卫星、宇宙航行二、同步卫星的六个“一定”考向一人造卫星
1.卫星的轨道参量随轨道半径变化的规律2.人造地球卫星的轨道
由于万有引力提供向心力,因此所有人造地球卫星的轨道圆心都在地心上。
(1)赤道轨道:卫星的轨道在赤道平面内,同步卫星轨道就是其中的一种。
(2)极地轨道:卫星的轨道过南北两极,即在垂直于赤道的平面内,如极地气象卫星轨道。
(3)其他轨道:除以上两种轨道外的卫星轨道,轨道平面一定通过地球的球心。例1(2017课标Ⅲ,14,6分)2017年4月,我国成功发射的天舟一号货运飞船与天宫二号空间实验室完成了首次交会对接,对接形成的组合体仍沿天宫二号原来的轨道(可视为圆轨道)运行。与天宫二号单独运行时相比,组合体运行的 ()
A.周期变大B.速率变大
C.动能变大D.向心加速度变大解析天宫二号单独运行时的轨道半径与组合体运行的轨道半径相同。由运动周期T=2π ,可知周期不变,A项错误。由速率v= ,可知速
率不变,