高三物理一轮复习-万有引力与航天解析

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1、【想一想】【想一想】(1)开普勒行星运动定律不仅适用于行星绕太阳运动，也适用于开普勒行星运动定律不仅适用于行星绕太阳运动，也适用于卫星绕地球运动，若一颗卫星绕地球做椭圆轨道运动，则它在近地点卫星绕地球运动，若一颗卫星绕地球做椭圆轨道运动，则它在近地点和远地点的速度大小关系如何？和远地点的速度大小关系如何？(2)请根据万有引力定律和牛顿第二定律分析地球表面上不同质请根据万有引力定律和牛顿第二定律分析地球表面上不同质量的物体的重力加速度大小关系量的物体的重力加速度大小关系第第4 4单元万有引力与航天单元万有引力与航天基础探究基础探究万有引力定律万有引力定律【填一填】【填一填】1开普勒行星运动定律开

2、普勒行星运动定律温馨提示温馨提示均匀的球体可视为质点，均匀的球体可视为质点，r是两球心间的距离一个是两球心间的距离一个均匀球体与球外一个质点间的万有引力也适用，其中均匀球体与球外一个质点间的万有引力也适用，其中r为球心到质点间为球心到质点间的距离的距离质点质点【想一想】【想一想】在地球周围飞行着许多人造地球卫星，由于用途不同，它们的在地球周围飞行着许多人造地球卫星，由于用途不同，它们的运行轨道也不相同，请思考以下问题：运行轨道也不相同，请思考以下问题：(1)若各卫星的轨道均为圆形轨道，这些轨道有什么共同点？若各卫星的轨道均为圆形轨道，这些轨道有什么共同点？(2)各圆形轨道卫星的飞行速度是不同的

3、，卫星离地面越近，其各圆形轨道卫星的飞行速度是不同的，卫星离地面越近，其飞行速度越大还是越小，它们的最大速度是多少？飞行速度越大还是越小，它们的最大速度是多少？提示：提示：(1)各圆形轨道的圆心均为地球的球心各圆形轨道的圆心均为地球的球心(2)离地面越近的卫星，飞行速度越大，卫星沿圆形轨道运行的离地面越近的卫星，飞行速度越大，卫星沿圆形轨道运行的最大速度为最大速度为7.9 km/s，也就是第一宇宙速度，也就是第一宇宙速度卫星运行规律及宇宙速度卫星运行规律及宇宙速度2极地卫星和近地卫星极地卫星和近地卫星(1)极地卫星运行时每圈都经过极地卫星运行时每圈都经过，由于地球自转，极，由于地球自转，极地卫

4、星可以实现全球覆盖地卫星可以实现全球覆盖(2)近地卫星是在地球表面附近环绕地球做匀速圆周运动的卫星，近地卫星是在地球表面附近环绕地球做匀速圆周运动的卫星，其运行的轨道半径可近似认为等于其运行的轨道半径可近似认为等于 ，其运行线速度约，其运行线速度约为为 km/s.(3)两种卫星的轨道平面一定通过两种卫星的轨道平面一定通过 3三种宇宙速度比较三种宇宙速度比较南北两极南北两极地球的半径地球的半径7.9地球的球心地球的球心【想一想】【想一想】在狭义相对论中，物体的质量随物体的速度的变化而变化，为什在狭义相对论中，物体的质量随物体的速度的变化而变化，为什么日常生活中，当物体的速度发生变化时，并没有发现

5、其质量发生变么日常生活中，当物体的速度发生变化时，并没有发现其质量发生变化？化？提示：提示：只有高速运动的物体，速度变化时，质量的变化才比较明只有高速运动的物体，速度变化时，质量的变化才比较明显，日常生活中遇到的都是低速物体，所以质量可认为没变显，日常生活中遇到的都是低速物体，所以质量可认为没变【填一填】【填一填】1经典时空观经典时空观(1)在经典力学中，物体的质量不随在经典力学中，物体的质量不随 而改变；而改变；(2)在经典力学中，同一物理过程发生的位移和对应时间的测量在经典力学中，同一物理过程发生的位移和对应时间的测量结果在不同的参考系中是结果在不同的参考系中是的的经典时空观和相对论时空观

6、经典时空观和相对论时空观运动状态运动状态相同相同(2)在狭义相对论中，同一物理过程发生的位移和对应时间的测在狭义相对论中，同一物理过程发生的位移和对应时间的测量结果在不同的参考系中是量结果在不同的参考系中是 的的不同不同答案：答案：C2下列说法正确的是下列说法正确的是()A牛顿运动定律就是经典力学牛顿运动定律就是经典力学B经典力学的基础是牛顿运动定律经典力学的基础是牛顿运动定律C牛顿运动定律可以解决自然界中所有的问题牛顿运动定律可以解决自然界中所有的问题D经典力学可以解决自然界中所有的问题经典力学可以解决自然界中所有的问题解析：解析：经典力学并不等于牛顿运动定律，牛顿运动定律只是经典经典力学并

7、不等于牛顿运动定律，牛顿运动定律只是经典力学的基础，经典力学并非万能，也有其适用范围，并不能解决自然力学的基础，经典力学并非万能，也有其适用范围，并不能解决自然界中所有的问题，没有哪个理论可以解决自然界中所有的问题因此界中所有的问题，没有哪个理论可以解决自然界中所有的问题因此只有搞清牛顿运动定律和经典力学的隶属关系，明确经典力学的适用只有搞清牛顿运动定律和经典力学的隶属关系，明确经典力学的适用范围，才能正确解决此类问题范围，才能正确解决此类问题答案：答案：B3关于地球的同步卫星下列说法正确的是关于地球的同步卫星下列说法正确的是()A所有地球的同步卫星一定处于赤道的正上方，但不一定在同所有地球的

8、同步卫星一定处于赤道的正上方，但不一定在同一个圆周上一个圆周上B所有地球的同步卫星离地面的高度相同，但不一定位于赤道所有地球的同步卫星离地面的高度相同，但不一定位于赤道的正上方的正上方C所有地球的同步卫星的向心加速度、线速度、角速度、周期所有地球的同步卫星的向心加速度、线速度、角速度、周期一定相同一定相同D所有地球同步卫星的向心加速度大小、线速度大小、角速度所有地球同步卫星的向心加速度大小、线速度大小、角速度和周期一定相等和周期一定相等解析：解析：同步卫星高度一定，故同步卫星高度一定，故A错；同步卫星都在赤道面内，故错；同步卫星都在赤道面内，故B错；向心加速度、线速度都是矢量，故错；向心加速度

9、、线速度都是矢量，故C错、错、D对对答案：答案：D答案：答案：B【互动探究】【互动探究】1解答卫星运行问题的基本思路是什么？解答卫星运行问题的基本思路是什么？2地球卫星主要有哪几类？它们的区别是什么？地球卫星主要有哪几类？它们的区别是什么？3卫星的线速度、角速度、周期、向心加速度等随轨道半径变卫星的线速度、角速度、周期、向心加速度等随轨道半径变化的规律是什么？化的规律是什么？【核心突破】【核心突破】1一种模型一种模型无论自然天体无论自然天体(如地球、月亮如地球、月亮)还是人造天体还是人造天体(如宇宙飞船、人造卫如宇宙飞船、人造卫星星)都可以看做质点，围绕中心天体都可以看做质点，围绕中心天体(视

10、为静止视为静止)做匀速圆周运动做匀速圆周运动人造卫星的运行问题人造卫星的运行问题3三个物体三个物体求解卫星运动问题时，一定要认清三个物体求解卫星运动问题时，一定要认清三个物体(赤道上的物体、近赤道上的物体、近地卫星、同步卫星地卫星、同步卫星)之间的关系之间的关系.【典例【典例1】(2013年高考广东理综年高考广东理综)如图，甲、乙两颗卫星以相同如图，甲、乙两颗卫星以相同的轨道半径分别绕质量为的轨道半径分别绕质量为M和和2M的行星做匀速圆周运动，下列说法正的行星做匀速圆周运动，下列说法正确的是确的是()A甲的向心加速度比乙的小甲的向心加速度比乙的小B甲的运行周期比乙的小甲的运行周期比乙的小C甲的

11、角速度比乙的大甲的角速度比乙的大D甲的线速度比乙的大甲的线速度比乙的大答案答案A1(2012年高考浙江理综卷年高考浙江理综卷)如图所示，在火星与木星轨道之间有如图所示，在火星与木星轨道之间有一小行星带假设该带中的小行星只受到太阳的引力，并绕太阳做匀一小行星带假设该带中的小行星只受到太阳的引力，并绕太阳做匀速圆周运动下列说法正确的是速圆周运动下列说法正确的是()A太阳对各小行星的引力相同太阳对各小行星的引力相同B各小行星绕太阳运动的周期均小于一年各小行星绕太阳运动的周期均小于一年C小行星带内侧小行星的向心加速度值大于外侧小行星的向心小行星带内侧小行星的向心加速度值大于外侧小行星的向心加速度值加速

12、度值D小行星带内各小行星圆周运动的线速度值大于地球公转的线小行星带内各小行星圆周运动的线速度值大于地球公转的线速度值速度值答案：答案：C天体质量和密度的估算天体质量和密度的估算思路点拨思路点拨(1)明确行星表面附近的绕行卫星的轨道半径与行星明确行星表面附近的绕行卫星的轨道半径与行星半径的大小关系半径的大小关系(2)弹簧测力计的示数、物体的重力与其所受万有引力的大小关弹簧测力计的示数、物体的重力与其所受万有引力的大小关系系答案答案B2(2013年高考全国卷大纲版年高考全国卷大纲版)“嫦娥一号嫦娥一号”是我国首次发射的探是我国首次发射的探月卫星，它在距月球表面高度为月卫星，它在距月球表面高度为20

13、0 km的圆形轨道上运行，运行周期的圆形轨道上运行，运行周期为为127 min.已知引力常量已知引力常量G6.671011Nm2/kg2，月球半径约为，月球半径约为1.74103 km.利用以上数据估算月球的质量约为利用以上数据估算月球的质量约为()A8.11010 kg B7.41013 kgC5.41019 kg D7.41022 kg答案：答案：D卫星的变轨问题卫星的变轨问题思路点拨思路点拨变轨是通过在两轨道的切点瞬间改变速度来实现的，变轨是通过在两轨道的切点瞬间改变速度来实现的，但点火后瞬间的速度并不是稳定运行时的速度但点火后瞬间的速度并不是稳定运行时的速度答案答案B32013年年6月

14、月11日日17时时38分分02.666秒，神舟十号飞船由长征二号秒，神舟十号飞船由长征二号F改进型运载火箭成功发射在距地面改进型运载火箭成功发射在距地面343公里的近圆轨道上，与等待公里的近圆轨道上，与等待已久的已久的“天宫一号天宫一号”实现交会对接、分离，于实现交会对接、分离，于6月月26日成功返回地日成功返回地面下列关于面下列关于“神舟十号神舟十号”与与“天宫一号天宫一号”的说法正确的是的说法正确的是()A若知道若知道“天宫一号天宫一号”的绕行周期，再利用引力常量，就可算的绕行周期，再利用引力常量，就可算出地球的质量出地球的质量B在对接前，在对接前，“神舟十号神舟十号”轨道应稍低于轨道应稍

15、低于“天宫一号天宫一号”的轨道，的轨道，然后让然后让“神舟十号神舟十号”加速追上加速追上“天宫一号天宫一号”并与之对接并与之对接C在对接前，应让在对接前，应让“神舟十号神舟十号”和和“天宫一号天宫一号”在同一轨道上在同一轨道上绕地球做圆周运动，然后让绕地球做圆周运动，然后让“神舟十号神舟十号”加速追上加速追上“天宫一号天宫一号”并与并与之对接之对接D“神舟十号神舟十号”返回地面时应在绕行轨道上先减速返回地面时应在绕行轨道上先减速答案：答案：B双星模型双星模型模型构建模型构建在天体运动中，将两颗彼此相距较近，且在相互之间万有引力在天体运动中，将两颗彼此相距较近，且在相互之间万有引力作用下绕两者连

16、线上的某点做周期相同的匀速圆周运动的行星称为双作用下绕两者连线上的某点做周期相同的匀速圆周运动的行星称为双星星模型特点模型特点1“向心力等大反向向心力等大反向”两颗星做匀速圆周运动的向心力由它两颗星做匀速圆周运动的向心力由它们之间的万有引力提供，故们之间的万有引力提供，故F1F2，且方向相反，分别作用在两颗行，且方向相反，分别作用在两颗行星上，是一对作用力和反作用力星上，是一对作用力和反作用力2“周期、角速度相同周期、角速度相同”两颗行星做匀速圆周运动的周期、两颗行星做匀速圆周运动的周期、角速度相等角速度相等3“半径反比半径反比”圆心在两颗行星的连线上，且圆心在两颗行星的连线上，且r1r2L，

17、两，两颗行星做匀速圆周运动的半径与行星的质量成反比颗行星做匀速圆周运动的半径与行星的质量成反比【典例】【典例】质量分别为质量分别为m和和M的两个星球的两个星球A和和B在万有引力作用在万有引力作用下都绕下都绕O点做匀速圆周运动，星球点做匀速圆周运动，星球A和和B两者中心之间距离为两者中心之间距离为L.已知已知A、B的中心和的中心和O三点始终共线，三点始终共线，A和和B分别在分别在O的两侧，引力常量为的两侧，引力常量为G.(1)求两星球做圆周运动的周期求两星球做圆周运动的周期(2)在地月系统中，若忽略其他星球的影响，可以将月球和地球在地月系统中，若忽略其他星球的影响，可以将月球和地球看成上述星球看成上述星球A和和B，月球绕其轨道中心运行的周期记为，月球绕其轨道中心运行的周期记为T1.但在近似处但在近似处理问题时，常常认为月球是绕地心做圆周运动的，这样算得的运行周理问题时，常常认为月球是绕地心做圆周运动的，这样算得的运行周期记为期记为T2.已知地球和月球的质量分别为已知地球和月球的质量分别为5.981024 kg和和7.351022 kg.求求T2和和T1两者平方之比两者平方之比(结果保留结果保留3位小数位小数)本小节结束请按ESC键返回