高三物理万有引力定律的应用课件

《高三物理万有引力定律的应用课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高三物理万有引力定律的应用课件（28页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、1、据报道，我国数据中继卫星、据报道，我国数据中继卫星“天链一号天链一号01星星”于于2008年年4月月25日在西昌卫星发射中心发射升空，经过日在西昌卫星发射中心发射升空，经过4次变轨控制后，于次变轨控制后，于5月月1日成功定点在东经日成功定点在东经77赤道上赤道上空的同步轨道。关于成功定点后的空的同步轨道。关于成功定点后的“天链一号天链一号01星星”，下列说法正确的是下列说法正确的是 ( )A运行速度大于运行速度大于7.9 km/sB离地面高度一定，相对地面静止离地面高度一定，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绕地球运行的角速度比月球绕地球运行的角速度大大D向心加速度与

2、静止在赤道上物体的向心加速度大向心加速度与静止在赤道上物体的向心加速度大小相等小相等B C 2A为地球赤道上放置的物体，随地球自转的线为地球赤道上放置的物体，随地球自转的线速度为速度为v1，B为近地卫星，在地球表面附近绕地球运为近地卫星，在地球表面附近绕地球运行，速度为行，速度为v2，C为地球同步卫星，距地面高度约为为地球同步卫星，距地面高度约为地球半径地球半径5倍，绕地球运行速度为倍，绕地球运行速度为v3，则，则v1：v2：v3=_。解：解：设设A、B、C的周期分别为的周期分别为T1 、 T2 、 T3 , 有有T3 = T1112TRv 333262TRT)hR(v 由开普勒第三定律由开普

3、勒第三定律: 2233)TT()RhR( 2366TT 3222662TRTRv 6:66:1:321 vvv6661: 32007年年11月月5日，日，“嫦娥一号嫦娥一号”探月卫星沿地探月卫星沿地月转移轨道到达月球，在距月球表面月转移轨道到达月球，在距月球表面200km的的P点进点进行第一次行第一次“刹车制动刹车制动”后被月球俘获，进入椭圆轨后被月球俘获，进入椭圆轨道道绕月飞行，然后，卫星在绕月飞行，然后，卫星在P点又经过两次点又经过两次“刹刹车制动车制动”，最终在距月球表面，最终在距月球表面200km的圆形轨道的圆形轨道上绕上绕月球做匀速圆周运动，月球做匀速圆周运动，如图所示，如图所示，P

4、地月转地月转移轨道移轨道4.则下列说法正确的是（则下列说法正确的是（ ） A. 卫星在轨道卫星在轨道上运动的周期比沿轨道上运动的周期比沿轨道运动运动的周期长的周期长 B. 卫星在轨道卫星在轨道上运动的周期比沿轨道上运动的周期比沿轨道运动运动的周期短的周期短 C. 卫星在轨道卫星在轨道上运动的加速度小于沿轨道上运动的加速度小于沿轨道运动到运动到P点（尚未制动）时的加度度点（尚未制动）时的加度度 D. 卫早在轨道卫早在轨道上运动的加速度等于沿轨道上运动的加速度等于沿轨道运动到运动到P点（尚未制动）时的加速度点（尚未制动）时的加速度B D 6 “神州六号神州六号”飞船的成功飞行为我国在飞船的成功飞行

5、为我国在2010年年实现实现探月探月计划计划“嫦娥嫦娥工程工程”获得了宝贵的经验获得了宝贵的经验假假设月球半径为设月球半径为R，月球表面的重力加速度为，月球表面的重力加速度为g0，飞船在，飞船在距月球表面高度为距月球表面高度为3R的圆形轨道的圆形轨道运动，到达轨道的运动，到达轨道的A点点火变轨进入椭圆轨道点点火变轨进入椭圆轨道，到达轨道的近月点，到达轨道的近月点B再再次点火进入月球近月轨道次点火进入月球近月轨道绕月球作圆周运动绕月球作圆周运动求：求：飞船在轨道飞船在轨道上的运行速率上的运行速率；飞船在飞船在A点处点火时，动能点处点火时，动能如何变化；如何变化；飞船在轨道飞船在轨道绕月球运行一绕

6、月球运行一周所需的时间周所需的时间 AB月球月球解：解：设月球的质量为设月球的质量为M，飞船的质量为，飞船的质量为m，则，则Rvm)R(MmG4422 02mgRMmG 解得解得Rgv021 飞船在飞船在A点处点火时，点处点火时，动能减小动能减小设飞船在轨道设飞船在轨道绕月球运行一周所需的时间为绕月球运行一周所需的时间为T，则则 RTmmg2204 02gRT 7如图所示，要使卫星在预定的圆轨道上绕地球如图所示，要使卫星在预定的圆轨道上绕地球运动，一般是先用火箭将卫星送入近地点为运动，一般是先用火箭将卫星送入近地点为A，远地，远地点为点为B的椭圆轨道上，实施变轨后再进入预定圆轨道，的椭圆轨道上

7、，实施变轨后再进入预定圆轨道，已知近地点已知近地点A距地面高度为距地面高度为h1，在预定圆轨道上飞行，在预定圆轨道上飞行n圈所用时间为圈所用时间为t，地球表面重力加速度为，地球表面重力加速度为g，地球半径，地球半径为为R，求：，求： 远地点远地点B距地面的高度为多少？距地面的高度为多少？ AB预定轨道预定轨道解：解：AB预定轨道预定轨道设远地点距地面高度为设远地点距地面高度为h2预定轨道半径为预定轨道半径为RRhR 2RTmRGMm 2224 22234gRGMntTGMTR 3222222222344 ntgRRhntgRR RntgRh 3222224 8我国发射我国发射“神舟神舟”六号飞

8、船时，先将飞船发达六号飞船时，先将飞船发达到一个椭圆轨道上，其近地点到一个椭圆轨道上，其近地点M距地面距地面200km，远地，远地点点N距地面距地面340km，进入该轨道正常运行时，通过，进入该轨道正常运行时，通过M、N点的速率分别为点的速率分别为v1和和v2，如图，如图7所示。当飞船通过所示。当飞船通过N点时，地面指挥部发出指令，点燃飞船上的发动机，点时，地面指挥部发出指令，点燃飞船上的发动机，使飞船在短时间内加速后进入离地面使飞船在短时间内加速后进入离地面340km的圆形轨的圆形轨道，开始绕地球做匀速圆周运动，这时飞船的速率道，开始绕地球做匀速圆周运动，这时飞船的速率为为v3。比较飞船在。

9、比较飞船在M、N、P三点正常运行时（不包三点正常运行时（不包括点火加速阶段），则速率大小和加速度大小，下括点火加速阶段），则速率大小和加速度大小，下列结论正确的是列结论正确的是 （ ）Av1v2v3, a1a3a2Bv1v2v3, a1a2=a3Cv1v2=v3, a1a2a3Dv1v3v2, a1a2=a3v1v2v3NPD解见下页解见下页解：解：v1v2v3NP 根据题意在根据题意在N点点火加速过程中，卫星速度将点点火加速过程中，卫星速度将增大，所以有增大，所以有v3v2 ，卫星沿椭圆轨道运行时，由于只有万有引力做负功卫星沿椭圆轨道运行时，由于只有万有引力做负功,卫星机械能守恒，动能逐渐减

10、小，因此有卫星机械能守恒，动能逐渐减小，因此有 v1v2在椭圆轨道近地点的速率在椭圆轨道近地点的速率v1应大于距地面应大于距地面200km做圆做圆周运动的速率周运动的速率v1 ， v1 v1 由万有引力定律由万有引力定律rmvrGMm22 rGMv v1 v3v1v3v2由由marGMm 2a1a2=a3 9已知一颗人造卫星在半径为已知一颗人造卫星在半径为R的某行星上空绕的某行星上空绕该行星做匀速圆周运动，经过时间该行星做匀速圆周运动，经过时间t ，卫星运动的，卫星运动的弧长为弧长为S ，卫星与行星的中心连线扫过的角度是，卫星与行星的中心连线扫过的角度是弧弧度，度，( 已知万有引力常量为已知万

11、有引力常量为G ) 求求:(1) 人造卫星距该行星表面的高度人造卫星距该行星表面的高度h(2) 该行星的质量该行星的质量M (3) 该行星的第一宇宙速度该行星的第一宇宙速度v1 解：解：（1）s = rh= rRh =s /R（ 2）v=s/trvmrMmG22 232GtsGrvM （3）RvmRMmG212 231tRsRGMv 10.太阳系以外存在着许多恒星与行星组成的双星系太阳系以外存在着许多恒星与行星组成的双星系统它们运行的原理可以理解为，质量为统它们运行的原理可以理解为，质量为M的恒星和的恒星和质量为质量为m的行星（的行星（Mm），在它们之间的万有引力作），在它们之间的万有引力作用

12、下有规则地运动着如图所示，我们可认为行星在用下有规则地运动着如图所示，我们可认为行星在以某一定点以某一定点C为中心、半径为为中心、半径为a的圆周上做匀速圆周运的圆周上做匀速圆周运动（图中没有表示出恒星）设万有引力常量为动（图中没有表示出恒星）设万有引力常量为G，恒星和行星的大小可忽略不计恒星和行星的大小可忽略不计（1）恒星与点）恒星与点C间的距离是多少？间的距离是多少？（2）试在图中粗略画出恒星运动）试在图中粗略画出恒星运动的轨道和位置；的轨道和位置；（3）计算恒星的运行速率）计算恒星的运行速率v行星行星mCa解：（解：（1） aMmRM （2）恒星运动的轨道和位置大致如图）恒星运动的轨道和位

13、置大致如图行星行星mCa恒星恒星M（3）对恒星）对恒星M 22)RR(MmGRvMMmM 代入数据得代入数据得aGMmMmv 11.据媒体报道据媒体报道,嫦娥一号卫星环月工作轨道为圆嫦娥一号卫星环月工作轨道为圆轨道轨道,轨道高度轨道高度200 km,运用周期运用周期127分钟。若还分钟。若还知道引力常量和月球平均半径知道引力常量和月球平均半径,仅利用以上条件仅利用以上条件不能求出的是不能求出的是 （ ）A.月球表面的重力加速度月球表面的重力加速度B.月球对卫星的吸引力月球对卫星的吸引力C.卫星绕月球运行的速度卫星绕月球运行的速度D.卫星绕月运行的加速度卫星绕月运行的加速度B解见下页解见下页)h

14、R()T(m)hR(MmG 222 2gRGM )hR)(T(rv 2)hR()T(ra 222 maF)hR(MmGF 还是由2可求得月球质量可求得月球质量M， 可得月球表面重力加速度可得月球表面重力加速度g，故不选，故不选A。可求出卫星绕月运行的速度，故不选可求出卫星绕月运行的速度，故不选C。可求出卫星绕月运行的加速度，故不选可求出卫星绕月运行的加速度，故不选D。都必须知道卫星质量都必须知道卫星质量m，才能求出月球对卫星的万，才能求出月球对卫星的万有引力，故选有引力，故选B。无论是由无论是由由由由由解析：解析： 由由再由黄金代换式：再由黄金代换式： 12、1990年年4月月25日，科学家将

15、哈勃天文望远镜送上日，科学家将哈勃天文望远镜送上距地球表面约距地球表面约600 km的高空，使得人类对宇宙中星的高空，使得人类对宇宙中星体的观测与研究有了极大的进展。假设哈勃望远镜体的观测与研究有了极大的进展。假设哈勃望远镜沿圆轨道绕地球运行。已知地球半径为沿圆轨道绕地球运行。已知地球半径为6.4106m,利利用地球同步卫星与地球表面的距离为用地球同步卫星与地球表面的距离为3.6107m这一这一事实可得到哈勃望远镜绕地球运行的周期。以下数事实可得到哈勃望远镜绕地球运行的周期。以下数据中最接近其运行周期的是据中最接近其运行周期的是 （ ） A0.6小时小时 B1.6小时小时 C4.0小时小时 D

16、24小时小时B解见下页解见下页 r为地球的半径，为地球的半径，h1表示望远镜到地表的距离，表示望远镜到地表的距离， T1表示望远镜的周期表示望远镜的周期,h2表示同步卫星距地表的距离表示同步卫星距地表的距离,T2表示同步卫星的周期（表示同步卫星的周期（24h），），恒量23 TR 22322131ThrT)hr( 解析：解析： 由开普勒行星运动定律可知，由开普勒行星运动定律可知，代入数据得：代入数据得：T1=1.6h13（12分）我国成功发射了分）我国成功发射了“嫦娥一号嫦娥一号”探测卫探测卫星星,标志着中国航天正式开始了深空探测新时代标志着中国航天正式开始了深空探测新时代. 已知已知月球的半

17、径约为地球的月球的半径约为地球的1/4，月球表面的重力加速度，月球表面的重力加速度约为地球的约为地球的1/6地球半径地球半径R地地 = 6.4103km，地球表，地球表面的重力加速度面的重力加速度g = 9.8m/s2求绕月球飞行的卫星的求绕月球飞行的卫星的周期最短约为多少？（计算结果保留周期最短约为多少？（计算结果保留1位有效数字）位有效数字）解：解： 绕月球飞行的卫星，轨道半径越小，则周期越绕月球飞行的卫星，轨道半径越小，则周期越短，因此周期最短的卫星在很靠近月球表面的轨道上短，因此周期最短的卫星在很靠近月球表面的轨道上运行，轨道半径可看成月球的半径运行，轨道半径可看成月球的半径设月球的半

18、径为设月球的半径为R月月、月球表面的重力加速度为、月球表面的重力加速度为g月月, 卫星的最短周期为卫星的最短周期为T，则，则月月22mgR)T(m 4地月RR gg61月将将 ，代入可得代入可得 gRT232地 代入数据解得卫星的最短周期约为代入数据解得卫星的最短周期约为T = 6103s 14（13分）分）10月月24日，日，“中国嫦娥一号中国嫦娥一号”告别告别“故故乡乡”发射升空，开始出使月球的旅程。它首先被送入发射升空，开始出使月球的旅程。它首先被送入近地点近地点200公里、远地点约公里、远地点约5.1万公里、运行周期约为万公里、运行周期约为16小时的地球同步转移轨道，在此轨道上运行总计

19、数小时的地球同步转移轨道，在此轨道上运行总计数10小时之后，嫦娥一号卫星进行第次近地点加速，小时之后，嫦娥一号卫星进行第次近地点加速，将自己送入周期为将自己送入周期为24小时的停泊轨道上，在停泊轨道小时的停泊轨道上，在停泊轨道飞行天后，嫦娥一号实施第次近地点加速，将自飞行天后，嫦娥一号实施第次近地点加速，将自己送入远地点高度己送入远地点高度12.8万公里、周期为万公里、周期为48小时的大椭小时的大椭圆轨道，圆轨道，10月月31日，嫦娥一号实施第次近地点加速，日，嫦娥一号实施第次近地点加速，进入远地点高度为进入远地点高度为38万公里的奔月轨道，开始向着月万公里的奔月轨道，开始向着月球球飞去。飞去

20、。11月月5日，来到月球面前的高速飞行的嫦娥一日，来到月球面前的高速飞行的嫦娥一号卫星放缓了自己的脚步，开始第一次号卫星放缓了自己的脚步，开始第一次“刹车刹车”制制动，以使自己被月球捕获，之后，经过第二次、第动，以使自己被月球捕获，之后，经过第二次、第三次的制动，嫦娥一号卫星绕月运行的椭圆轨道逐三次的制动，嫦娥一号卫星绕月运行的椭圆轨道逐步变为轨道周期步变为轨道周期127分钟、轨道高度分钟、轨道高度200公里的环月公里的环月轨道。月球的半径为轨道。月球的半径为1.7106m，则月球表面的重力，则月球表面的重力加速度为多少？地球表面的重力加速度约为月球表加速度为多少？地球表面的重力加速度约为月球

21、表面重力加速度的几倍？（地球表面面重力加速度的几倍？（地球表面g=9.8m/s2）解：解： 嫦娥一号绕月球作圆周运动，由万有引力提供嫦娥一号绕月球作圆周运动，由万有引力提供向心力，设轨道半径为向心力，设轨道半径为r，月球半径为，月球半径为R，则，则rmrMmG22 其中其中T 2 r=h+R 设月球表面重力加速度为设月球表面重力加速度为g,对月球上质量为对月球上质量为m的物体的物体,有有mgRMmG 2联立以上各式，可得联立以上各式，可得22324RT)hR( g 代入数据，可解得代入数据，可解得 g=1.6m/s2地球表面重力加速度为月球表面重力加速度的倍数为地球表面重力加速度为月球表面重力

22、加速度的倍数为6 ggk题目题目15（16分）小玉所在的学习小组在研究了分）小玉所在的学习小组在研究了“嫦娥一嫦娥一号号”相关报道后得知，绕月卫星在完成其绕月的伟大相关报道后得知，绕月卫星在完成其绕月的伟大历史使命后，最终将通过撞击月球表面完成最后的多历史使命后，最终将通过撞击月球表面完成最后的多项科学使命，对此同学们做了相关的研究并提出了相项科学使命，对此同学们做了相关的研究并提出了相应的问题。应的问题。（1）“嫦娥一号嫦娥一号”探月卫星执行的一项重要任务就探月卫星执行的一项重要任务就是评估月壤中氦是评估月壤中氦3的分布和储量。两个氘核聚变生成的分布和储量。两个氘核聚变生成一个氦一个氦3的核

23、反应方程是：的核反应方程是： ，请在横线上写出相应粒子的符号。请在横线上写出相应粒子的符号。（2）同学们提出若）同学们提出若“嫦娥一号嫦娥一号”以速率以速率v竖直撞击月竖直撞击月球后，可弹回到距月球表面大约为球后，可弹回到距月球表面大约为h的高度，设此过的高度，设此过程动能损失了，则由此可推算出月球表面的重力加速程动能损失了，则由此可推算出月球表面的重力加速度度g 多大？多大？VM.HeHe26323211 （3）设月球半径约为地球半径的）设月球半径约为地球半径的1/4，月球的质量约，月球的质量约为地球质量的为地球质量的1/81，不考虑月球自转的影响，在月球，不考虑月球自转的影响，在月球上要发

24、射一颗环月卫星，则最小发射速度多大？上要发射一颗环月卫星，则最小发射速度多大？（地表处的重力加速度（地表处的重力加速度g取取10m/s2，地球半径，地球半径R=6400km，计算结果保留两位有效数字），计算结果保留两位有效数字）【解析解析】本题考查原子核反应方程、机械能守恒定律、本题考查原子核反应方程、机械能守恒定律、万有引力定律、牛顿第二定律等知识。考查理解能力、万有引力定律、牛顿第二定律等知识。考查理解能力、综合分析能力。综合分析能力。（1）VM.HeHe26323211 n10（2）设竖直弹回的速度大小为）设竖直弹回的速度大小为v2，则：，则：%mvmv502121222 由机械能守恒定

25、律可得：由机械能守恒定律可得：hgmmv 2221两式联立解得：两式联立解得： hvg42 （3）设地球、月球质量分别为设地球、月球质量分别为M1、M2，地球、月球，地球、月球半径分别为半径分别为R1、R2，卫星质量为，卫星质量为m，在地球、月球上发，在地球、月球上发射卫星的最小速度分别为射卫星的最小速度分别为v1、v2。在地球表面附近，在地球表面附近，121Rvmmg 最小发射速度最小发射速度km/s8m/s10640010311 gRv对地球近地卫星，根据万有引力定律有对地球近地卫星，根据万有引力定律有121211RvmRmMG 对月球近地卫星，根据万有引力定律有对月球近地卫星，根据万有引力定律有222222RvmRmMG 题目题目解解两式得两式得km/s81km/s8814121122.vRRMMv hvg42 在月球上发射一颗环月卫星，最小发射速度为在月球上发射一颗环月卫星，最小发射速度为1.8km/s。答：月球表面的重力加速度答：月球表面的重力加速度题目题目第第2页页