《物理總第四章 曲線運(yùn)動(dòng) 萬有引力與航天 基礎(chǔ)課4 萬有引力與航天》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《物理總第四章 曲線運(yùn)動(dòng) 萬有引力與航天 基礎(chǔ)課4 萬有引力與航天（49頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、基礎(chǔ)課基礎(chǔ)課4萬有引力與航天萬有引力與航天開普勒三定律開普勒三定律1.開普勒第一定律：開普勒第一定律：所有的行星繞太陽運(yùn)動(dòng)的軌道都是橢圓，所有的行星繞太陽運(yùn)動(dòng)的軌道都是橢圓，太陽處在所有橢圓的一個(gè)太陽處在所有橢圓的一個(gè) 上。上。2.開普勒第二定律：開普勒第二定律：對(duì)于每一個(gè)行星而言，太陽和行星的連線對(duì)于每一個(gè)行星而言，太陽和行星的連線在相等的時(shí)間內(nèi)掃過的在相等的時(shí)間內(nèi)掃過的 相等。相等。3.開普勒第三定律：開普勒第三定律：所有行星的軌道的所有行星的軌道的的三次方跟的三次方跟它的它的的二次方的比值都相等。的二次方的比值都相等。知 識(shí) 排知 識(shí) 排查查焦點(diǎn)焦點(diǎn)面積面積半長(zhǎng)軸半長(zhǎng)軸公轉(zhuǎn)周期公轉(zhuǎn)周期萬

2、有引力定律及其應(yīng)用萬有引力定律及其應(yīng)用1.內(nèi)容：內(nèi)容：自然界中任何兩個(gè)物體都相互吸引，引力的方向在它自然界中任何兩個(gè)物體都相互吸引，引力的方向在它們的連線上，引力的大小與物體的質(zhì)量們的連線上，引力的大小與物體的質(zhì)量m1和和m2的乘積的乘積 ，與它們之間距離，與它們之間距離r的平方的平方 。2.表達(dá)式：表達(dá)式：FG為引力常量：為引力常量：G6.671011 Nm2/kg2。3.適用條件適用條件(1)公式適用于公式適用于 間的相互作用。當(dāng)兩個(gè)物體間的距離間的相互作用。當(dāng)兩個(gè)物體間的距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于物體本身的大小時(shí)，物體可視為質(zhì)點(diǎn)。遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于物體本身的大小時(shí)，物體可視為質(zhì)點(diǎn)。(2)質(zhì)量分布均勻的球體可視為

3、質(zhì)點(diǎn)，質(zhì)量分布均勻的球體可視為質(zhì)點(diǎn)，r是是的距的距離。離。成正比成正比成反比成反比質(zhì)點(diǎn)質(zhì)點(diǎn)兩球心間兩球心間環(huán)繞速度環(huán)繞速度7.9 km/s發(fā)射發(fā)射環(huán)繞環(huán)繞1.第二宇宙速度第二宇宙速度：v211.2 km/s，是衛(wèi)星掙脫地球引力束縛的，是衛(wèi)星掙脫地球引力束縛的。2.第三宇宙速度：第三宇宙速度：v316.7 km/s，是衛(wèi)星掙脫太陽引力束縛的，是衛(wèi)星掙脫太陽引力束縛的。3.經(jīng)典時(shí)空觀經(jīng)典時(shí)空觀(1)在經(jīng)典力學(xué)中，物體的質(zhì)量是不隨在經(jīng)典力學(xué)中，物體的質(zhì)量是不隨而改變的。而改變的。(2)在經(jīng)典力學(xué)中，同一物理過程發(fā)生的位移和對(duì)應(yīng)時(shí)間的測(cè)量結(jié)果在不同的參考系中是在經(jīng)典力學(xué)中，同一物理過程發(fā)生的位移和對(duì)應(yīng)

4、時(shí)間的測(cè)量結(jié)果在不同的參考系中是的。的。4.相對(duì)論時(shí)空觀相對(duì)論時(shí)空觀在狹義相對(duì)論中，同一物理過程發(fā)生的位移和對(duì)應(yīng)時(shí)間的測(cè)量結(jié)果在不同的參考系中是在狹義相對(duì)論中，同一物理過程發(fā)生的位移和對(duì)應(yīng)時(shí)間的測(cè)量結(jié)果在不同的參考系中是的。的。第二、三宇宙速度時(shí)空觀第二、三宇宙速度時(shí)空觀最小發(fā)射速度最小發(fā)射速度最小發(fā)射速度最小發(fā)射速度運(yùn)動(dòng)狀態(tài)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)相同相同不同不同1.思考判斷思考判斷(1)地面上的物體所受地球的引力方向一定指向地心。地面上的物體所受地球的引力方向一定指向地心。()(2)兩物體間的距離趨近于零時(shí)，萬有引力趨近于無窮大。兩物體間的距離趨近于零時(shí)，萬有引力趨近于無窮大。()(3)第一宇宙速度與地球

5、的質(zhì)量有關(guān)。第一宇宙速度與地球的質(zhì)量有關(guān)。()(4)地球同步衛(wèi)星的運(yùn)行速度大于第一宇宙速度。地球同步衛(wèi)星的運(yùn)行速度大于第一宇宙速度。()(5)發(fā)射探月衛(wèi)星的速度必須大于第二宇宙速度。發(fā)射探月衛(wèi)星的速度必須大于第二宇宙速度。()答案答案(1)(2)(3)(4)(5)小 題 速小 題 速練練2.(2016全國(guó)卷全國(guó)卷，14)關(guān)于行星運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，下列說法符合史關(guān)于行星運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，下列說法符合史實(shí)的是實(shí)的是()A.開普勒在牛頓定律的基礎(chǔ)上，導(dǎo)出了行星運(yùn)動(dòng)的規(guī)律開普勒在牛頓定律的基礎(chǔ)上，導(dǎo)出了行星運(yùn)動(dòng)的規(guī)律B.開普勒在天文觀測(cè)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，總結(jié)出了行星運(yùn)動(dòng)的規(guī)開普勒在天文觀測(cè)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，總結(jié)出了行星運(yùn)

6、動(dòng)的規(guī)律律C.開普勒總結(jié)出了行星運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，找出了行星按照這些規(guī)開普勒總結(jié)出了行星運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，找出了行星按照這些規(guī)律運(yùn)動(dòng)的原因律運(yùn)動(dòng)的原因D.開普勒總結(jié)出了行星運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律開普勒總結(jié)出了行星運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律解析解析在天文觀測(cè)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上總結(jié)出了開普勒天體運(yùn)動(dòng)三在天文觀測(cè)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上總結(jié)出了開普勒天體運(yùn)動(dòng)三定律，找出了行星運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，而牛頓發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律。定律，找出了行星運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，而牛頓發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律。答案答案B答案答案C萬有引力定律的理解及應(yīng)用萬有引力定律的理解及應(yīng)用1.萬有引力與重力的關(guān)系萬有引力與重力的關(guān)系地球?qū)ξ矬w的萬有引力地球?qū)ξ矬w的萬有引力F

7、表現(xiàn)為兩個(gè)效果：一是重表現(xiàn)為兩個(gè)效果：一是重力力mg，二是提供物體隨地球自轉(zhuǎn)的向心力，二是提供物體隨地球自轉(zhuǎn)的向心力F向向，如，如圖圖1所示。所示。圖圖1答案答案D答案答案A3.(多選多選)宇航員在地球表面以一定初速度豎直上拋一小球，經(jīng)宇航員在地球表面以一定初速度豎直上拋一小球，經(jīng)過時(shí)間過時(shí)間t小球落回原地。若他在某星球表面以相同的初速度小球落回原地。若他在某星球表面以相同的初速度豎直上拋同一小球，需經(jīng)過時(shí)間豎直上拋同一小球，需經(jīng)過時(shí)間5t小球落回原處。已知該星小球落回原處。已知該星球的半徑與地球半徑之比為球的半徑與地球半徑之比為R星星R地地14，地球表面重力，地球表面重力加速度為加速度為g，

8、設(shè)該星球表面附近的重力加速度為，設(shè)該星球表面附近的重力加速度為g，空氣阻，空氣阻力不計(jì)。則力不計(jì)。則()A.gg15 B.gg52C.M星星M地地120 D.M星星M地地180答案答案AD中心天體質(zhì)量和密度的估算中心天體質(zhì)量和密度的估算【典例】【典例】(2017北京理綜，北京理綜，17)利用引力常量利用引力常量G和下列有關(guān)數(shù)和下列有關(guān)數(shù)據(jù)，不能計(jì)算出地球質(zhì)量的是據(jù)，不能計(jì)算出地球質(zhì)量的是()A.地球的半徑及重力加速度地球的半徑及重力加速度(不考慮地球自轉(zhuǎn)不考慮地球自轉(zhuǎn))B.人造衛(wèi)星在地面附近繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)的速度及周期人造衛(wèi)星在地面附近繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)的速度及周期C.月球繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)的周期

9、及月球與地球間的距離月球繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)的周期及月球與地球間的距離D.地球繞太陽做圓周運(yùn)動(dòng)的周期及地球與太陽間的距離地球繞太陽做圓周運(yùn)動(dòng)的周期及地球與太陽間的距離答案答案D計(jì)算中心天體的質(zhì)量、密度時(shí)的兩點(diǎn)區(qū)別計(jì)算中心天體的質(zhì)量、密度時(shí)的兩點(diǎn)區(qū)別(1)天體半徑和衛(wèi)星的軌道半徑天體半徑和衛(wèi)星的軌道半徑通常把天體看成一個(gè)球體，天體的半徑指的是球體的半通常把天體看成一個(gè)球體，天體的半徑指的是球體的半徑。衛(wèi)星的軌道半徑指的是衛(wèi)星圍繞天體做圓周運(yùn)動(dòng)的徑。衛(wèi)星的軌道半徑指的是衛(wèi)星圍繞天體做圓周運(yùn)動(dòng)的圓的半徑。衛(wèi)星的軌道半徑大于等于天體的半徑。圓的半徑。衛(wèi)星的軌道半徑大于等于天體的半徑。(2)自轉(zhuǎn)周期和公轉(zhuǎn)周

10、期自轉(zhuǎn)周期和公轉(zhuǎn)周期自轉(zhuǎn)周期是指天體繞自身某軸線運(yùn)動(dòng)一周所用的時(shí)間，自轉(zhuǎn)周期是指天體繞自身某軸線運(yùn)動(dòng)一周所用的時(shí)間，公轉(zhuǎn)周期是指衛(wèi)星繞中心天體做圓周運(yùn)動(dòng)一周所用的時(shí)公轉(zhuǎn)周期是指衛(wèi)星繞中心天體做圓周運(yùn)動(dòng)一周所用的時(shí)間。自轉(zhuǎn)周期與公轉(zhuǎn)周期一般不相等。間。自轉(zhuǎn)周期與公轉(zhuǎn)周期一般不相等。1.近年來，人類發(fā)射了多枚火星探測(cè)器，對(duì)火星進(jìn)行科學(xué)探究，近年來，人類發(fā)射了多枚火星探測(cè)器，對(duì)火星進(jìn)行科學(xué)探究，為將來人類登上火星、開發(fā)和利用火星資源奠定了堅(jiān)實(shí)的基為將來人類登上火星、開發(fā)和利用火星資源奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。如果火星探測(cè)器環(huán)繞火星做礎(chǔ)。如果火星探測(cè)器環(huán)繞火星做“近地近地”勻速圓周運(yùn)動(dòng)，并測(cè)勻速圓周運(yùn)動(dòng)，并測(cè)

11、得該探測(cè)器運(yùn)動(dòng)的周期為得該探測(cè)器運(yùn)動(dòng)的周期為T，則火星的平均密度，則火星的平均密度的表達(dá)式的表達(dá)式為為(k是一個(gè)常數(shù)是一個(gè)常數(shù))()答案答案D2.(多選多選)一行星繞恒星做圓周運(yùn)動(dòng)，由天文觀測(cè)可得，其運(yùn)行一行星繞恒星做圓周運(yùn)動(dòng)，由天文觀測(cè)可得，其運(yùn)行周期為周期為T，速度為，速度為v，引力常量為，引力常量為G，則，則()答案答案ACD3.(2016海南單科，海南單科，7)(多選多選)通過觀測(cè)冥王星的衛(wèi)星，可以推通過觀測(cè)冥王星的衛(wèi)星，可以推算出冥王星的質(zhì)量。假設(shè)衛(wèi)星繞冥王星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，除算出冥王星的質(zhì)量。假設(shè)衛(wèi)星繞冥王星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，除了引力常量外，至少還需要兩個(gè)物理量才能計(jì)算出冥王星的了引

12、力常量外，至少還需要兩個(gè)物理量才能計(jì)算出冥王星的質(zhì)量。這兩個(gè)物理量可以是質(zhì)量。這兩個(gè)物理量可以是()A.衛(wèi)星的速度和角速度衛(wèi)星的速度和角速度 B.衛(wèi)星的質(zhì)量和軌道半徑衛(wèi)星的質(zhì)量和軌道半徑C.衛(wèi)星的質(zhì)量和角速度衛(wèi)星的質(zhì)量和角速度 D.衛(wèi)星的運(yùn)行周期和軌道半徑衛(wèi)星的運(yùn)行周期和軌道半徑答案答案AD1.物理量隨軌道半徑變化的規(guī)律物理量隨軌道半徑變化的規(guī)律衛(wèi)星運(yùn)行參量的比較與計(jì)算衛(wèi)星運(yùn)行參量的比較與計(jì)算2.衛(wèi)星的運(yùn)行軌道衛(wèi)星的運(yùn)行軌道(1)赤道軌道赤道軌道(2)極地軌道極地軌道(3)其他軌道其他軌道注意：注意：軌道平面一定通過地球的球心。軌道平面一定通過地球的球心?！镜淅俊镜淅?2017全國(guó)卷全國(guó)卷

13、，14)2017年年4月，我國(guó)成功發(fā)射的月，我國(guó)成功發(fā)射的天舟一號(hào)貨運(yùn)飛船與天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室完成了首次交會(huì)對(duì)天舟一號(hào)貨運(yùn)飛船與天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室完成了首次交會(huì)對(duì)接，對(duì)接形成的組合體仍沿天宮二號(hào)原來的軌道接，對(duì)接形成的組合體仍沿天宮二號(hào)原來的軌道(可視為圓可視為圓軌道軌道)運(yùn)行。與天宮二號(hào)單獨(dú)運(yùn)行時(shí)相比，組合體運(yùn)行的運(yùn)行。與天宮二號(hào)單獨(dú)運(yùn)行時(shí)相比，組合體運(yùn)行的()A.周期變大周期變大 B.速率變大速率變大C.動(dòng)能變大動(dòng)能變大 D.向心加速度變大向心加速度變大答案答案C1.(2018山東微山一中期末山東微山一中期末)(多選多選)如圖如圖2所示，所示，a、b、c是地球大氣層外圓形軌道上運(yùn)行的三顆人

14、造是地球大氣層外圓形軌道上運(yùn)行的三顆人造地球衛(wèi)星，地球衛(wèi)星，a、b質(zhì)量相同，且小于質(zhì)量相同，且小于c的質(zhì)量，則的質(zhì)量，則()A.b所需向心力最大所需向心力最大B.b、c周期相等，且大于周期相等，且大于a的周期的周期C.b、c向心加速度相等，且大于向心加速度相等，且大于a的向心加速度的向心加速度D.b、c的線速度大小相等，且小于的線速度大小相等，且小于a的線速度的線速度圖圖2答案答案BD2.(多選多選)如圖如圖3所示，兩質(zhì)量相等的衛(wèi)星所示，兩質(zhì)量相等的衛(wèi)星A、B繞地球做勻速圓繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，用周運(yùn)動(dòng)，用R、T、Ek、S分別表示衛(wèi)星的軌道半徑、周期、分別表示衛(wèi)星的軌道半徑、周期、動(dòng)能、與地心

15、連線在單位時(shí)間內(nèi)掃過的面積。下列關(guān)系式動(dòng)能、與地心連線在單位時(shí)間內(nèi)掃過的面積。下列關(guān)系式正確的有正確的有()圖圖3答案答案AD3.(多選多選)據(jù)報(bào)道，中國(guó)將在據(jù)報(bào)道，中國(guó)將在2017年底發(fā)射全球首顆專業(yè)夜光年底發(fā)射全球首顆專業(yè)夜光遙感衛(wèi)星遙感衛(wèi)星“珞珈一號(hào)珞珈一號(hào)”01星，在星，在2019年發(fā)射年發(fā)射“珞珈一號(hào)珞珈一號(hào)”02星。星?！扮箸煲惶?hào)珞珈一號(hào)”01星搭載了高靈敏度夜光相機(jī)，其精度將達(dá)到星搭載了高靈敏度夜光相機(jī)，其精度將達(dá)到地面分辨率地面分辨率100 m，夜間可看見長(zhǎng)江上所有亮燈的大橋，夜間可看見長(zhǎng)江上所有亮燈的大橋，獲取精度高于當(dāng)前美國(guó)衛(wèi)星的夜景圖片。如圖獲取精度高于當(dāng)前美國(guó)衛(wèi)星的夜景

16、圖片。如圖4所示，設(shè)所示，設(shè)“珞珈一號(hào)珞珈一號(hào)”在半徑為在半徑為R的圓周軌道上運(yùn)行，經(jīng)過時(shí)間的圓周軌道上運(yùn)行，經(jīng)過時(shí)間t，轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)過的角度為過的角度為。已知引力常量為。已知引力常量為G。下列說法正確的是。下列說法正確的是()圖圖4答案答案BCD4.(多選多選)北京時(shí)間北京時(shí)間2017年年4月月20日晚日晚19時(shí)時(shí)41分，分，“天舟一號(hào)天舟一號(hào)”由由長(zhǎng)征七號(hào)遙二運(yùn)載火箭發(fā)射升空，經(jīng)過一天多的飛行，于長(zhǎng)征七號(hào)遙二運(yùn)載火箭發(fā)射升空，經(jīng)過一天多的飛行，于4月月22日日12時(shí)時(shí)23分，分，“天舟一號(hào)天舟一號(hào)”貨運(yùn)飛船與貨運(yùn)飛船與“天宮二號(hào)天宮二號(hào)”空間實(shí)空間實(shí)驗(yàn)室順利完成自動(dòng)交會(huì)對(duì)接。這是驗(yàn)室順利完成自動(dòng)

17、交會(huì)對(duì)接。這是“天宮二號(hào)天宮二號(hào)”自自2016年年9月月15日發(fā)射入軌以來，首次與貨運(yùn)飛船進(jìn)行的交會(huì)對(duì)接。若日發(fā)射入軌以來，首次與貨運(yùn)飛船進(jìn)行的交會(huì)對(duì)接。若“天舟一號(hào)天舟一號(hào)”與與“天宮二號(hào)天宮二號(hào)”對(duì)接后，它們的組合體在與地心距對(duì)接后，它們的組合體在與地心距離為離為r處做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。已知?jiǎng)蛩賵A周運(yùn)動(dòng)的周期為處做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。已知?jiǎng)蛩賵A周運(yùn)動(dòng)的周期為T，地，地球的半徑為球的半徑為R，引力常量為，引力常量為G，根據(jù)題中已知條件可知下列，根據(jù)題中已知條件可知下列說法正確的是說法正確的是()圖圖5答案答案AC雙星、三星模型雙星、三星模型模型建構(gòu)模型建構(gòu)能力的培養(yǎng)能力的培養(yǎng)1.雙星模型雙星模型(1)

18、定義：繞公共圓心轉(zhuǎn)動(dòng)的兩個(gè)星體組成的系統(tǒng)，我們稱定義：繞公共圓心轉(zhuǎn)動(dòng)的兩個(gè)星體組成的系統(tǒng)，我們稱之為雙星系統(tǒng)。如圖之為雙星系統(tǒng)。如圖6所示。所示。圖圖6圖圖7【例】宇宙中兩顆相距較近的天體稱為【例】宇宙中兩顆相距較近的天體稱為“雙星雙星”，它們以二者連線上的某一點(diǎn)為圓心做勻速圓周它們以二者連線上的某一點(diǎn)為圓心做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，而不至因?yàn)槿f有引力的作用而吸引到一運(yùn)動(dòng)，而不至因?yàn)槿f有引力的作用而吸引到一起。如圖起。如圖8所示，某雙星系統(tǒng)中所示，某雙星系統(tǒng)中A、B兩顆天體繞兩顆天體繞O點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，它們的軌道半徑之比點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，它們的軌道半徑之比rA rB1 2，則兩顆天體的，則兩顆天體的(

19、)A.質(zhì)量之比質(zhì)量之比mAmB21B.角速度之比角速度之比AB12C.線速度大小之比線速度大小之比vAvB21D.向心力大小之比向心力大小之比FA FB2 1圖圖8解析解析雙星繞連線上的一點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其角速度相同，雙星繞連線上的一點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其角速度相同，周期相同，兩者之間的萬有引力提供向心力，周期相同，兩者之間的萬有引力提供向心力，F(xiàn)mA2rAmB2rB，所以，所以mAmB21，選項(xiàng)，選項(xiàng)A正確，正確，B、D錯(cuò)誤；由錯(cuò)誤；由vr可知，線速度大小之比可知，線速度大小之比vAvB12，選項(xiàng)，選項(xiàng)C錯(cuò)誤。錯(cuò)誤。答案答案A【針對(duì)訓(xùn)練】【針對(duì)訓(xùn)練】(2017廣州執(zhí)信中學(xué)檢測(cè)廣州執(zhí)信中學(xué)檢測(cè)

20、)(多選多選)太空中存在一太空中存在一些離其他恒星較遠(yuǎn)的、由質(zhì)量相等的三顆星組成的三星系統(tǒng)，些離其他恒星較遠(yuǎn)的、由質(zhì)量相等的三顆星組成的三星系統(tǒng)，通?？珊雎云渌求w對(duì)它們的引力作用。已觀測(cè)到穩(wěn)定的三通?？珊雎云渌求w對(duì)它們的引力作用。已觀測(cè)到穩(wěn)定的三星系統(tǒng)存在兩種基本的構(gòu)成形式星系統(tǒng)存在兩種基本的構(gòu)成形式(如圖如圖9)：一種是三顆星位：一種是三顆星位于同一直線上，兩顆星圍繞中央星在同一半徑為于同一直線上，兩顆星圍繞中央星在同一半徑為R的圓軌道的圓軌道上運(yùn)行；另一種形式是三顆星位于等邊三角形的三個(gè)頂點(diǎn)上，上運(yùn)行；另一種形式是三顆星位于等邊三角形的三個(gè)頂點(diǎn)上，并沿外接于等邊三角形的圓形軌道運(yùn)行。設(shè)這三顆星的質(zhì)量并沿外接于等邊三角形的圓形軌道運(yùn)行。設(shè)這三顆星的質(zhì)量均為均為M，并設(shè)兩種系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)周期相同，則，并設(shè)兩種系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)周期相同，則()圖圖9答案答案BC