（江蘇版 5年高考3年模擬A版）2020年物理總復(fù)習(xí) 專題五 萬有引力定律課件.ppt
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專題五萬有引力定律,高考物理（江蘇專用）,考點(diǎn)一行星運(yùn)動(dòng)定律,考點(diǎn)清單,考向基礎(chǔ)一、三大運(yùn)動(dòng)定律,1.行星的運(yùn)動(dòng)中學(xué)階段按勻速圓周運(yùn)動(dòng)處理,太陽(yáng)處在圓心。2.所有行星軌道半徑的三次方跟它的公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等。開普勒第二定律揭示的是同一行星在與太陽(yáng)不同距離時(shí)的運(yùn)動(dòng)快慢的規(guī)律。定性分析:行星靠近太陽(yáng)時(shí),速率增大;遠(yuǎn)離太陽(yáng)時(shí),速率減小。,二、行星運(yùn)動(dòng)的一般處理方法,考向突破,考向開普勒三定律的應(yīng)用1.適用范圍:開普勒三定律也適用于做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的天體。2.用途:知道了行星到太陽(yáng)的距離,就可以由開普勒第三定律計(jì)算或比較行星繞太陽(yáng)運(yùn)行的周期。反之,知道了行星繞太陽(yáng)運(yùn)行的周期,也可以計(jì)算或比較其到太陽(yáng)的距離。3.k值:只與中心天體有關(guān)。,例1(2018江蘇鹽城高三期中,2)如圖所示,某衛(wèi)星繞行星沿橢圓軌道運(yùn)動(dòng),其軌道的半長(zhǎng)軸為r,周期為T,圖示中S1、S2兩個(gè)面積大小相等。則()A.行星可以不在橢圓的焦點(diǎn)上B.衛(wèi)星從a到b的速率逐漸增大C.衛(wèi)星從a到b的運(yùn)行時(shí)間大于從c到d的運(yùn)行時(shí)間D.橢圓軌道半長(zhǎng)軸三次方與周期二次方的比值只與衛(wèi)星的質(zhì)量有關(guān),解題導(dǎo)引,解析根據(jù)開普勒第一定律,該行星應(yīng)位于橢圓焦點(diǎn)上,選項(xiàng)A錯(cuò);根據(jù)開普勒第二定律,相同時(shí)間掃過面積相等,所以衛(wèi)星從a到b的運(yùn)行時(shí)間等于從c到d的運(yùn)行時(shí)間,離行星越近速率越大,選項(xiàng)B正確,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;由=m()2r得=,故只與中心天體行星質(zhì)量有關(guān),與衛(wèi)星質(zhì)量無關(guān),選項(xiàng)D錯(cuò)誤。,答案B,考點(diǎn)二萬有引力定律的理解及其應(yīng)用,考向基礎(chǔ)一、萬有引力定律,二、引力常量,考向突破,考向一重力的理解重力是地面附近的物體受到地球的萬有引力而產(chǎn)生的;萬有引力是物體隨地球自轉(zhuǎn)所需向心力和重力的合力。如圖所示,F引產(chǎn)生兩個(gè)效果:一是提供物體隨地球自轉(zhuǎn)所需的向心力;二是產(chǎn)生物體的重力。由于F向=mω2r,隨緯度的增大而減小,所以物體的重力隨緯度的增大而增大,即重力加速度從赤道到兩極逐漸增大。但F向一般很小,在一般情況下可認(rèn)為重力和萬有引力近似相等,即G=mg,g=G,常用來計(jì)算星球表面的重力加速度。,在地球同一緯度處,重力加速度隨物體離地面高度的增加而減小,因?yàn)槲矬w所受萬有引力隨物體離地面高度的增加而減小,即g=G。說明g=G和g=G不僅適用于地球,也適用于其他星球。在赤道處,物體所受的萬有引力F引分解成的兩個(gè)分力F向和mg剛好在一條直線上,則有F引=F向+mg。,例2假設(shè)地球是一半徑為R、質(zhì)量分布均勻的球體。一礦井深度為d。已知質(zhì)量分布均勻的球殼對(duì)殼內(nèi)物體的引力為零。礦井底部和地面處的重力加速度大小之比為()A.1-B.1+C.D.,解題導(dǎo)引,解析設(shè)地球密度為ρ,則地球質(zhì)量M=πρR3,地下深度為d處內(nèi)部地球質(zhì)量M=πρ(R-d)3。地面處F=G=πρGmR,深度為d處F=G=πρGm(R-d),地面處g==πρGR,而深度為d處g==πρG(R-d),故=,A選項(xiàng)正確。(m為假設(shè)的在地面處和深度為d處同一質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)量),答案A,考向二中心天體質(zhì)量和密度常用的估算方法,例3(2014課標(biāo)Ⅱ,18,6分)假設(shè)地球可視為質(zhì)量均勻分布的球體。已知地球表面重力加速度在兩極的大小為g0,在赤道的大小為g;地球自轉(zhuǎn)的周期為T,引力常量為G。地球的密度為()A.B.C.D.,解題導(dǎo)引,解析在地球兩極處,G=mg0,在赤道處,G-mg=mR,故R=,則ρ====,B正確。,答案B,考點(diǎn)三人造衛(wèi)星、宇宙航行,考向基礎(chǔ)一、三個(gè)宇宙速度,,二、同步衛(wèi)星的五個(gè)“一定”,考向衛(wèi)星的軌道參量隨軌道半徑變化的規(guī)律,由表可知:隨衛(wèi)星軌道半徑的增加,衛(wèi)星的向心加速度、線速度、角速度都減小,運(yùn)行周期將增大。,考向突破,例42009年5月,航天飛機(jī)在完成對(duì)哈勃空間望遠(yuǎn)鏡的維修任務(wù)后,在A點(diǎn)從圓形軌道Ⅰ進(jìn)入橢圓軌道Ⅱ,B為軌道Ⅱ上的一點(diǎn),如圖所示。關(guān)于航天飛機(jī)的運(yùn)動(dòng),下列說法中正確的有()A.在軌道Ⅱ上經(jīng)過A的速度小于經(jīng)過B的速度B.在軌道Ⅱ上經(jīng)過A的動(dòng)能小于在軌道Ⅰ上經(jīng)過A的動(dòng)能C.在軌道Ⅱ上運(yùn)動(dòng)的周期小于在軌道Ⅰ上運(yùn)動(dòng)的周期D.在軌道Ⅱ上經(jīng)過A的加速度小于在軌道Ⅰ上經(jīng)過A的加速度,,解題導(dǎo)引,解析在橢圓軌道上,近地點(diǎn)的速度最大,遠(yuǎn)地點(diǎn)的速度最小,A選項(xiàng)正確。由萬有引力定律可知航天飛機(jī)在A點(diǎn)受到的引力是個(gè)定值,由此結(jié)合牛頓第二定律可知航天飛機(jī)在A點(diǎn)的加速度是個(gè)定值,故D項(xiàng)錯(cuò)誤。航天飛機(jī)從A點(diǎn)進(jìn)入軌道Ⅱ相對(duì)于軌道Ⅰ可看成近心運(yùn)動(dòng),則可知航天飛機(jī)在軌道Ⅱ上A點(diǎn)速度小于軌道Ⅰ上A點(diǎn)速度,再結(jié)合動(dòng)能定義式可知B選項(xiàng)正確。根據(jù)低軌道衛(wèi)星的周期小,高軌道衛(wèi)星的周期大可知C選項(xiàng)正確。綜上知正確選項(xiàng)為A、B、C。,答案ABC,例5若兩顆人造地球衛(wèi)星的周期之比為T1∶T2=2∶1,則它們的軌道半徑之比R1∶R2=,向心加速度之比a1∶a2=。解題導(dǎo)引,解析由=mR得==∶1由=ma得,===1∶2。,答案∶11∶2,方法1比較不同環(huán)繞天體各物理量大小關(guān)系的快捷方法天體運(yùn)動(dòng)可近似看成勻速圓周運(yùn)動(dòng),其向心力都來源于萬有引力,即G=m=mω2r=mr=ma。由此得出:v=,即線速度v∝;ω=,即角速度ω∝;T=,即周期T∝;a=,即向心加速度a∝。,方法技巧,規(guī)律總結(jié)①環(huán)繞天體的環(huán)繞半徑r與在該軌道上的線速度v、角速度ω、周期T、向心加速度a存在一一對(duì)應(yīng)關(guān)系,一旦r確定,則v、ω、T、a皆確定,與環(huán)繞天體的質(zhì)量m無關(guān)。②對(duì)于環(huán)繞天體,若半徑r增大,其周期T變大,線速度v、角速度ω、向心加速度a均變小;我們將此規(guī)律概括為“越高越慢”,反之,“越低越快”,即半徑r減小,其周期T變小,線速度v、角速度ω、向心加速度a均變大。,例1如圖所示,在火星與木星軌道之間有一小行星帶。假設(shè)該帶中的小行星只受到太陽(yáng)的引力,并繞太陽(yáng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。下列說法正確的是()A.太陽(yáng)對(duì)各小行星的引力相同B.各小行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的周期均小于一年C.小行星帶內(nèi)側(cè)小行星的向心加速度值大于外側(cè)小行星的向心加速度值D.小行星帶內(nèi)各小行星做圓周運(yùn)動(dòng)的線速度值大于地球公轉(zhuǎn)的線速度值,解題導(dǎo)引,解析解法一行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng),由F萬==F向=ma向=m=mr得:a向=,v=,T=。由F萬=可知不同的小行星所受太陽(yáng)對(duì)其的引力可能不同,A錯(cuò)誤。由T=知,小行星的運(yùn)動(dòng)周期大于地球的公轉(zhuǎn)周期(一年),B錯(cuò)誤。由a向=可知小行星帶內(nèi)側(cè)小行星的向心加速度值大于外側(cè)小行星的向心加速度值,C正確。由v=可知,小行星帶內(nèi)各小行星的線速度值小于地球公轉(zhuǎn)的線速度值,D錯(cuò)誤。,解法二(快捷方法)由“越高越慢”可知,小行星的運(yùn)行周期大于地球的公轉(zhuǎn)周期,線速度小于地球公轉(zhuǎn)的線速度,小行星帶外側(cè)小行星的向心加速度小于內(nèi)側(cè)小行星的向心加速度,故B、D均錯(cuò),C正確。不知道各小行星的質(zhì)量關(guān)系,無法比較它們所受太陽(yáng)引力的大小,A錯(cuò)。,答案C,方法2估算題的解答方法1.物理估算,一般是依據(jù)一定的物理概念和規(guī)律,運(yùn)用近似計(jì)算方法,對(duì)物理量的數(shù)值或取值范圍進(jìn)行大致的推算。2.物理估算是一種重要方法,有的物理問題,在符合精確度的前提下,可以用近似的方法簡(jiǎn)捷處理;有的物理問題,由于本身?xiàng)l件的特殊性,不需要也不可能進(jìn)行精確計(jì)算,在這種情況下,估算就成為一種既符合科學(xué)又有實(shí)用價(jià)值的特殊方法。3.有一些天體運(yùn)動(dòng)方面的估算題,常需要利用一些隱含條件或生活中的物理常識(shí),應(yīng)有意識(shí)地加以利用。如:在地球表面的物體受到的萬有引力近似等于重力;地球表面附近重力加速度g=9.8m/s2,地球自轉(zhuǎn)周期T=24h,公轉(zhuǎn)周期T=365天,月球繞地球公轉(zhuǎn)周期約為27天等。,例21798年英國(guó)著名物理學(xué)家卡文迪許首先估算出了地球的平均密度。根據(jù)你學(xué)過的知識(shí),能否知道地球密度的大小。解題導(dǎo)引,解析設(shè)地球質(zhì)量為M,地球半徑為R,地球表面的重力加速度為g,忽略地球自轉(zhuǎn)的影響,根據(jù)萬有引力定律得g=①將地球看成均勻球體,有V=πR3②由①②兩式得地球的平均密度ρ==③ρ=5.5103kg/m3,即地球的平均密度為5.5103kg/m3。,答案5.5103kg/m3,方法3第一宇宙速度的求解方法第一宇宙速度:v1=7.9km/s,是物體在地球表面附近繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的環(huán)繞速度,也是在地面上發(fā)射衛(wèi)星的最小發(fā)射速度。其計(jì)算方法有以下兩種:方法一設(shè)想在地球表面附近有一顆人造地球衛(wèi)星,地球?qū)πl(wèi)星的萬有引力提供衛(wèi)星做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力,由G=m,得到v=。因?yàn)镽?h,所以v≈,若已知地球的質(zhì)量和半徑,則可計(jì)算第一宇宙速度的值。,方法二設(shè)想在地球表面附近有一顆人造地球衛(wèi)星,它受到的重力近似等于地球?qū)λ娜f有引力,而萬有引力提供了衛(wèi)星做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力,由mg=m得到v=。因?yàn)镽?h,所以v≈,若已知地球表面附近的重力加速度和地球半徑,則可計(jì)算出第一宇宙速度的值。,例3(2014福建理綜,14,6分)若有一顆“宜居”行星,其質(zhì)量為地球的p倍,半徑為地球的q倍,則該行星衛(wèi)星的環(huán)繞速度是地球衛(wèi)星環(huán)繞速度的()A.倍B.倍C.倍D.倍解題導(dǎo)引,解析對(duì)于中心天體的衛(wèi)星,G=m,v=。設(shè)該行星衛(wèi)星的環(huán)繞速度為v,地球衛(wèi)星的環(huán)繞速度為v,則==,C正確。,答案C,方法4隨地球轉(zhuǎn)和繞地球轉(zhuǎn)問題的分析赤道上隨地球自轉(zhuǎn)的物體利用同步衛(wèi)星這一“中介”可與地球衛(wèi)星進(jìn)行比較。1.軌道半徑:近地衛(wèi)星與赤道上物體的軌道半徑相同,同步衛(wèi)星的軌道半徑較大。r同>r近=r物。2.運(yùn)行周期:同步衛(wèi)星與赤道上物體的運(yùn)行周期相同。由T=2π可知,近地衛(wèi)星的周期要小于同步衛(wèi)星的周期。T近a同>a物。,4.動(dòng)力學(xué)規(guī)律:近地衛(wèi)星和同步衛(wèi)星都只受到萬有引力作用,由萬有引力充當(dāng)向心力,滿足萬有引力充當(dāng)向心力所決定的天體運(yùn)行規(guī)律。赤道上的物體由萬有引力和地面支持力的合力充當(dāng)向心力(或說成萬有引力的分力充當(dāng)向心力),它的運(yùn)動(dòng)規(guī)律不同于衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。,例4同步衛(wèi)星離地心距離為r,運(yùn)行速度為v1,加速度為a1,地球赤道上的物體隨地球自轉(zhuǎn)的加速度為a2,第一宇宙速度為v2,地球半徑為R,則以下正確的是()A.=B.=C.=D.=,解析設(shè)地球質(zhì)量為M,同步衛(wèi)星的質(zhì)量為m1,地球赤道上物體的質(zhì)量為m2,在地球表面附近運(yùn)動(dòng)的物體的質(zhì)量為m2,根據(jù)向心加速度和角速度的關(guān)系有a1=r,a2=R,ω1=ω2,故=,可知選項(xiàng)A正確。由萬有引力定律有G=m1,G=m2,由以上兩式解得=,可知選項(xiàng)D正確。,答案AD,方法5衛(wèi)星變軌問題的分析方法人造衛(wèi)星發(fā)射過程要經(jīng)過多次變軌,如圖所示,我們從以下幾個(gè)方面討論1.變軌原理及過程(1)為了節(jié)省能量,在赤道上順著地球自轉(zhuǎn)方向發(fā)射衛(wèi)星到圓軌道Ⅰ上。(2)在A點(diǎn)點(diǎn)火加速,由于速度變大,萬有引力不足以提供在軌道Ⅰ上做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力,衛(wèi)星做離心運(yùn)動(dòng)進(jìn)入橢圓軌道Ⅱ。(3)在B點(diǎn)(遠(yuǎn)地點(diǎn))再次點(diǎn)火加速進(jìn)入圓形軌道Ⅲ。,2.一些物理量的定性分析(1)速度:設(shè)衛(wèi)星在圓軌道Ⅰ和Ⅲ上運(yùn)行時(shí)的速率分別為v1、v3,在軌道Ⅱ上過A點(diǎn)和B點(diǎn)速率分別為vA、vB。在A點(diǎn)加速,則vA>v1,在B點(diǎn)加速,則v3>vB,又因v1>v3,故有vA>v1>v3>vB。(2)加速度:因?yàn)樵贏點(diǎn),衛(wèi)星只受到萬有引力作用,故不論從軌道Ⅰ還是軌道Ⅱ上經(jīng)過A點(diǎn),衛(wèi)星的加速度都相同,同理,經(jīng)過B點(diǎn)加速度也相同。(3)周期:設(shè)衛(wèi)星在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ軌道上運(yùn)行周期分別為T1、T2、T3,軌道半徑分別為r1、r2(半長(zhǎng)軸)、r3,由開普勒第三定律=k可知T1下載提示(請(qǐng)認(rèn)真閱讀)
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