高考物理总复习4.4万有引力与航天课件PPT

这是一份高考物理总复习4.4万有引力与航天课件PPT，共60页。PPT课件主要包含了知识导图，一个焦点，半长轴，质量m1和m2的，质量分布均匀，万有引力，迁移训练，相互的引力等内容，欢迎下载使用。
它们之间距离r的二次方
【微点拨】1.同步卫星的六个“一定”:(1)轨道平面一定:轨道平面与赤道平面共面。(2)周期一定:与地球自转周期相同。(3)角速度一定:与地球自转的角速度相同。
(4)高度一定:h= ≈6R。(5)速率一定:v= 。(6)绕行方向一定:与地球自转的方向一致。
2.近地卫星特点:(1)近地卫星的轨道半径约等于地球半径。(2)近地卫星的速度即第一宇宙速度,是最大环绕速度。
【慧眼纠错】(1)只有较大物体如天体间存在万有引力。纠错:_________________________。(2)所有行星绕太阳运行的轨道都是椭圆,太阳位于椭圆的中心。纠错:_________________________。
所有物体间都存在万有引力
太阳位于椭圆的一个焦点上
(3)两物体间的距离趋近于零时,万有引力趋近于无穷大。纠错:_____________________________________________。(4)同步卫星可以定点在北京市的上方。纠错:_____________________________。
两物体间的距离趋近于零时,万有引力定律不
同步卫星只能定点于赤道正上方
(5)各天体的第一宇宙速度都是7.9 km/s。纠错:___________________________。(6)第一宇宙速度是最大发射速度、最小环绕速度。 纠错:_________________________________________。
不同天体的第一宇宙速度不同
第一宇宙速度是最小发射速度、最大环绕速度
考点1　中心天体质量和密度的估算【典题探究】 【典例1】(多选)(2016·海南高考)通过观测冥王星的卫星,可以推算出冥王星的质量。假设卫星绕冥王星做
匀速圆周运动,除了引力常量外,至少还需要两个物理量才能计算出冥王星的质量。这两个物理量可以是(　　)世纪金榜导学号04450092A.卫星的速度和角速度B.卫星的质量和轨道半径C.卫星的质量和角速度D.卫星的运行周期和轨道半径
【解题探究】(1)卫星绕冥王星做匀速圆周运动,_________提供向心力,_____= (2)卫星质量对运算结果有无影响?提示:因为关系式中的卫星质量m被约掉,所以卫星质量对运算结果无影响。
【解析】选A、D。根据线速度和角速度可以求出半径r= 根据万有引力提供向心力: 整理可以得到: 故选项A正确,B、C错误;若知道卫星的周期和半径,则 整理得到:M= 故选项D正确。
【通关秘籍】 天体质量和密度计算两法1.“g、R”法:已知天体表面的重力加速度g和天体半径R。(1)由 ，得天体质量 。(2)天体密度
2.“T、r”法:测出卫星绕中心天体做匀速圆周运动的半径r和周期T。(1)由 ,得M= 。(2)若已知天体的半径R,则天体的密度
(3)若卫星绕天体表面运行,可认为轨道半径r等于天体半径R,则天体密度 故只要测出卫星环绕天体表面运动的周期T,就可估算出中心天体的密度。
【考点冲关】 1.(多选)我国计划在2018年发射“嫦娥四号”,它是嫦娥探月工程计划中嫦娥系列的第四颗人造探月卫星,主要任务是更深层次、更加全面地科学探测月球地貌、资源等方面的信息,完善月球档案资料。已知月球的半径为R,月球表面的重力加速度为g,引力常量为G,“嫦娥四号”离月球中心的距离为r,绕月周期为T。根据以上信息可求出(　　)
A. “嫦娥四号”绕月运行的速度为 B. “嫦娥四号”绕月运行的速度为 C.月球的平均密度为 D.月球的平均密度为
【解析】选A、C。月球表面任意一物体重力等于万有引力mg= ,则有GM=R2g①,“嫦娥四号”绕月运行时,万有引力提供向心力 =m ,得v= ②,由①②得v= ,故A正确,B错误;“嫦娥四号”绕月运行时,根据万有引力提供向心力,有 ,得M= ;月球的平均密度为ρ= ,故C正确,D错误。
2.假设地球可视为质量均匀分布的球体。已知地球表面重力加速度在两极的大小为g0,在赤道的大小为g;地球自转的周期为T,引力常量为G。地球的密度为(　　)
【解析】选B。在两极时有G =mg0,得地球质量M= ;在赤道时有mg0-mg=m R,得地球半径R= ,所以地球密度ρ= ,选项B正确。
【加固训练】(多选)如图所示, 飞行器P绕某星球做匀速圆周运动,星球相对飞行器的张角为θ。下列说法正确的是(　　)A.轨道半径越大,周期越长B.轨道半径越大,速度越大C.若测得周期和张角,可得到星球的平均密度D.若测得周期和轨道半径,可得到星球的平均密度
【解析】选A、C。万有引力提供向心力 ,可得 ,轨道半径越大,周期越长,A项正确;万有引力提供向心力 可得 ,轨道半径越大,速度越小,B项错误;如果测出周期,则有 ,如果再知道张角θ,则能通过几何
关系求得该星球半径为 ,从而求出星球的体积 ,两者结合可求得星球的平均密度 ,C项正确;而D项中由轨道半径无法求得星球半径,故不能得到星球的平均密度,D项错误。
考点2　卫星的运动规律【典题探究】 【典例2】(2017·全国卷Ⅲ)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(　　)世纪金榜导学号04450093　　　　　　　　　　
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】选C。根据万有引力提供向心力有 ,可得周期T=2π ,速率v= ,向心加速度a= ,对接前后,轨道半径不变,则周期、速率、向心加速度均不变,质量变大,则动能变大,选项C正确,选项A、B、D错误。
迁移1:卫星的定性判断问题(多选)(2017·江苏高考)“天舟一号”货运飞船于2017年4月20日在文昌航天发射中心成功发射升空,与“天宫二号”空间实验室对接前,“天舟一号”在距离地面约380 km的圆轨道上飞行,则其(　　)
A.角速度小于地球自转角速度B.线速度小于第一宇宙速度C.周期小于地球自转周期D.向心加速度小于地面的重力加速度
【解析】选B、C、D。根据G =mω2r=ma知,“天舟一号”的角速度大于同步卫星的角速度,而同步卫星的角速度等于地球自转的角速度,所以“天舟一号”的角速度大于地球自转角速度,周期小于地球自转的周期,选项A错误、C正确;第一宇宙速度为最大的环绕速度,
所以“天舟一号”的线速度小于第一宇宙速度,B正确;地面重力加速度为 g= ,故“天舟一号”的向心加速度a小于地面的重力加速度g,故D正确。
迁移2:卫星的定量计算问题(2016·全国卷Ⅰ)利用三颗位置适当的地球同步卫星,可使地球赤道上任意两点之间保持无线电通讯。目前,地球同步卫星的轨道半径约为地球半径的6.6倍,假设地球的自转周期变小,若仍仅用三颗同步卫星来实现上述目的,则地球自转周期的最小值约为(　　)A.1 h　　　 B.4 hC.8 hD.16 h
【解析】选B。由于地球同步卫星的运转周期与地球自转周期相同,假设地球的自转周期变小,则同步卫星的运转周期变小,轨道半径变小,由几何关系可知轨道半径最小值为2R,据 可得T最小= T自=4 h,故选B。
迁移3:几类特殊卫星的比较(2018·淄博模拟)有a、b、c、d四颗地球卫星,a还未发射,在赤道表面上随地球一起转动,b是近地轨道卫星,c是地球同步卫星,d是高空探测卫星,它们均做匀速圆周运动,各卫星排列位置如图所示,则(　　)
A.a的向心加速度等于重力加速度gB.在相同时间内b转过的弧长最长C.c在4小时内转过的圆心角是 D.d的运动周期有可能是20小时
【解析】选B。a与c的角速度相等,由a向=ω2r知a的向心加速度小于c的向心加速度,c的向心加速度小于g,所以a的向心加速度小于g,A错误。a、b、c、d四颗卫星中,b的线速度最大,所以在相同时间内b转过的弧长最长,B正确。c的周期为24小时,c在4小时内转过的圆心角θ=ωt= ,C错误。由T= 知d的周期大于c的周期,大于24小时,D错误。
【通关秘籍】 利用万有引力解决卫星运动问题的思路:(1)一个模型:卫星的运动可简化为质点的匀速圆周运动。(2)两组公式。① ② =mg(g为星体表面的重力加速度)。
(3)一句口诀:越远越慢,越远越小。
①越远越慢:卫星离中心天体越远,v、ω越小、T越大。②越远越小:卫星离中心天体越远,an越小。
考点3　航天器的变轨问题【典题探究】 【典例3】(2016·天津高考)我国即将发射“天宫二号”空间实验室,之后发射“神舟十一号”飞船与“天宫二号”对接。假设“天宫二号”与“神舟十一号”
都围绕地球做匀速圆周运动,为了实现飞船与空间实验室的对接,下列措施可行的是世纪金榜导学号04450094(　　)A.使飞船与空间实验室在同一轨道上运行,然后飞船加速追上空间实验室实现对接B.使飞船与空间实验室在同一轨道上运行,然后空间实验室减速等待飞船实现对接
C.飞船先在比空间实验室半径小的轨道上加速,加速后飞船逐渐靠近空间实验室,两者速度接近时实现对接D.飞船先在比空间实验室半径小的轨道上减速,减速后飞船逐渐靠近空间实验室,两者速度接近时实现对接　　　　　　
【解题探究】(1)原来做匀速圆周运动的飞船,若速度增大,飞船将如何运动?提示:飞船加速后,万有引力不足以提供向心力,飞船将远离原来的轨道。
(2)原来做匀速圆周运动的飞船,若速度减小,飞船将如何运动?提示:飞船减速后,万有引力大于所需向心力,飞船将进入低轨道。
【解析】选C。若使飞船与空间实验室在同一轨道上运行,然后飞船加速,则由于所需向心力变大,F供F需,空间实验室将脱离原轨道而进入更低的轨道,不能实现对接,选项B错误;要
想实现对接,可使飞船在比空间实验室半径较小的轨道上加速,F供F需,则飞船将进入更低的轨道,从而不能实现对接,选项D错误。
【通关秘籍】 1.变轨分析:(1)卫星在圆轨道上稳定运行时,
(2)当卫星的速度突然增大时, ,即万有引力不足以提供向心力,卫星将做离心运动,脱离原来的圆轨道,轨道半径变大。当卫星进入新的轨道稳定运行时,由 v= 可知其运行速度比原轨道时减小,但重力势能、机械能均增加。
(3)当卫星的速度突然减小时, ,即万有引力大于所需要的向心力,卫星将做近心运动,脱离原来的圆轨道,轨道半径变小。当卫星进入新的轨道稳定运行时,由 v= 可知其运行速度比原轨道时增大,但重力势能、机械能均减小。
2.三个运行物理量的大小比较:(1)速度:变轨前后,航天器在不同轨道上的速度大小,或根据离心运动的条件判断,或根据近心运动的条件判断,或根据开普勒第二定律判断,或根据“越远越慢”判断。
(2)加速度:变轨前后,航天器的加速度大小可根据牛顿第二定律判断。(3)周期:变轨前后,航天器在不同轨道上的运行周期的大小可根据开普勒第三定律 =k判断。
【考点冲关】 1.(多选)(2018·鄂州模拟)目前,在地球周围有许多人造地球卫星绕着它运转,其中一些卫星的轨道可近似为圆,且轨道半径逐渐变小。若卫星在轨道半径逐渐变小的过程中,只受到地球引力和稀薄气体阻力的作用,则下列判断正确的是(　　)
A.卫星的动能逐渐减小B.由于地球引力做正功,引力势能一定减小C.由于气体阻力做负功,地球引力做正功,机械能保持不变D.卫星克服气体阻力做的功小于引力势能的减小量
【解析】选B、D。当卫星的半径减小时,由v= 可知,其动能增大;由于引力做正功,故引力势能一定减小,选项A错误,B正确。气体阻力做功,使系统的机械能减小,且有 =ΔE,由于动能增加,故引力势能的减小量大于机械能的减小量,选项C错误,D正确。
2.(2016·北京高考改编)如图所示,一颗人造卫星原来在椭圆轨道1绕地球E运行,在P点变轨后进入轨道2做匀速圆周运动。下列说法正确的是(　　)
A.不论在轨道1还是轨道2运行,卫星在P点的速度都相同B.不论在轨道1还是轨道2运行,卫星在P点的加速度都相同C.卫星在轨道1的任何位置都具有相同加速度D.卫星在轨道2的任何位置都具有相同速度
【解析】选B。卫星在轨道1经过P点后做近心运动,则有 ,卫星在轨道2做匀速圆周运动,则有 ,故vP2>vP1,因此卫星从轨道1变轨到轨道2,需要加速,选项A错误;不论在轨道1还是轨道2运行,卫星在P点只受万有引力,由牛顿第二定律 =ma得a= ,故只要半径相同,加速度的大小就相同,由于卫
星在轨道1做椭圆运动时,运动半径在变化,所以加速度在变化,故选项B正确,C错误;卫星在轨道2做匀速圆周运动,速度的大小不变,方向时刻改变,故选项D错误。
3.(多选)发射地球同步卫星时,先将卫星发射至近地圆轨道1,然后经点火,使其沿椭圆轨道2运行,最后再次点火,将卫星送入同步圆轨道3,轨道1和2相切于Q点,轨道2和3相切于P点,设卫星在轨道1和轨道3正常运行的速度和加速度分别为v1、v3和a1、a3,在轨道2经过P点时
的速度和加速度为v2和a2,且当卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时周期分别为T1、T2、T3,以下说法正确的是世纪金榜导学号04450095(　　)A.v1>v2>v3　　　　　　B.v1>v3>v2C.a1>a2>a3D.T1