2019版高考物理一輪復習 專題四 曲線運動 萬有引力定律 第4講 萬有引力定律及其應用課件.ppt

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第4講萬有引力定律及其應用 考點1 開普勒三定律 1 開普勒第一定律 所有的行星圍繞太陽運動的軌道都是 太陽處在所有橢圓的一個 上 2 開普勒第二定律 行星與太陽的連線在相同的時間內 相等 橢圓 焦點 掃過的面積 3 開普勒第三定律 所有行星的軌道的半長軸的三次方與 的比值都相等 公轉周期的二次方 考點2 萬有引力定律 1 內容 自然界中任何兩個物體都是互相吸引的 引力的大小跟這兩個物體的 成正比 跟它們的 成反比 叫引力常量 由英國物理學家 利用扭秤裝置第一次測得 3 適用條件 公式適用于 間的相互作用 均勻的球體 也可視為質量集中于球心的質點 r是兩球心間的距離 質量的乘積 距離的二次方 6 67 10 11N m2 kg2 卡文迪許 質點 考點3 天體運動的處理 1 基本方法 把天體 或人造衛(wèi)星 的運動看成 其所需向心力由 提供 2 萬能 連等式 勻速圓周運動 萬有引力 mg ma mr 2 考點4 三種宇宙速度 三種宇宙速度 7 9 小 大 11 2 地球 16 7 太陽 考點5 同步衛(wèi)星 1 概念 相對地面 的衛(wèi)星稱為同步衛(wèi)星 2 基本特征 周期為地球自轉周期T 軌道在赤道平面內 運動的角速度與地球的自轉角速度 高度h一定 軌道和地球赤道為共面同心圓 衛(wèi)星運行速度一定 靜止 24h 相同 考點6 經典時空觀和相對論時空觀 1 經典時空觀 1 在經典力學中 物體的質量是不隨 而改變的 2 在經典力學中 同一物理過程發(fā)生的位移和對應時間的測量結果在不同的參考系中是 的 運動狀態(tài) 相同 2 相對論時空觀 增大 不同 1 在狹義相對論中 物體的質量是隨物體速度的增大而 的 用公式表示為m 2 在狹義相對論中 同一物理過程發(fā)生的位移和對應時間的測量結果在不同的參考系中是 的 3 狹義相對論的兩個基本假設 1 相對性原理 在不同的慣性參考系中 一切物理規(guī)律都 是 的 相同 不變 2 光速不變原理 不管在哪個慣性系中 測得的真空中的光速都是 的 基礎自測 1 2016年新課標 卷 關于行星運動的規(guī)律 下列說法符 合史實的是 A 開普勒在牛頓定律的基礎上 導出了行星運動的規(guī)律B 開普勒在天文觀測數(shù)據(jù)的基礎上 總結出了行星運動的規(guī)律C 開普勒總結出了行星運動的規(guī)律 找出了行星按照這些規(guī)律運動的原因D 開普勒總結出了行星運動的規(guī)律 發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律答案 B 2 2015年福建卷 如圖4 4 1所示 若兩顆人造衛(wèi)星a和b均繞地球做勻速圓周運動 a b到地心O的距離分別為r1 r2 線速度大小分別為v1 v2 則 圖4 4 1 答案 A 3 已知地球的質量約為火星質量的10倍 地球的半徑約為火星半徑的2倍 則航天器在火星表面附近繞火星做勻速圓周 運動的速率約為 A 3 5km sC 17 7km s B 5 0km sD 35 2km s 答案 A 4 某星球的質量約為地球的8倍 半徑為地球的4倍 一個在地球上重量為900N的人 如果處在該星球上 它的重量 為 星球和地球的自轉均可忽略 A 450NC 1800N B 900ND 3600N 所以在地球上重量為900N的人處于該星球上的重量為450N A項正確 B C D項錯誤 答案 A 熱點1考向1 萬有引力與重力的關系考慮星球自轉時 萬有引力與重力的關系 熱點歸納 典題1 2014年新課標 卷 假設地球可視為質量均勻分布的球體 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 地球自轉的周期為T 引力常量為G 則地球 的密度為 答案 B 考向2 不考慮星球自轉時 萬有引力與重力的關系 熱點歸納 不考慮星球自轉時 萬有引力等于重力 在星體表面 典題2 多選 火星表面特征非常接近地球 適合人類居期也基本相同 地球表面重力加速度是g 若宇航員在地面上能向上跳起的最大高度是h 在忽略自轉影響的條件下 下述分 析正確的是 A 宇航員在火星表面受到的萬有引力是在地球表面受到的 萬有引力的 29 答案 BD 考向3 天體表面某深度處的重力加速度 典題3 假設地球是一半徑為R 質量分布均勻的球體 一礦井深度為d 已知質量分布均勻的球殼對殼內物體的引力為 零 礦井底部和地面處的重力加速度大小之比為 解析 如圖4 4 2所示 根據(jù)題意 地面與礦井底部之間的環(huán)形部分對處于礦井底部的物體引力為零 設地面處的重力加速度為g 地球質量為M 地球表面的物體m受到的重力近 圖4 4 2 答案 A 熱點2考向1 天體質量和密度的計算 自力更生 法 熱點歸納 利用天體表面的重力加速度g和天體半徑R 典題4 一衛(wèi)星繞某一行星表面附近做勻速圓周運動 其線速度大小為v 假設宇航員在該行星表面上用彈簧測力計測量一質量為m的物體的重力 物體靜止時 彈簧測力計的示數(shù) 為N 已知引力常量為G 則這顆行星的質量為 答案 B 考向2 借助外援 法 熱點歸納 利用衛(wèi)星繞天體做勻速圓周運動的半徑r和周期T 典題5 多選 2016年海南卷 通過觀測冥王星的衛(wèi)星 可以推算出冥王星的質量 假設衛(wèi)星繞冥王星做勻速圓周運動 除了引力常量外 至少還需要兩個物理量才能計算出冥王星的 質量 這兩個物理量可以是 A 衛(wèi)星的速度和角速度B 衛(wèi)星的質量和軌道半徑C 衛(wèi)星的質量和角速度D 衛(wèi)星的運行周期和軌道半徑 答案 AD 易錯提醒 1 計算天體密度時 一定要將衛(wèi)星的運行半徑和天體的半徑區(qū)別開 2 很多同學錯誤地認為只要知道某個天體的衛(wèi)星的周期 就可根據(jù)推論公式 計算天體的密度 實際上公式中的T 必須是繞天體表面運行的衛(wèi)星的周期 遷移拓展 2015年江蘇卷 過去幾千年來 人類對行星的認識與研究僅限于太陽系內 行星 51pegb 的發(fā)現(xiàn)拉開了研究太陽系外行星的序幕 51pegb 繞其中心恒星做勻速圓周運 動 周期約為4天 軌道半徑約為地球繞太陽運動半徑的 120 該 中心恒星與太陽的質量比約為 A 110 B 1 C 5 D 10 答案 B 熱點3 宇宙速度的理解與計算 答案 B 熱點4 衛(wèi)星運行參量的四個分析 熱點歸納 四個分析 是指分析人造衛(wèi)星的加速度 線速度 角速度和周期與軌道半徑的關系 典題7 2017年廣東揭陽調研 如圖4 4 3所示是北斗導航系統(tǒng)中部分衛(wèi)星的軌道示意圖 已知a b c三顆衛(wèi)星均做 圓周運動 a是地球同步衛(wèi)星 則 圖4 4 3A 衛(wèi)星a的角速度小于c的角速度B 衛(wèi)星a的加速度大于b的加速度C 衛(wèi)星a的運行速度大于第一宇宙速度D 衛(wèi)星b的周期大于24h 答案 A 雙星 和 三星 模型分析 1 雙星 模型 1 定義 在天體運動中 將兩顆彼此相距較近 且在相互之間萬有引力作用下繞兩者連線上的某點做周期相同的勻速圓周運動的行星稱為雙星 2 條件 兩顆星彼此相距較近 兩顆星靠相互之間的萬有引力做勻速圓周運動 兩顆星繞同一圓心做圓周運動 3 特點 兩星的角速度 周期相等 兩星的向心力大小相等 兩星的軌道半徑之和等于兩星之間的距離 即r1 r2 L 軌道半徑與行星的質量成反比 2 三星 模型 1 定義 三星問題的求解方法與雙星類似 各星體在運轉時有相同的角速度 否則系統(tǒng)不能穩(wěn)定存在 一般是理想化的對稱模型 根據(jù)其他各星體對待研究星體的吸引力的合力提供待研究星體的向心力 三星問題有兩種情況 第一種情況三顆星連在同一直線上 兩顆星圍繞中央的星 靜止不動 在同一半徑為R的圓軌道上運行 第二種情況三顆星位于等邊三角形的三個頂點上 并沿等邊三角形的外接圓軌道運行 2 處理 對于三星系統(tǒng)或多星系統(tǒng) 主要是根據(jù)圓周運動的處理方法進行處理 一是找好向心力的來源 二是找好衛(wèi)星做圓周運動的圓心和半徑 根據(jù)勻速圓周運動的條件列式求解 典題8 2017年河北石家莊辛集中學高三階段測試 2016年2月11日 美國科研人員宣布人類首次探測到了引力波的存在 據(jù)報道 此次探測到的引力波是由兩個黑洞合并引始終圍繞其連線上的O點做周期相同的勻速圓周運動 已知引 力常量為G 則下列判斷中正確的是 A O點一定是兩黑洞連線的中點 答案 C 中的r是兩衛(wèi)星之間的距離 而向心力公式 易錯提醒 對于雙星系統(tǒng)在列式時一定要注意萬有引力定 律公式 中的r是兩衛(wèi)星運行的半徑 兩者是不同的 而在一個衛(wèi)星繞中心天體運行時 兩邊的r是相同的 觸類旁通 多選 2017年湖北武漢調研 太空中存在一些離其他恒星很遠的 由三顆星體組成的三星系統(tǒng) 可忽略其他星體對它們的引力作用 已觀測到穩(wěn)定的三星系統(tǒng)存在兩種基本的構成形式 一種是直線三星系統(tǒng) 三顆星體始終在一條直線上 另一種是三角形三星系統(tǒng) 三顆星體位于等邊三角形的三個頂點上 已知某直線三星系統(tǒng)A中每顆星體的質量均為m 相鄰兩顆星體中心間的距離都為R 某三角形三星系統(tǒng)B中每顆星體的質量恰好也均為m 且三星系統(tǒng)A外側的兩顆星體與三星系統(tǒng)B中每顆星體做勻速圓周運動的周期相等 引力常 量為G 則 答案 BCD